gps系统确定地面点位的原理（如何评价日本版的）

日本的准天顶卫星导航系统QZSS第一阶段包括3颗倾斜同步轨道卫星和1颗地球同步轨道卫星，目前已经完成4颗卫星的部署。第一颗技术试验卫星“指路者Michibiki”于2010年9月11日发射，剩下3颗QZS-2、QZS-3、QZS-4分别于2017年6月1日、2017年8月19日、2017年10月10日发射，其中QZS-3是地球同步轨道卫星，其余3颗是倾斜同步轨道卫星。

QZSS系统的轨道设计保证了其服务地区覆盖东亚及大洋洲，在2010年其第一颗卫星Michibiki发射后，各地区对这颗卫星的可见时间如下面的图左边所示，能够给日本领土内用户一天提供12小时以上的服务。在4颗卫星阶段，能够保证有1颗卫星始终以较高的仰角位于日本上空，同时，在其系统覆盖的东亚及大洋洲范围内，一天24小时内都能可见4颗卫星。也就是说，2017年发射的3颗卫星正式加入服务后，QZSS系统能够全天候对上述地区提供服务。

QZSS系统的地面控制、跟踪、监测站主要位于日本境内、班加罗尔、曼谷、堪培拉、夏威夷、关岛等地，遍及其服务覆盖区域。

QZSS系统共发射6路服务信号：L1 C/A、L1C、L2C、L5、L1 SAIF、LEX，可以看到，其发射的信号频率和形状与GPS和Galileo是类似的。

QZSS系统功能概括起来主要有3大类：GPS系统补充、GPS系统精度增强、告警服务。1、GPS系统补充由于日本的多山环境和城市街道较狭隘，部分仰角较低的GPS卫星信号容易被山和建筑物遮挡，影响用户接收。我们知道，用户要实现导航、定位、授时，至少要接收到4颗卫星的信号。QZSS卫星的加入相当于保证了至少有一颗卫星对用户来说是绝对可用的，那么只需要再有3颗GPS卫星就可以实现定位了。也就是说，如果原先一个街道只能收到3颗GPS卫星的信号，不能实现定位，但是现在有QZSS的帮助，也可以实现了。

下面的图是在第一颗QZSS卫星发射后，东京地区某街道某时刻使用卫星定位的可用性，绿色是仅仅依靠GPS系统能定位的地方，蓝色是依靠GPS QZSS后能定位的地方。整个区域，在加入一颗QZSS卫星后，定位可用时间从39.5%提升到了69.1%。其实，对于整个QZSS系统建成后，日本领土内对GPS的可用性能够从90%提升到GPS QZSS的99.8%。

由于是为了补充GPS系统，类似于把GPS星座卫星数量增加几颗，所以QZSS卫星发射的信号跟GPS是一样的，L1 C/A、L1C、L2C、L5信号跟GPS卫星信号是完全兼容的。2、GPS系统精度增强QZSS的L1 SAIF服务是Submeter-class Augmentation with Integrity Function的意思，也就是能够提供米级别的定位精度增强服务。与美国的广域增强系统WAAS一样，QZSS通过卫星播发一些卫星星历、钟差、电离层校正信息，使得日本境内用户定位精度从只依靠GPS时的10米提升到1米左右。

除米级定位精度的提升服务外，QZSS还在1278.75MHz这个频点播发L-band Experiment信号，即LEX信号。该信号速率达到2000bps，而GPS信号的信息速率是50bps，L1 SAIF信号的信息速率是250bps，LEX信号能够提供更多误差校正信息，使得用户的定位精度达到厘米级，可用于无人驾驶、测绘，精准农业等行业。同时，LEX信号频点和欧洲Galileo系统的E6频点重合，也就是说，等到Galileo系统正式提供服务，QZSS也能实现Galileo系统的补充。

3、告警服务QZSS在L1 SAIF信号上还将提供信息服务，由于日本地震海啸频发，在灾害发生时，通过QZSS卫星广播预警信息，让民众注意。

除此之外，L1 SAIF信号还提供GPS等卫星健康状况信息，在GPS卫星出现异常后及时通知用户不要使用该异常卫星，以免得到错误的定位结果。现阶段，QZSS已经具备4颗卫星，只要这4颗卫星运行正常，仅靠QZSS系统也能提供定位服务。日本计划未来再发射3颗倾斜同步轨道卫星，使QZSS系统具备7颗卫星，在日本上空，将始终有2颗卫星保持高仰角。到那时，日本QZSS可以说是一个完善的区域卫星导航系统了，跟现在中国的北斗二代类似，只不过卫星没北斗二代多。可能有一点大家会有所忽略，目前中国北斗BDS和欧洲Galileo都计划在2020年提供全球服务。而且，由于北斗BDS在中国上空始终保持5颗地球同步轨道卫星和3颗倾斜地球同步轨道卫星，再加上日本QZSS和印度IRNSS，2020年，亚太区域将是对导航卫星可见数量最优越的区域，峰值将达到35颗。