人类工程的奇迹34期:6大卫星导航系统,你的手机支持几个?
前言
打开高德地图查一查目的地附近哪家餐厅最好吃,或者在百度地图上选择一条最不拥堵的回家路线,似乎成了当代中国人不约而同每天都会做的事情。但是,你有没有想过,手机导航是如何指引你到每一个角落的呢?你可能会说,是GPS!
真的是这样吗?且听我细细道来。
全球卫星导航系统(GNSS)和全球定位系统(GPS)是一回事儿吗?
全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS),是一个总称,指在全球或区域范围内提供定位、导航和定时服务的任何卫星星座。
全球定位系统(Global Positioning System,GPS),是世界上第一个建立并投入使用的全球卫星导航系统。
换言之,GPS只是全球卫星导航系统(GNSS)的一种,是4大全球卫星导航系统之一。那么,为什么如今GPS几乎已经成了全球卫星导航系统的代名词了呢?这是因为GPS作为卫星导航系统家族的老大哥,第一个诞生,第一个普及,早已经深入人心了。
类似的事情其实也时有发生,比如:“吉普”这个品牌作为越野车进入中国市场非常早,也深入中国百姓之心,一度成为越野车的代名词,导致很多老百姓看到越野就喊“吉普”。
哎,对了,标题不是说6大卫星导航系统吗,怎么成了4大了?别着急,接着往下看。
卫星导航系统(Satellite Navigation System)
卫星导航系统分为全球型和区域型。
目前,只有4个真正意义上的全球卫星导航系统(GNSS)——美国的全球定位系统(GPS)、俄罗斯的格洛纳斯(GLONASS)、欧盟的伽利略(Galileo)、中国的北斗(BDS)。此外,还有2个区域型卫星导航系统——日本的准天顶卫星系统(QZSS)和印度区域导航卫星系统(NavIC).
也就是说,4个全球卫星导航系统加上2个区域型卫星导航系统,一共才6个!这也从侧面反映了卫星导航系统的技术门槛之高,经费投入之大,绝不是谁想玩就能玩的起的。
至于你的手机支持哪些GNSS,我将在文末告诉大家方法,并且呈上一些普遍型号手机所支持的GNSS.
6. 印度区域导航卫星系统NavIC(印度)
NavIC是印度的区域卫星导航系统,由印度空间研究组织发射和运行,覆盖印度和附近地区,最远可达1500公里。随着2018年4月12日第八颗卫星(IRNSS-1I)的发射成功,NavIC共有8颗卫星在轨,7颗正在运行,第1颗卫星故障,原因是它的三个原子钟都损坏了。
5. 准天顶卫星系统QZSS(日本)
准天顶卫星系统(QZSS)是日本的区域卫星导航系统,目前日本卫星定位研究与应用中心仍在建设中。按照计划,准天顶卫星系统星座将有7颗卫星,截至2018年11月,其中4颗已经在轨运行。
要知道,在城市和山区,由于建筑物、树木和其他物体会遮挡卫星信号,如果卫星的数量较少,在某些情况下就无法稳定获取定位信息。4颗或更多颗卫星可以进行卫星定位,但是要获得稳定的定位信息,卫星的数量多多益善。
QZSS预计将于2023年底完成总共7颗卫星的部署计划,届时将为亚洲-大洋洲地区提供高精度和稳定的定位服务。
4. 格洛纳斯GLONASS(俄罗斯)
平均几何精度因子:2.6
在轨运行卫星数量:24
平均可见卫星数量:7
格洛纳斯(GLONASS)是俄罗斯的全球卫星导航系统,由俄罗斯空天军运行。格洛纳斯的开发始于1976年的苏联。从1982年10月12日开始,无数火箭发射为该系统增加了卫星,直到1995年星座完成。格洛纳斯于1993年开始运行,当时有12颗卫星在2个轨道上运行,高度为19130公里。根据其官网信息,截至2020年10月25日,格洛纳斯共有24颗卫星在轨运行。格洛纳斯卫星的设计已经进行了几次升级,其中2020年的最新版本格洛纳斯-K2计划于2022年投入使用。
