《GNSS用戶技術(shù)報告》的深度點評

近日，恰逢歐洲全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)局（GSA）的第二期（2018）《GNSS用戶技術(shù)報告》正式發(fā)表，這是國內(nèi)外業(yè)界的一件大事。歷年來，GSA在不斷提供《GNSS市場報告》和《GNSS用戶技術(shù)報告》，它們的高質(zhì)量、大眾化，它們的大氣又深入淺出和豐富的信息量，它們的觀點明確頗有說服力，是值得我們作為對標(biāo)和學(xué)習(xí)的對象。

秋天，是金色的季節(jié)，是收獲的季節(jié)，我們信心滿滿，收獲滿滿。因為我們生活在北斗/GNSS這樣一個黃金時代。GNSS已成為一種無處不在的技術(shù)，現(xiàn)在每個人都在口袋里攜帶一個衛(wèi)星信號（GNSS）接收機(jī)，利用衛(wèi)星于出行移動、休閑玩耍和工作學(xué)習(xí)。這個時代還剛剛在開始，更加重要的事情還在前頭。記得在我們小時候，就盼著機(jī)械化、電氣化、自動化的實現(xiàn)，GNSS的出現(xiàn)和普及，人工智能再度崛起，信息時代從數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化，走向智能化，GNSS所提供的時間空間信息與服務(wù)，成為核心主線、關(guān)鍵共性基礎(chǔ)，成為自動化的主旋律。何以解憂，唯有時空！

來自LBS市場的支持證據(jù)是，2018年5月第一款雙頻智能手機(jī)問世。當(dāng)我們接近GNSS設(shè)備的門檻時，衛(wèi)星導(dǎo)航將作為數(shù)字連接世界的支柱。隨著位置、速度和時間的信息驅(qū)動增長，在廣泛的上下文感知應(yīng)用與服務(wù)中，GNSS將成為從物聯(lián)網(wǎng)到增強(qiáng)現(xiàn)實和自動駕駛汽車的重要推動者。

《GNSS用戶技術(shù)報告（2018）》，共分五章：GNSS用戶技術(shù)概述，大眾市場解決方案，運輸安全和關(guān)鍵責(zé)任應(yīng)用解決方案，高精度與授時解決方案，以及編輯部特別報道：自動化。報告引言的標(biāo)題定為：新時代的曙光，走向自動化系統(tǒng)?？梢?/span>GNSS為開拓自動化系統(tǒng)在時間空間上，奠定了定位導(dǎo)航授時（PNT）基礎(chǔ)。而PNT才是服務(wù)自動化的正宗能力。也就是說，PNT系統(tǒng)技術(shù)是可以實現(xiàn)自動化智能定位系統(tǒng)的未來，而其必須具備精準(zhǔn)度、泛在性、安全性，以及連接性四大功能性能，才能真正為現(xiàn)代自動化和環(huán)境智能提供發(fā)展基礎(chǔ)。而且，近些日子以來，隨著人工智能的再度崛起，自動化系統(tǒng)的發(fā)展在金字塔組成中，顯得特別快速靚麗。

PNT技術(shù)驅(qū)動力金字塔圖中，明確要求其有四大功能性能，主要是要確保在所有應(yīng)用場景化環(huán)境中保持所需要的性能，那就要融合多種定位技術(shù)和傳感器。其精準(zhǔn)度的確保是依托多星座、多頻率GNSS，以及通過PPP-RTK服務(wù)與INS和其他傳感器混合加以增強(qiáng)；其連接性的實現(xiàn)是依托衛(wèi)星與地面網(wǎng)絡(luò)，如5G、LEO或LPWAN；其泛在性的提供是依托互補(bǔ)的定位技術(shù)和傳感器組合；其安全性的獲得是依托獨立的冗余技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)安全和確權(quán)認(rèn)證。

