中國衛(wèi)星導(dǎo)航定位協(xié)會(huì)

曹沖:《GPS世界》編輯部的大佬們的回顧和預(yù)測(cè)之一
斗室智庫
2020/11/16 10:13
《GPS世界》雜志問世30年了,其編輯部的13位大佬,對(duì)于30年來的GPS/GNSS產(chǎn)業(yè)進(jìn)行了回顧,并且對(duì)于其未來作了預(yù)測(cè)。13個(gè)GPS/GNSS行業(yè)的大佬,及其所述主題分別為:一是斯圖爾特·萊利(Stuart Riley):GPS從小眾空間到無處不在;二是約翰·菲舍爾(John Fischer):現(xiàn)代奇跡為“信息高速公路”帶來了時(shí)間;三是特里·摩爾(Terry Moore):過渡到GPS以及其他領(lǐng)域;四是艾倫·霍爾(Ellen Hall):GNSS行業(yè)的歷史和未來的里程碑;五是朱爾斯·麥克內(nèi)夫(Jules McNeff):GPS和GNSS面對(duì)雙重用途的現(xiàn)實(shí);六是米格爾·阿莫爾(Miguel Amor):領(lǐng)導(dǎo)行業(yè)四十年;七是朱利安·托馬斯(Julian Thomas):從賽車到無限商機(jī);八是艾莉森·布朗(Alison Brown):導(dǎo)航系統(tǒng)(NAVSYS)在廣域增強(qiáng)系統(tǒng)(WAAS)中的角色;九是伊斯梅爾·庫倫米納(Ismael Colomina):發(fā)現(xiàn)新的GPS日志;十是格雷格·圖雷茨基(Greg Turetzky):在智能手機(jī)中放置GPS;十一是克萊姆·德里斯科爾(Clem Driscoll):GPS的發(fā)展;十二是米奇·納林斯(Mitch Narins):成為黃金標(biāo)準(zhǔn)意味著什么?十三是邁克爾·斯威克(F. Michael Swiek):GPS背后是人民。
1、斯圖爾特·萊利(Stuart Riley):GPS從小眾空間到無處不在,在過去的30年中,《GPS世界》一直處于GPS從晦澀技術(shù)到無處不在的實(shí)用過渡的最前沿。該雜志最初是在衛(wèi)星星座達(dá)到初始作戰(zhàn)能力(IOC)之前出版的。實(shí)際上,它是在“沙漠風(fēng)暴”行動(dòng)之前進(jìn)行的,該行動(dòng)引起了空前的宣傳和對(duì)GPS設(shè)備的需求;并且記錄了一段時(shí)間以來,技術(shù)學(xué)科的變化率空前提高。
萊特兄弟(Wright Brothers)首次航空飛行30年后,商業(yè)航空旅行仍然很昂貴,且不舒適,還只有很少的人可以使用。將其與GPS和GNSS進(jìn)行比較,在30年中,衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)已經(jīng)從由汽車電池供電的50磅重的接收機(jī)發(fā)展到置身于數(shù)十億人的口袋中和手腕上。
1978年,也就是第一顆GPS Block-I衛(wèi)星發(fā)射的那一年,天寶(Trimble)成立。Trimble的第一個(gè)導(dǎo)航產(chǎn)品是1980年的Loran接收機(jī),隨后是1984年的世界上第一個(gè)商用GPS設(shè)備產(chǎn)品。《GPS世界》雜志發(fā)行的那一年,Trimble成為1990年的第一家公開交易的GPS公司。定位技術(shù)是Trimble的DNA,是幫助公司發(fā)展的基礎(chǔ)。改變建筑、農(nóng)業(yè)、運(yùn)輸和地理空間信息等行業(yè)。
有兩個(gè)因素促使GPS從小眾空間到無所不在:快速的技術(shù)進(jìn)步(電子、軟件、通信和不斷增加的衛(wèi)星數(shù)量),加上利用定位使眾多不同應(yīng)用中的大量用戶受益的創(chuàng)新相結(jié)合。將其視為“摩爾定律滿足市場(chǎng)需求”。
馬來西亞部落人員和Trimble 4000SLD,后者是第一個(gè)運(yùn)動(dòng)學(xué)“背包” GPS接收機(jī),不帶電池的接收機(jī)重達(dá)44磅,于1988年推出。(照片:Trimble)
GNSS增長(zhǎng)的關(guān)鍵是適應(yīng)性。通過為廣泛的行業(yè)提供服務(wù),GNSS制造商滿足了對(duì)精度、外形尺寸、接口和位置可用性的廣泛不同需求。市場(chǎng)推動(dòng)了功能更強(qiáng)大、成本效益更高的解決方案的開發(fā),并對(duì)性能和功能提出了各種要求。
最近的進(jìn)展說明了GNSS技術(shù)對(duì)市場(chǎng)需求做出反應(yīng)的能力。衛(wèi)星提供的PPP校正使用戶幾乎可以在地球上的任何地方以快速的收斂時(shí)間實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)厘米級(jí)精度。低成本、高性能的慣性傳感器可在充滿挑戰(zhàn)的環(huán)境中提高性能。軟件定義的高精度GNSS接收機(jī),再加上消費(fèi)類設(shè)備(電話和平板電腦)上的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù),為尚未發(fā)現(xiàn)的方向上的創(chuàng)新打開了大門。