3. 伽利略Galileo(欧盟)
平均几何精度因子:2
在轨运行卫星数量:24
平均可见卫星数量:9
伽利略是欧盟的全球卫星导航系统,由欧洲航天局(ESA)组建,欧洲全球卫星导航系统局负责运营。伽利略全球卫星导航系统是供民用和商用的全球导航系统。完整的伽利略星座将包括围绕三个与赤道成56度角倾斜的轨道平面均匀分布的卫星,每颗卫星将绕地球运行约14个小时。
根据其官网信息,截至2020年12月,伽利略系统共28颗卫星在轨,其中24颗正在运行,2颗未运行,2颗已退役,后续还会进一步发射备用卫星。全球有超过15亿部智能手机和设备接收高度精确的伽利略导航信号。在欧洲委员会决定加快下一代伽利略卫星的开发之后,欧洲航天局已要求欧洲卫星制造商为第一批伽利略第二代(G2)卫星投标。伽利略第二代预计将在四年后发射。
2. 全球定位系统GPS(美国)
平均几何精度因子:1.7
在轨运行卫星数量:31
平均可见卫星数量:11
全球定位系统是最古老的全球卫星导航系统,1978年开始运行,1994年开始在全球范围内使用。
拥有独立的军事导航能力的需求推动了它的创新,美国军方是第一个意识到这一点的。因此,在1964年,美国部署了Transit系统。Transit,也被称为NAVSAT,其实就是利用多普勒效应,为导弹潜艇、水面舰艇提供位置信息和导航,也为美国军队提供水文测量和大地测量。 随着时间的推移,GPS逐渐被开放给公众使用。根据其官网信息,截至2021年1月9日,全球定位系统共有33颗卫星在轨:Block IIR(8颗)、Block IIR-M(7颗)、Block IIF(12颗)、GPS III/IIIF(4颗),其中可运行的为31颗。它由美国空军负责维护,并致力于保持至少24颗可运行的GPS卫星。
1. 北斗三号全球卫星导航系统BDS-3(中国)
平均几何精度因子:1.6
在轨运行卫星数量:30
平均可见卫星数量:16
北斗是中国的卫星导航系统,于2000年投入使用。整个北斗系统有三个独立的星座——北斗一号、北斗二号和北斗三号。其中北斗一号和北斗二号属于区域型卫星导航系统,北斗三号(BDS-3)属于全球卫星导航系统。北斗一号为4颗试验卫星,北斗二号由14颗组网卫星和6颗备用卫星组成,北斗三号由30颗组网卫星和5试验用卫星组成。
截至2020年7月31日,北斗三号全球卫星导航系统正式开通,我国的全球卫星导航系统(第三代)在轨运行卫星数量达到了30颗。
数据
4大全球卫星导航系统(GNSS)的精度数据提取自香港cors站数据,我已将其总结成下表,方便大家对比理解。日本的准天顶卫星系统(QZSS)和印度区域导航卫星系统(NavIC)这2个区域型卫星导航系统由于不是全球型的,没有参与对比。
你的手机支持哪些GNSS呢?
在哪里能查得到自己的手机支持哪些全球卫星定位系统呢?最准确的方式是上自己手机品牌的官网,查询对应机型的详细参数中的定位参数。
比如下图是我从苹果官网上查到的iPhone 12参数,GPS、格洛纳斯(GLONASS)、伽利略(Galileo)、北斗4大全球卫星导航系统它都支持,另外,另外,它还支持日本的准天顶(QZSS).
下图则是我从华为官网上查到的P40 Pro参数,同样的,它也支持GPS、格洛纳斯(GLONASS)、伽利略(Galileo)、北斗4大全球卫星导航系统它都支持,以及日本的准天顶(QZSS)。另外,它还支持印度的NavIC, 还有辅助GPS定位系统(APGS).
下表是我总结的部分手机卫星导航系统支持情况,可以作为参考。