提高 GPS 和 GNSS 的精度

我们已经非常习惯于使用全球定位系统 (GPS)或类似（例如， 欧洲的 Galileo）设备，以至于我们的许多日常活动都依赖于使用此类设备。

虽然 GPS 使我们许多人的导航变得更容易，但我们通常认为接收到的位置数据非常准确并且会一直存在。在许多情况下，当卫星系统受阻或信号全部受阻时，准确性仍然是一个问题。

为了提高准确性和信号，已经开发了一种依赖于地面系统的新技术。

地球周围环绕着导航卫星。图片：NOAA，公共领域。

全球导航卫星系统 (GNSS)不仅在我们的日常使用中很常见，而且对基础设施也至关重要，包括通信网络和新兴系统，例如各国和公司正在努力发展的自动驾驶技术。

该系统的弱点不仅在于卫星信号和通信可能受到阻碍，而且如果卫星通信中断，GNSS 也没有有效的备份。

地面网络定位系统（TNPS）

最近的一项研究提出了一种新的地面系统来支持或补充 GNSS。虽然现有的地面或低轨道卫星系统可以作为 GNSS 的补充，但这些系统依赖于双向通信和传输，容易受到干扰。此外，其他系统需要大规模投资才能真正实现全球规模。

GPS 装置依靠来自卫星的信号来计算地理位置。位于夏威夷火山国家公园内 Pu’ukapukapu 的 Kīlauea 南侧的竞选 GPS 天线。照片：Sarah Conway，USGS。公共区域。

地面网络定位系统

一种称为地面网络定位系统 (TNPS) 的新提议系统已被提议作为一种潜在的替代方案，可以克服先前系统和 GNSS 中的弱点。

该系统提供厘米级甚至分米级的精度，通常达到真实位置的 10 厘米以内，并与使用原子钟的设备进行亚纳秒时间同步，有助于提供近乎实时的导航数据。

这个新的地面系统使用可编程的通用软件无线电外围设备，无线电信号从电台传输。

地面网络定位系统的好处

该系统的好处是它还解决了在城市环境中经常引起注意的干扰和信号问题，在城市环境中，障碍物和信号丢失会妨碍准确定位。

所使用的信号的带宽比通常使用的带宽大得多，但由于无线电频谱中的带宽不足，因此开发的网络还使用分布在大虚拟带宽上的相关小带宽无线电信号。这可以实现良好的数据访问以及在受阻设置中获得良好的信号。

该系统有效地利用了与当前移动通信网络相当的光学和无线传输方案。

该系统可以独立于 GNSS 工作，也可以用来补充它，为 GPS 或类似系统提供备份。该网络可以使用与移动网络相当的基础设施进行部署，这可以使该系统在全球范围内可行。^[1]

惯性导航系统

TNPS的发展是一个潜在的突破；然而，一段时间以来，人们一直在研究替代基于 GNSS 的设备并解决卫星导航的一些弱点的导航系统。

特别是，惯性导航系统近年来获得了一些关注，特别是对于依赖位置数据的自主或移动车辆。这些设备结合使用运动传感器、旋转传感器（例如陀螺仪），通常还使用计算机来辅助导航。

实际上，基于惯性的系统已经存在了很长一段时间，那是从第二次世界大战时期火箭被开发出来以来。这些设备通常由惯性测量单元 (IMU) 制成。这些允许测量旋转，而陀螺仪有助于保持角度测量。

第二次世界大战后不久，有人尝试结合微型计算机来帮助计算飞行物体的真实位置，例如火箭和喷气式飞机。

如今，大多数基于 IMU 的设备都与基于 GNSS 的系统一起使用，特别是因为基于 IMU 的设备通常不那么准确；然而，鉴于导航干扰 GNSS 的问题，例如在城市环境中，现在有人试图使它们更加独立。^[2]

无GPS导航

独立于 GPS 和类似设备的导航还有一段路要走。我们中的许多人都经历过失去信号而无法轻松导航的挫败感。一种

已经提出了替代方案，但许多方案可能存在漏洞或可能需要全新的基础设施。提议的 TNPS 架构可能是一个可行的替代方案，前提是该架构可以使用现有基础设施轻松大规模部署，而不必构建新网络。

目前，基于 IMU 的设备是一种替代方案，但如果测量不正确或可能无法使用与其相辅相成的 GNSS，这些设备可能会出现不准确的情况。

尝试构建更准确的 GNSS 替代品，同时还可以快速提供信号信息，TNPS 可能会提供一种更有前途的潜在技术。