日本版GPS“引路”卫星，开辟一个新的世界

2017年10月10日，日本成功发射了搭载着用于构建日本版卫星定位系统的准天顶卫星“引路”4号机。至此，准天顶卫星系统形成了四星运行体系，并将于2018年度开始提供定位服务。在当今社会的各种生产活动和人们的日常生活中，通过卫星信号准确掌握身处位置的卫星定位服务已经不可或缺。准天顶卫星系统可以提供误差仅数厘米的高精度定位信息，将在卫星定位领域开辟一片崭新的天地。

实现稳定的高精度定位

美国的GPS（Global Positioning System）、苏联的格洛纳斯（GLONASS）、欧洲的伽利略（GALILEO）和中国的北斗都是覆盖全球的卫星定位系统，而日本的准天顶卫星系统则是与GPS联动，在日本周边地区及东南亚、澳大利亚等地提供服务，这一点有别于全球性卫星定位系统。

日美两国很早以前就围绕利用GPS问题展开了磋商，并于1998年发布了合作推动GPS应用的联合声明。另一方面，当时日本国内考虑将准天顶卫星用于卫星定位、通讯和广播等领域。尽管后来放弃了在通讯和广播领域的使用方案，但这段历史经过，促使日本在开发卫星定位系统时选择了利用准天顶卫星与GPS联动的方式。“引路”卫星发射的信号与GPS频率相同。所以，可以将GPS和“引路”卫星作为一个卫星群加以利用，随时提供稳定的高精度定位服务。

“引路”1号机、2号机、4号机都是在“准天顶轨道”上运行的卫星。准天顶轨道指的是与位于赤道上方高度36000公里的静止轨道保持一定夹角的轨道，从地面看，运行在这一轨道的卫星会画出“8”字。日本向这一轨道投送了三颗卫星，可以确保任一时刻必有一颗处在几近日本列岛的天顶位置。因此它们被称作准天顶卫星。“引路”3号机则投放在静止轨道上。

准天顶卫星的轨道（图像提供：JAXA）

厘米级精度的信息，扩展了应用范围

“引路”具有“完善GPS功能”和“强化GPS功能”两大作用。

首先是完善GPS功能。要掌握自己的位置，必须接受来自四颗GPS卫星的信号（进行3D定位，即经度、纬度及高度）。但在城市楼宇密集区或山区，由于周围物体的遮挡，可能会出现可见卫星数量不够的情况。而今后，由于必定有一颗准天顶卫星在正上方运行，其他两颗卫星也随时可见，所以这个问题将得到解决。而且，高层建筑密集区出现的卫星信号经建筑物反射后被接收的“multipass”现象，会导致定位误差变大；穿越电离层的GPS卫星信号速度变慢的现象也会引起定位的偏差。而准天顶卫星的信号则可以使善这些问题得到改善。

据说目前GPS的定位误差在10米左右。缩小这个误差就是对GPS功能的强化。强化级别分为“亚米级强化”和“厘米级强化”两档。亚米级强化是对穿越电离层的GPS卫星信号加以修正的一种服务，由此可将定位误差控制在1米左右，这样个人智能手机导航和车载导航的精度也将得到改善。

厘米级强化是利用准天顶卫星独有的L6信号提供的一种服务。由分布在全国各地的约1300个电子基准点获取的数据制成高精度定位信息，经由准天顶卫星发送到地面。如此一来，定位误差将缩小到数厘米程度。厘米级强化服务是准天顶卫星系统最大的卖点。尽管需要配备专用的接收器，但它扩展了卫星定位市场的新潜力，过去未能实现的位置信息应用方法有望成为现实。

作为厘米级强化服务的应用项目，目前开展的一个实证实验，是在农业领域的应用，有望实现用无人拖拉机实施播种、插秧、施肥、喷药等作业。由于这些都是沿着田埂进行的作业，所以过去的卫星定位服务是无法实现的。这种无人作业还可以应用在其他产业机械上。当然，由于可以获取车道内数厘米单位级的信息，所以也可以用于竞争日趋激烈的汽车无人驾驶领域，甚至可以用于高精准度要求的测量作业。另外，它还有助于城市设施及商店、餐馆等场所的指南，提升地区安防系统的公共服务质量。

宇宙版日美同盟的标志

准天顶卫星还具有信息发送功能，一旦发生地震或海啸等自然灾害，可以发送紧急通知。同时还提供卫星安全确认服务，可以在发生灾害时利用静止轨道上的“引路”3号机，向防灾部门发送关于受灾和避难情况的信息。对于经历过2011年东日本大地震的日本社会而言，这些功能意义重大，不可或缺。

面向2020年东京奥运会及残奥会，预计准天顶卫星系统将得到更加广泛的应用。我期待今后能够诞生充分发挥该系统特色优势的服务，并形成与之相应的新型社会模式。

最后，或许应该谈一谈准天顶卫星系统扮演“GPS替身”的问题。即便是在GPS因某些原因无法使用，或者位置精度极度下降的情况下，在日本周边地区，仅靠准天顶卫星系统就可代替其发挥作用。不仅是日本，准天顶卫星在安保领域对美国也具有同样重要的意义。和国际空间站计划一样，准天顶卫星系统已经成为日美同盟在宇宙空间的标志。