文| 环球新时空(北京)信息技术研究院有限公司 中国卫星导航定位协会 曹冲

2018年9月，欧洲全球导航卫星系统局（GSA）的《GNSS用户技术报告（2018）》正式发表，这是国内外业界的一件大事。历年来，GSA在不断提供《GNSS市场报告》和《GNSS用户技术报告》，报告质量高、大众化，信息丰富、深入浅出，观点明确颇具说服力。

全球导航卫星系统（GNSS）已成为一种无处不在的技术，现在每个人都在口袋里携带一个卫星信号接收机，利用卫星于出行移动、休闲玩耍和工作学习。这个时代刚刚开始，更加重要的事情还在未来。记得在我们小时候，就盼着机械化、电气化、自动化的实现，GNSS的出现和普及，人工智能崛起，信息时代从数字化、网络化，走向智能化，GNSS所提供的时间空间信息与服务，成为核心主线、关键共性基础，成为自动化的主旋律。

来自基于位置服务（LBS）市场的支持证据是，2018年5月第一款双频智能手机问世。当我们接近GNSS设备的门槛时，卫星导航将作为数字连接世界的支柱。随着位置、速度和时间的信息驱动增长，在广泛的上下文感知应用与服务中，GNSS将成为从物联网到增强现实和自动驾驶汽车的重要推动者。

《GNSS用户技术报告（2018）》共分五章：GNSS用户技术概述，大众市场解决方案，运输安全和关键责任应用解决方案，高精度与授时解决方案，以及编辑按：自动化。报告引言的标题定为：新时代的曙光，走向自动化系统。可见GNSS为开拓自动化系统在时间空间上，奠定了定位导航授时（PNT）基础。而PNT才是服务自动化的正宗能力，也就是说，PNT系统技术是可以实现自动化智能定位系统的未来，而其必须具备精准度、泛在性、安全性，以及连接性四大功能性能，才能真正为现代自动化和环境智能提供发展基础。

PNT技术驱动力金字塔图中（图1），明确要求其有四大功能性能，主要是要确保在所有应用场景化环境中保持所需要的性能，那就要融合多种定位技术和传感器。其精准度的确保是依托多星座、多频率GNSS，以及通过单点精密定位-实时动态监测（PPP-RTK）服务与惯性导航（INS）和其他传感器混合加以增强；其连接性的实现是依托卫星与地面网络，如5G、低轨道卫星（LEO）或低功耗广域网络（LPWAN）；其泛在性的提供是依托互补的定位技术和传感器组合；其安全性的获得是依托独立的冗余技术、网络安全和确权认证。

在《GNSS用户技术报告（2018）》中，体现出以下三个方面发展特点。

图1 PNT技术驱动力金字塔图

1.GNSS系统之系统概念变成现实，多星座多频率工作已经从系统变成为实际应用与服务，多系统标配化体现在接收机中

2020年，北斗卫星导航系统和伽利略卫星导航系统两个新的全球卫星导航系统，以及日本准天顶卫星系统（QZSS）和印度区域导航卫星系统（NavIC），将具备全面运作能力。同时，GPS和GLONASS的现代化进程也在不断前进中。因此，在短短几年内将有多个全球和区域导航系统开展全面服务，并有超过100颗卫星，包括通过使用多个频率提供PNT信息创新服务。而且，诸如广域扩增系统（WAAS）、欧洲地球静止导航重叠服务（EGNOS）之类的公共增强系统也正在发展成为多星座和多频率。

当前绝大多数的接收机都是多星座的, 而提供多星座支持的最流行的方法是涵盖所有可用星座的卫星，采用GNSS兼容互操作技术是最佳途径。现在只有约30%的接收机仅使用 GPS单系统；在这个问题中发现的最重要的新趋势是多频率的快速采用，包括消费类设备，正如市场上推出的双频智能手机所证明的那样。

2.增强服务、增值服务的快速增长，安全性和可靠性成为重要考虑因素

除了核心上游基础设施（GNSS，卫星无线电导航业务，星基增强系统）的成熟和演变发展，以及提供所提到的可能性之外，人们还观察到系统提供商本身或私营企业提供的新增值服务的增长。对于高精度服务尤其如此，直到最近，这些服务主要针对测量、测绘、工程机械或精准农业领域，但现在正在向大众市场传播，不仅适用于无人驾驶汽车，还包括各种增强现实应用。新的服务提供商出现，新的联盟出现，并提出了新的分销方法，包括通过移动电话网络，以服务于新兴的“所有”市场的高精度。免费的伽利略高精度服务（HAS）和QZSS厘米级精度服务，就是这种趋势的典型例子。