GNSS在廣泛的應(yīng)用中起著關(guān)鍵作用。例如,緊湊型高精度的接收器通過在汽車和卡車、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、土方工程和建筑業(yè)等行業(yè)提供更高水平的生產(chǎn)力,可靠性、安全性和靈活性,正在改變著人們?nèi)粘9ぷ鳌nA(yù)計(jì)未來的應(yīng)用會(huì)越來越多地將GNSS與其他傳感器集成在一起,以提高自主應(yīng)用的生產(chǎn)率和安全性。
從靜態(tài)的后處理定位轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)時(shí)動(dòng)態(tài)手持機(jī)厘米級(jí)精度,用了不到30年的時(shí)間。對(duì)于那些經(jīng)歷了早期的人來說,GNSS以我們從未想到的方式改變了世界。在未來的三十年中,GNSS將被嵌入到當(dāng)今無法想象的應(yīng)用中。致《GPS世界》:祝賀您,并感謝您在GNSS行業(yè)的教育、認(rèn)識(shí)和促進(jìn)方面取得了30年的杰出成就。
2、約翰·菲舍爾(John Fischer):現(xiàn)代奇跡為“信息高速公路”帶來了時(shí)間
1990年代,我在初創(chuàng)公司中工作,致力于為撥號(hào)和租用線路提供無線替代方案。我們創(chuàng)建了Clearwire,該公司最終成為WiMax —這是我們現(xiàn)在稱為互聯(lián)網(wǎng)的新“信息高速公路”的寬帶無線入口。在幾年之內(nèi),我們開始尋找一種方法來同步相鄰基站,以避免在重疊區(qū)域產(chǎn)生干擾。我們這些來自軍事導(dǎo)航領(lǐng)域的人轉(zhuǎn)向了GPS。我們開始使用GPS接收機(jī)為我們提供1PPS同步。
天寶公司精準(zhǔn)時(shí)間—2000。(照片:天寶)
1990年代后期,Trimble推出了精準(zhǔn)時(shí)間-2000,使我們的生活更加輕松。今天,它是時(shí)間同步的標(biāo)準(zhǔn),但是在那時(shí),它是新穎的。當(dāng)我想到摩爾定律方面的進(jìn)步時(shí)(半導(dǎo)體性能每18個(gè)月翻一番),自1990年以來,我們已經(jīng)經(jīng)歷了20倍的增長(zhǎng)。這就是一百萬的改善因子!但是,僅憑技術(shù)進(jìn)步并不能說明GPS的巨大成功。美軍開放其系統(tǒng)供世界上每個(gè)人使用,并且所有國家在使所有GNSS系統(tǒng)互操作性方面的持續(xù)合作這一事實(shí)令人振奮。我們生活在約翰·列儂(John Lennon)“想像”的世界上:所有人共享。2020年,我們現(xiàn)在將重點(diǎn)放在對(duì)付GNSS漏洞和保護(hù)GNSS信號(hào)的完好性上,這是我們?nèi)粘I钪胁豢苫蛉钡囊徊糠帧PS確實(shí)是現(xiàn)代奇跡。
3、特里·摩爾(Terry Moore):過渡到GPS以及其他領(lǐng)域
我想我最近花了一些時(shí)間來回顧那些年以及在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)定位和導(dǎo)航發(fā)生的變化并不奇怪。我的第一個(gè)學(xué)位是土木工程,盡管我在最后一年專門研究土地測(cè)量。我與衛(wèi)星導(dǎo)航的第一次接觸是在1981年初,當(dāng)時(shí)我的導(dǎo)師和好朋友阿什肯納齊(Ashkenazi)教授將JMR-1過境多普勒NAVSAT接收機(jī)帶入了我們的第二年測(cè)量講座。接收機(jī)跟蹤“過境”衛(wèi)星時(shí)發(fā)出的那重復(fù)輕柔的嗶嗶聲讓我終生難忘。我不認(rèn)為那時(shí)我會(huì)意識(shí)到導(dǎo)航和定位將是我工作的重點(diǎn),但是我對(duì)技術(shù)和前景著迷,這確實(shí)是改變生活的時(shí)刻之一。
1984年:德州儀器(TI)TI-4100。(照片:NOAA國家大地測(cè)量局)
我記得當(dāng)時(shí)帶著Magnavox MX 1502 子午儀接收機(jī)到在Herstmonceux Castle舉行的會(huì)議上,并且在周末的時(shí)候,我在父母設(shè)在謝菲爾德的后花園里安裝了該儀器,這讓他們大為驚訝。
2020年:佳敏Fenix6智能手表。(照片:佳敏)
