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2022年11月24日 | 精确到厘米级的“超级GPS”，再也不怕导航瞎指路了？
2022-11-24 来源：天天汽车
几十年来，GPS一直是一项至关重要的技术。
往大了说，它对各国军事方面都有着极为重要的作用，比如打仗时使用的导弹制导，就需要利用GPS等系统来进行导航，从而对目标发起精准打击。
除了导弹，近些年才发展起来的军用无人机、无人车、无人潜航器等高级智能化战斗力量更是需要依靠GPS导航来确定攻击、监视或运输目标的精确坐标。
往小了说，我们的日常生活，也早已离不开GPS技术带来的便利性。
别说点外卖、打车、导航、旅游等软件都需要它的支持，现如今车企与科技公司都在花费巨资研发的自动驾驶车更需要依靠GPS的精准定位，才能完成从路线规划到把乘客运送至正确目的地的一系列活动。
然而被软件或科技设备依赖的卫星GPS也有其局限性和脆弱性，它并不总是最可靠的系统，特别是在建筑密集的城市地区。
为此，荷兰的工程师团队特别研发出了一款称为“超级GPS”的混合定位系统，这种新系统结合了无线和光学连接，并使用类似手机网络来传输信号，但它不是将数据流传输到我们的手机，而是对设备进行厘米级的精确定位。
在介绍超级GPS技术之前，我们还是有必要先来帮助大家复习一下基于卫星的传统GPS是如何进行定位工作的。
首先，每颗GPS卫星内都携带有一枚原子钟，可以保持非常精确的时间，并与地面上和其他卫星上的时钟同步。
GPS卫星会实时向地面上的接收设备发送信号，而通常一个接收设备可以同时与几颗卫星进行通信，并根据卫星的位置计算出自身在3D空间中的位置，其精度可能小到几厘米。
但这是在最理想的情况下，现实世界通常不是这样的。当接收器接收卫星传来的信号时并不总是那么顺畅，尤其是当接收器处于城市时。
包括建筑物在内的许多障碍物都会造成信号干扰，特别是一些大型建筑物还会反射或阻挡信号，而这样就会使定位产生误差，根据干扰程度的不同，这个误差窗口有时甚至会有几米之大。
当包括自动驾驶车在内的智能化技术对位置数据的需求变得越来越高时，找到提高GPS精度的方法也就越来越重要了，而这正是超级GPS的用武之地。
超级GPS是由来自代尔夫特理工大学、阿姆斯特丹自由大学和VSL的研究人员共同开发的一种替代性系统，其工作原理与基于卫星的GPS相似，但不同的是它是完全在地面上运行的，利用的则是现有的移动网络。
研究团队所做的最重要的一项工作就是将移动网络连接到一个非常精确的原子钟上，这样它就可以广播精确计时的定位信息，就像GPS卫星在它们携带的原子钟的帮助下所做的那样。
贡献该技术的VSL研究人员解释到：“我们已经在研究通过电信网络将我们的原子钟产生的国家时间分发给其他地方用户的技术。通过这些技术，我们可以把网络变成一个全国性的分布式原子钟——并由此带来新的应用，比如通过移动网络进行非常精确的定位。”
在这种情况下，“卫星”就变成了散布在城市地区的无线网络发射机。更确切的说，不再像天空中的卫星都有自己的原子钟来保持时间，这些地面上的“卫星”则是通过光缆与一个原子钟相连在一起，使它们完全保持同步。
然后，它的工作方式仍与传统GPS卫星大致相同，接收设备通过与几个无线电节点进行通信，计算信号在每个节点之间跳动所需的时间，再对它们的位置进行三角定位，以获得更精准的定位信息。
该系统还部署了一个比正常情况下大得多的无线电信号带宽，考虑到无线电频谱带宽因为稀缺而非常昂贵，于是团队使用几个小带宽的无线电信号组合在一起，形成一个更大的虚拟带宽用于网络通信。
这种“额外”的带宽还带来了一个非常大的好处——它能克服卫星GPS在城市中因为建筑物反射无线电信号，导致导航设备被混淆的问题。
目前，该研究团队已经在一个装有6台无线电发射机的试验场对原型设备进行过测试。在总共占地面积为660平方米的繁乱环境中，超级GPS对设备的跟踪定位精度可达到10厘米以内，精准度可谓是相当之高。
当然，这项技术仍然需要进行更多的测试才能确定其是否可行。
拟议的基于移动网络的信号传输系统也需要时间来建立，尽管研究团队已经为原型设施创建了一套传输协议和配套硬件。在他们看来，如果技术能应用，目前的移动和Wi-Fi基站至少可以适应这项工作。
需要指出的是，这种全新的超级GPS技术并非是为取代传统的卫星GPS而来，包括GPS在内的全球导航卫星系统（GNSS）仍然有着非常广泛的用途，并将在未来很长一段时间内继续使用。
但超级GPS技术可以与卫星GPS形成一种配合关系，比如它可以在卫星GPS中断的情况下作为备用工作系统运行，并且它还可以有效解决城市地区微弱的卫星信号在建筑物之间反射而导致的精度不高问题——导航系统可以从地面无线网络系统中获取信号，而不再是完全依赖卫星。
如果超级GPS技术能得到推广应用，受益的也不仅仅是自动驾驶汽车，据其研究团队表示，该技术还可以在规划量子通信网络和下一代移动设备网络中发挥重要作用。
史海拾趣
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