在《GNSS用戶技術(shù)報告（2018）》中，可以看到以下三個方面：

1. GNSS系統(tǒng)之系統(tǒng)概念變成現(xiàn)實，多星座多頻率工作已經(jīng)從系統(tǒng)變成為實際應(yīng)用與服務(wù)，多系統(tǒng)標(biāo)配化體現(xiàn)在接收機(jī)中

2020年北斗和伽利略系統(tǒng)兩個新的全球系統(tǒng)，和日本準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)（QZSS）和印度區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（NavIC），行將具備全面運作能力。同時，GPS和格洛納斯的現(xiàn)代化進(jìn)程也在不斷前進(jìn)中。因此，在短短幾年內(nèi)將有多個全球和區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)開展全面服務(wù)，并有超過100顆衛(wèi)星，包括通過使用多個頻率提供PNT信息創(chuàng)新服務(wù)。而且，諸如WAAS、EGNOS之類的公共增強(qiáng)系統(tǒng)也正在發(fā)展成為多星座和多頻率。

絕大多數(shù)的當(dāng)前接收機(jī)都是多星座的, 而提供多星座支持的最流行的方法是涵蓋所有可用星座的衛(wèi)星，采用GNSS兼容互操作技術(shù)是最佳途徑。現(xiàn)在只有約30% 的接收機(jī)僅使用 GPS單系統(tǒng)；在這個問題中發(fā)現(xiàn)的最重要的新趨勢是多頻率的快速采用，包括消費類設(shè)備，正如市場上推出的雙頻智能手機(jī)所證明的那樣。

2. 增強(qiáng)服務(wù)、增值服務(wù)的快速增長，安全性和可靠性成為重要考慮因素

除了核心上游基礎(chǔ)設(shè)施（GNSS，RNSS，SBAS）的成熟和演變發(fā)展，以及提供所提到的可能性之外，人們還觀察到系統(tǒng)提供商本身或私營企業(yè)提供的新增值服務(wù)的增長。對于高精度服務(wù)尤其如此，直到最近，這些服務(wù)主要針對測量、測繪、工程機(jī)械或精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，但現(xiàn)在正在向大眾市場傳播，不僅適用于無人駕駛汽車，還包括各種增強(qiáng)現(xiàn)實應(yīng)用。新的服務(wù)提供商出現(xiàn)，新的聯(lián)盟出現(xiàn)，并提出了新的分銷方法，包括通過移動電話網(wǎng)絡(luò)，以服務(wù)于新興的“所有”市場的高精度。免費的伽利略高精度服務(wù)（HAS）和QZSS厘米級精度服務(wù)（CLAS），就是這種趨勢的兩個典型例子。

除了高精度的發(fā)展趨勢之外，人們越來越意識到需要確保PNT解決方案的安全性和保全性。這種趨勢在自動化控制環(huán)路的驅(qū)動器中尤為重要，例如在自動船舶，或無人駕駛汽車或無人機(jī)中。伽利略身份驗證服務(wù)，即導(dǎo)航電文身份驗證（NMA）和信號身份驗證服務(wù)（SAS），是對此安全性的重要貢獻(xiàn)。目前至少有一家領(lǐng)先的私營GNSS增值服務(wù)提供商已經(jīng)開始通過“實時星歷數(shù)據(jù)和導(dǎo)航電文認(rèn)證”，營銷“可信（確保）定位”，由此可見，確認(rèn)高精度不是最終結(jié)果，而“可信和有彈性”的高精度保持是其最終目標(biāo)。

多種核心和增強(qiáng)服務(wù)的蓬勃發(fā)展，意味著接收機(jī)制造商、系統(tǒng)集成商和應(yīng)用服務(wù)開發(fā)商的可以選擇的選項比以往任何時候都要多樣化。在大眾市場領(lǐng)域, 我們看到了在“入門級”IoT產(chǎn)品中優(yōu)化的芯片組之間的鴻溝, 其中每次定位的能耗降低是主要驅(qū)動因素, 而“高端”產(chǎn)品中定位性能則更重要。前者通常強(qiáng)調(diào)單（或雙）星座、單頻、窄帶，所有的措施有助于滿足低功耗需求要素。后者已廣泛采用多個星座（四大全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）, 更寬闊的頻段處理, 多達(dá)百余個通道, 以及最先進(jìn)的版本現(xiàn)在就能提供雙頻能力, 這將導(dǎo)致更高的精度；使用的頻率范圍，從支持所有應(yīng)用領(lǐng)域的單一的L1/E1，到支持專業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的四個頻率。顯示最大的增長是雙頻解決方案：L1/E1 和L5/E5, 但傳統(tǒng)的L1/E1 和L2 仍在使用中。

