無人駕駛汽車必備！全球首顆低軌導(dǎo)航增強(qiáng)衛(wèi)星投入商業(yè)化運(yùn)行

2017年11月，一顆微納試驗(yàn)衛(wèi)星同風(fēng)云三號(hào)D星一同被發(fā)射入軌。近日，這顆衛(wèi)星通過在軌測(cè)試，正式轉(zhuǎn)入商業(yè)化運(yùn)行階段。

這顆試驗(yàn)星是全球首顆低軌導(dǎo)航增強(qiáng)衛(wèi)星，已從試驗(yàn)走向了試用。國(guó)內(nèi)外有許多人從事低軌導(dǎo)航增強(qiáng)的研究，但還沒有做工程驗(yàn)證的。

這顆致力于“高精度定位”的衛(wèi)星被寄予“驅(qū)動(dòng)導(dǎo)航增強(qiáng)產(chǎn)業(yè)鏈大變革”的厚望，將帶動(dòng)后續(xù)全球低軌導(dǎo)航增強(qiáng)星座的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)。

無人駕駛，不能沒有厘米級(jí)定位

隨著無人駕駛、移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)等新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，用戶對(duì)于高精度、全球覆蓋的定位需求越來越強(qiáng)。以無人駕駛為例，有專家分析認(rèn)為，未來想要實(shí)現(xiàn)真正的無人駕駛，汽車除了要安裝激光雷達(dá)等傳感器外，還必須要具備厘米級(jí)的絕對(duì)定位能力。

為滿足廣大用戶日益增長(zhǎng)的高精度導(dǎo)航需求，目前國(guó)際常用的解決辦法是地基增強(qiáng)體制或天基高軌衛(wèi)星增強(qiáng)體制。前者具有較高的定位精度，但缺點(diǎn)也很明顯：?jiǎn)蝹€(gè)基站服務(wù)范圍小，大面積覆蓋投入成本巨大，更難以實(shí)現(xiàn)偏遠(yuǎn)地區(qū)、沙漠及海洋區(qū)域的覆蓋。后者利用部署在36000公里軌道上的衛(wèi)星，可以用相對(duì)較小的成本，實(shí)現(xiàn)廣域范圍的覆蓋。

在業(yè)界，大多數(shù)專家達(dá)成共識(shí)：星基增強(qiáng)系統(tǒng)將會(huì)是無人駕駛的唯一選擇。因?yàn)橹挥行腔鰪?qiáng)系統(tǒng)才能快速實(shí)現(xiàn)極低成本的全球覆蓋，且能夠同時(shí)支持幾十億用戶。

不過，天基高軌衛(wèi)星增強(qiáng)體制也有難以克服的缺陷。它雖然投入較小、易于實(shí)現(xiàn)，但該體制在提升導(dǎo)航精度上困難很大，且存在收斂過程緩慢、鏈路損耗大、地面終端難以小型化等問題，難以滿足當(dāng)前用戶對(duì)導(dǎo)航服務(wù)的要求。

有沒有一種更好的辦法，能夠做到“兩全其美”呢？

低成本“導(dǎo)航增強(qiáng)”，可行！

針對(duì)兩大體制各自的缺陷，研究人員決定另辟蹊徑，去尋找一種“兩全其美”的辦法。

2016年，航天科技集團(tuán)八院509所利用其在衛(wèi)星領(lǐng)域長(zhǎng)期的技術(shù)創(chuàng)新積累，啟動(dòng)了精致試驗(yàn)試用衛(wèi)星的研制項(xiàng)目。按照規(guī)劃，通過打造一個(gè)具備“高效費(fèi)比”的精致微納衛(wèi)星平臺(tái)，并把具有自主完整知識(shí)產(chǎn)權(quán)的算法和軟硬件設(shè)計(jì)的載荷發(fā)射上天，將在全球范圍內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)基于低軌衛(wèi)星星座系統(tǒng)的導(dǎo)航增強(qiáng)技術(shù)體制。