除了高精度的发展趋势之外，人们越来越意识到需要确保PNT解决方案的安全性和保全性。这种趋势在自动化控制环路的驱动器中尤为重要，例如在自动船舶、无人驾驶汽车或无人机中。伽利略身份验证服务，即导航电文身份验证（NMA）和信号身份验证服务（SAS），是对此安全性的重要贡献。目前至少有一家领先的私营GNSS增值服务提供商已经开始通过“实时星历数据和导航电文认证”，营销“可信（确保）定位”，由此可见，确认高精度不是最终结果，而“可信和有弹性”的高精度保持是其最终目标。

多种核心和增强服务的蓬勃发展，意味着接收机制造商、系统集成商和应用服务开发商的可以选择的选项比以往任何时候都要多样化。在大众市场领域, 我们看到了在“入门级”IoT产品中优化的芯片组之间的鸿沟, 其中每次定位的能耗降低是主要驱动因素, 而“高端”产品中定位性能则更重要。前者通常强调单（或双）星座、单频、窄带，所有的措施有助于满足低功耗需求要素。后者已广泛采用多个星座（四大全球导航卫星系统）, 更宽阔的频段处理, 多达百余个通道, 以及最先进的版本现在就能提供双频能力, 这将导致更高的精度；使用的频率范围，从支持所有应用领域的单一的L1/E1，到支持专业领域应用的四个频率。显示最大的增长是双频解决方案：L1/E1 和L5/E5, 但传统的L1/E1 和L2 仍在使用中。

3.确保的PNT技术及其提供的泛在、精准、安全和连接性能，需要生态系保障

所有解决方案提供商都强调了确保 PNT 解决方案的安全和保全的必要性, 特别是在脱离人类控制的环路系统中, 例如在自主船只、无人驾驶汽车或无人机中。交通运输和关键安全领域，传统上受到规则和标准的束缚，因此减慢了新技术的采用，这种情况现在已经开始发生重大变化的趋势表明，新兴的无人驾驶汽车，专业或“专业消费者”无人机的出现，以及自主船舶开发，现在正在以非常快的速度开放这些尚未受到行业监管的应用领域。多个星座、多频率、惯性导航系统混合和多传感器融合，都用于促进所需的“确保的”和安全的定位解决方案。虽然目前的解决方案表明，对于自动化应用的高精度基本上是可以实现的，但是真正的实际工作仍然需要解决高水平的完好性、连续性和安全性，这些对于保证生命安全应用都是必不可少的。

在专业领域，利用三频或四频接收机，使用所有的GNSS星座和信号，以及RTK，和网络RTK（NRTK）与更高的实时PPP增强服务，达到高精度。接收机甚至有几百个通道，并已开始配置检测某些非预期的（干扰、欺骗或多径）信号。显而易见，由私营企业和公共系统运营商提出的PPP/ RTK服务的兴趣与日俱增, 这导致了新的PPP / RTK概念, 旨在解决高精度以外的广大客户群，也就是向大众化市场进军。强大的移动计算机、平板电脑，甚至于智能手机，以及开发面向大众市场的价格低廉的双频率的芯片组，这些措施合并应用使得人们在诸如此类设备上，运行高精度小批量过程验证测试（PVT）解决方案成为可行。同时借助于特定的应用软件，所形成的组合开发，使测绘、地理信息系统（GIS）数据采集和潜在的消费电子设备上的测量应用均将变成可能的现实，在Android设备上获得GNSS原始测量数据的实现进一步支持了这一趋势。

在PNT生态体系图中（图2），可以看到为了确保四大功能性能的实现，需要PNT技术的集聚和非PNT的支撑技术，累加起来达到近30项技术，当然实际应用中，在某些场合就不需要全部技术的堆积，而是优选其中若干技术形成相关应用系统。正如技术集聚图中所示（图3），针对室内、室外，相对、绝对定位会有不同的组合和分野。同时可以看到，只有在技术总体上有所把握，才能理清思路，获得价廉物美、配置上佳的应用与服务终端产品的优势解决方案。

在部分或完全自动化的任务和功能中，GNSS发挥着日益显著的作用。尤其是在交通运输领域中发现，随着无人驾驶汽车、自动船舶和自主无人机应用与服务中，人们不难看到，基于GNSS的自动化应用服务远远超出了交通运输范畴。

图2 PNT生态体系图

图3 技术集聚图

观察到的许多技术进步，正在或者将要被GNSS导出的位置和时间所驱动，不仅仅是用于信息目的，也用于监测和日益增加的控制任务，这正是在机器人，或者各种无人系统载体的导航中的难题。总而言之，这个专门问题就是自动化，在部分或完全自动化的任务和功能中，GNSS发挥着日益显著的作用。尤其是在交通运输领域中发现，随着无人驾驶汽车、自动船舶和自主无人机应用与服务中，人们不难看到，基于GNSS的自动化应用服务远远超出了交通运输范畴。