直到1985年,我才通過英國石油公司贊助的博士后研究職位開始從事GPS工作。這是為了調(diào)查GPS在石油和天然氣領(lǐng)域的首次使用,以在平臺(tái)和測(cè)量船上進(jìn)行精確的海上定位。我們使用的早期GPS接收機(jī)是德州儀器(TI)的TI-4100接收器,我們?cè)诘谝淮伍L(zhǎng)期測(cè)量活動(dòng)中借用了其中的五個(gè),以測(cè)量英格蘭和蘇格蘭東海岸的精確高程。他們使用的是一種“快樂”。我記得手動(dòng)輸入年歷中的元素以使接收機(jī)一次獲取一顆衛(wèi)星。我們購買了頭兩臺(tái)Wild-Magnavox WM-101接收機(jī)后不久,這些接收機(jī)看起來像是在偽裝新秀麗的行李箱?,F(xiàn)在,我在這里載在手腕上的Garmin手表中,用GNSS接收機(jī)打字,在我旁邊的三星手機(jī)上也能夠打字。上周末,我和我的妻子與女兒在英格蘭的湖區(qū)散步,并對(duì)我們的GNSS接收器進(jìn)行了快速計(jì)數(shù)。我們?nèi)齻€(gè)人共有八個(gè)GNSS接收機(jī)(用于手表、電話和手持式接收機(jī)),當(dāng)然,在我們的汽車和自行車GNSS接收機(jī)中也都有其他接收機(jī)。在過去的35年中,情況發(fā)生了怎樣的變化,以及我們?nèi)绾蜗胂?,例如GPS以及現(xiàn)在的GNSS的普及率驚人地增長(zhǎng)。
4、艾倫·霍爾(Ellen Hall):GNSS行業(yè)的歷史和未來的里程
GPS的歷史令人著迷。1957年,JHU高級(jí)物理實(shí)驗(yàn)室(APL)進(jìn)行的一項(xiàng)研究利用多普勒效應(yīng)來監(jiān)測(cè)剛剛發(fā)射的人造衛(wèi)星(Sputnik),從而使研究人員能夠查明人造衛(wèi)星的位置。這項(xiàng)努力促成了海軍子午儀計(jì)劃的發(fā)展,這是第一個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),該系統(tǒng)已在1960年成功進(jìn)行了測(cè)試。美國全球定位系統(tǒng)(GPS)于1973年正式啟動(dòng),旨在克服以前的局限性,是一種全球解決方案。美國空軍開發(fā)了GPS,在1995年確定24顆衛(wèi)星用于全面運(yùn)作能力(FOC)。由于1983年的一次可怕事件,大韓航空007航班由于導(dǎo)航錯(cuò)誤而進(jìn)入蘇聯(lián)領(lǐng)空,隨后被蘇軍擊落,里根政府下令在全球范圍內(nèi)GPS提供軍民兩用,以確保此類悲劇再次發(fā)生。克林頓政府停止了“可用性選擇性”,以使GPS對(duì)民用和商業(yè)需求的響應(yīng)速度更快,精度更高。這導(dǎo)致了全球范圍內(nèi)的大量使用和逐步形成對(duì)GPS的依賴,從為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)應(yīng)用提供數(shù)據(jù)到金融交易的關(guān)鍵時(shí)間戳。對(duì)GPS的日益增長(zhǎng)的需求和依賴性凸顯了保護(hù)、優(yōu)化和增強(qiáng)系統(tǒng)的重要性。威脅漏洞測(cè)試、抗干擾措施和替代性導(dǎo)航解決方案對(duì)于此關(guān)鍵應(yīng)用的增強(qiáng)和備份都至關(guān)重要。人們應(yīng)該記住和贊譽(yù)那些為GPS作出巨大貢獻(xiàn)的先驅(qū),是他們發(fā)明了GPS并從根本上改變了世界的運(yùn)作方式。我無法想象沒有GPS的世界。無人駕駛汽車,無人駕駛飛機(jī)和航天器曾經(jīng)只在科幻電影中播放過的內(nèi)容正迅速成為現(xiàn)實(shí)。
5、朱爾斯·麥克內(nèi)夫(Jules McNeff):GPS和GNSS面對(duì)雙重用途的現(xiàn)實(shí)
幾年前,我寫了一篇論文,假設(shè)在雙重用途效用和風(fēng)險(xiǎn)方面,GPS和相關(guān)的PNT功能類似于第二次世界大戰(zhàn)以來發(fā)生的另外兩項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新:原子能和互聯(lián)網(wǎng)。該論文得出的結(jié)論是,與已得到很好控制的原子能不同,GPS / PNT更類似于互聯(lián)網(wǎng),后者或多或少被允許幾乎不受限制地發(fā)展為全球能力?,F(xiàn)在,必須通過GNSS提供者公開行動(dòng),提供清晰視角,認(rèn)真坦率地看待多年來一直是GNSS民用社區(qū)標(biāo)志的信息公開共享。與互聯(lián)網(wǎng)一樣,那些已經(jīng)依賴精確的GPS / PNT服務(wù)的人現(xiàn)在必須做出反應(yīng),制定保護(hù)措施和補(bǔ)救措施,以應(yīng)對(duì)來自我們之前考慮過的同樣的日益嚴(yán)峻的威脅。