低軌導(dǎo)航增強(qiáng)是對(duì)北斗系統(tǒng)及地基增強(qiáng)系統(tǒng)的重要補(bǔ)充系統(tǒng)，通過低軌導(dǎo)航增強(qiáng)小衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)速度快的特點(diǎn)，可提高地面非差高精度導(dǎo)航用戶定位收斂速度。

如此這樣，既可以滿足海洋、偏遠(yuǎn)山區(qū)等地基增強(qiáng)系統(tǒng)無法覆蓋區(qū)域的高精度導(dǎo)航定位應(yīng)用需求，又可以承擔(dān)起地面導(dǎo)航監(jiān)測(cè)站的功能，解決在海外建站不便的問題。

2017年11月15日，這顆衛(wèi)星被發(fā)射入軌，在軌試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果表明，5分鐘時(shí)間里可完成從開機(jī)冷啟動(dòng)到30厘米級(jí)的高精度定位。分析計(jì)算與仿真表明，在算法優(yōu)化和星座部署后，可具備實(shí)時(shí)厘米級(jí)的高精度定位能力。

更進(jìn)一步，該項(xiàng)目也對(duì)衛(wèi)星研制單位的先進(jìn)微納衛(wèi)星平臺(tái)、高集成高精度低軌導(dǎo)航增強(qiáng)載荷、地面導(dǎo)航增強(qiáng)終端接收機(jī)及配套的地面運(yùn)控系統(tǒng)等技術(shù)環(huán)節(jié)進(jìn)行了完整全面的測(cè)試驗(yàn)證，為后續(xù)高精度導(dǎo)航增強(qiáng)產(chǎn)業(yè)化運(yùn)行奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)產(chǎn)品和業(yè)務(wù)服務(wù)基礎(chǔ)。

目前該衛(wèi)星已轉(zhuǎn)入在軌業(yè)務(wù)運(yùn)行，這或許意味著，以相對(duì)較小的投資規(guī)模來實(shí)現(xiàn)與地基導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)相當(dāng)?shù)膶?dǎo)航性能，將在不久的將來成為現(xiàn)實(shí)。

“兩步走”實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)定位

這次成功的試驗(yàn)驗(yàn)證給了研制團(tuán)隊(duì)巨大的信心。據(jù)了解，目前手機(jī)里的衛(wèi)星導(dǎo)航定位精度一般是米級(jí)的，而在這顆衛(wèi)星協(xié)助下，地面可以實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)定位，未來衛(wèi)星組網(wǎng)運(yùn)行后能夠?yàn)闊o人駕駛汽車等場(chǎng)合提供高精度導(dǎo)航保障。

在此基礎(chǔ)上，衛(wèi)星研制單位決定借力國(guó)企體制改革和軍民融合等政策，系統(tǒng)性地開展低軌導(dǎo)航增強(qiáng)星座系統(tǒng)的建設(shè)和商業(yè)運(yùn)營(yíng)。

這個(gè)低軌星基增強(qiáng)系統(tǒng)將由空間系統(tǒng)、地面系統(tǒng)和用戶終端三部分構(gòu)成。其中空間系統(tǒng)計(jì)劃分兩步走：第一步先發(fā)射12顆微納衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)全國(guó)任一區(qū)域?qū)Ш皆鰪?qiáng)的雙星覆蓋；第二步擴(kuò)展為由40顆衛(wèi)星組成的微納衛(wèi)星星座，實(shí)現(xiàn)全球覆蓋，并最終為用戶提供實(shí)時(shí)、高精度、厘米級(jí)的定位服務(wù)。

據(jù)衛(wèi)星研制人員預(yù)測(cè)，低軌星基增強(qiáng)系統(tǒng)建成以后，可為地面用戶提供厘米級(jí)的導(dǎo)航增強(qiáng)信號(hào)，將廣泛應(yīng)用于汽車無人駕駛、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)無人機(jī)、壩體變形、山體滑坡檢測(cè)等領(lǐng)域，為國(guó)計(jì)民生作出新的更大的貢獻(xiàn)。

通過這個(gè)項(xiàng)目的建設(shè)運(yùn)營(yíng)，衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域有望開辟一個(gè)新的空間，形成良性的產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈，有助于北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)走進(jìn)尋常百姓家，在國(guó)外落地開花。