3. 確保的PNT技術(shù)及其提供的泛在、精準(zhǔn)、安全和連接性能，需要生態(tài)系保障

所有解決方案提供商都強(qiáng)調(diào)了確保 PNT 解決方案的安全和保全的必要性, 特別是在脫離人類控制的環(huán)路系統(tǒng)中, 例如在自主船只、無人駕駛汽車或無人機(jī)中。交通運輸和關(guān)鍵安全領(lǐng)域，傳統(tǒng)上受到規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)的束縛，因此減慢了新技術(shù)的采用，這種情況現(xiàn)在已經(jīng)開始發(fā)生重大變化的趨勢表明，新興的無人駕駛汽車，專業(yè)或“專業(yè)消費者”無人機(jī)的出現(xiàn)，以及自主船舶開發(fā)，現(xiàn)在正在以非?？斓乃俣乳_放這些尚未受到行業(yè)監(jiān)管的應(yīng)用領(lǐng)域。多個星座、多頻率、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS）混合和多傳感器融合，都用于促進(jìn)所需的“確保的”和安全的定位解決方案。雖然目前的解決方案表明，對于自動化應(yīng)用的高精度基本上是可以實現(xiàn)的，但是真正的實際工作仍然需要解決高水平的完好性、連續(xù)性和安全性，這些對于保證生命安全應(yīng)用都是必不可少的。

在專業(yè)領(lǐng)域，利用三頻或四頻接收機(jī)，使用所有的GNSS星座和信號，以及實時動態(tài)（RTK），和網(wǎng)絡(luò)RTK（NRTK）與更高的實時PPP增強(qiáng)服務(wù)，達(dá)到高精度。接收機(jī)甚至有幾百個通道，并已開始配置檢測某些非預(yù)期的（干擾、欺騙或多徑）信號。顯而易見，由私營企業(yè)和公共系統(tǒng)運營商提出的PPP/ RTK服務(wù)的興趣與日俱增, 這導(dǎo)致了新的PPP / RTK概念, 旨在解決高精度以外的廣大客戶群，也就是向大眾化市場進(jìn)軍。強(qiáng)大的移動計算機(jī)、平板電腦，甚至于智能手機(jī)，以及開發(fā)面向大眾市場的價格低廉的雙頻率的芯片組，這些措施合并應(yīng)用使得人們在諸如此類設(shè)備上，運行高精度PVT解決方案成為可行。同時借助于特定的應(yīng)用軟件，所形成的組合開發(fā)，使測繪、GIS數(shù)據(jù)采集和潛在的在消費電子設(shè)備上的測量應(yīng)用均將變成可能的現(xiàn)實，在Android設(shè)備上獲得GNSS原始測量數(shù)據(jù)實現(xiàn)進(jìn)一步支持了這一趨勢。在PNT生態(tài)體系圖中，可以看到為了確保四大功能性能的實現(xiàn)，需要PNT技術(shù)的集聚和非PNT的支撐技術(shù)，累加起來差不多達(dá)到近30項技術(shù)，當(dāng)然實際應(yīng)用中，在某些場合就不需要全部技術(shù)的堆積，而是優(yōu)選其中若干技術(shù)形成相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)。正如技術(shù)集聚圖中所示，針對室內(nèi)室外、相對絕對定位會有不同的組合和分野。同時可以看到，只有在技術(shù)總體上，有所把握，才能理清思路，獲得價廉物美、配置上佳的應(yīng)用與服務(wù)終端產(chǎn)品的優(yōu)勢解決方案。所觀察到的許多技術(shù)進(jìn)步，正在或者將要被GNSS導(dǎo)出的位置和時間所驅(qū)動，不僅僅是用于信息目的，也用于監(jiān)測，和日益增加的控制任務(wù)，這正是在機(jī)器人，或者各種無人系統(tǒng)載體的導(dǎo)航中的難題?？偠灾@個專門問題就是自動化，在部分或完全自動化的任務(wù)和功能中，GNSS發(fā)揮著日益顯著的作用。尤其是在交通運輸領(lǐng)域中發(fā)現(xiàn)，隨著無人駕駛汽車、自動船舶和自主無人機(jī)應(yīng)用與服務(wù)中，人們不難看到，基于GNSS的自動化應(yīng)用服務(wù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了交通運輸范疇。