陀螺儀結(jié)構(gòu)圖

全空域、全時(shí)域的無(wú)縫定位導(dǎo)航是未來(lái)定位導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)的技術(shù)制高點(diǎn)。隨著量子精密測(cè)量技術(shù)的快速發(fā)展，基于量子精密測(cè)量的陀螺及慣性導(dǎo)航系統(tǒng)具有高精度、小體積、低成本等優(yōu)勢(shì)，將對(duì)無(wú)縫定位導(dǎo)航領(lǐng)域提供顛覆性新技術(shù)。

“十二五”863計(jì)劃地球觀測(cè)與導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域主題項(xiàng)目“基于磁共振的微小型原子自旋陀螺儀關(guān)鍵技術(shù)”由北京自動(dòng)化控制設(shè)備研究所承擔(dān)，項(xiàng)目研究開(kāi)展一年半取得突破性進(jìn)展。項(xiàng)目組攻克了核自旋-電子自旋耦合極化與檢測(cè)等精密量子操控技術(shù)，完成了小型化磁共振氣室、高效磁屏蔽等元件的精密設(shè)計(jì)與制造，并研制成功我國(guó)首個(gè)基于磁共振的原子自旋陀螺儀原理樣機(jī)。樣機(jī)零偏穩(wěn)定性?xún)?yōu)于2°/h，成為世界上第二個(gè)掌握該技術(shù)的國(guó)家，與美國(guó)技術(shù)差距從10年縮小到7年。

項(xiàng)目所取得的研究成果為進(jìn)一步提高基于磁共振的微小型原子自旋陀螺儀的精度與集成度，為支撐我國(guó)量子導(dǎo)航領(lǐng)域的發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。原子陀螺儀的技術(shù)突破使現(xiàn)有應(yīng)用于高端裝備的無(wú)縫定位導(dǎo)航系統(tǒng)的體積、質(zhì)量、功耗、成本等下降約兩個(gè)數(shù)量級(jí)，將應(yīng)用于大眾定位導(dǎo)航市場(chǎng)，可在微小體積、低成本條件下實(shí)現(xiàn)米級(jí)定位精度，提供不依賴(lài)衛(wèi)星的全空域、全時(shí)域無(wú)縫定位導(dǎo)航新能力。

（來(lái)源：中國(guó)政府網(wǎng)）

美國(guó)量子定位系統(tǒng)將引發(fā)衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域的技術(shù)革命

雖然衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)在導(dǎo)航定位領(lǐng)域獲得了前所未有的成功，但仍然存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題（以GPS為例）：

1、定位精度仍然不夠高

系統(tǒng)體制仍存在著物理極限。因?yàn)镚PS定位的原理是通過(guò)重復(fù)地向空間發(fā)射電磁波信號(hào)，檢測(cè)電磁波到達(dá)待測(cè)點(diǎn)的時(shí)間延遲來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這種以經(jīng)典物理學(xué)為基礎(chǔ)的方法受到所能實(shí)現(xiàn)的可利用功率及寬帶的限制，其測(cè)量精度很難獲得進(jìn)一步的提高。

2、保密性較差

美國(guó)斯坦福大學(xué)設(shè)立有一個(gè)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室，主要截獲并分析全球所有的衛(wèi)星信號(hào)，華裔學(xué)者高杏欣在2008年的博士論文《Towards navigation based on 120 satellites:analyzing the new signals》,較為詳細(xì)地闡述了衛(wèi)星信號(hào)的跟蹤與破譯方法，雖然不能確信是否能夠破譯所有的偽隨機(jī)碼，但至少是可以部分破譯的。

3、抗干擾能力差

與其他傳感器系統(tǒng)相比，GPS信號(hào)強(qiáng)度較弱，因此更加容易受到電磁干擾，使基于GPS的導(dǎo)航系統(tǒng)存在穩(wěn)定性漏洞。

由于存在著這些缺陷，美國(guó)一直投入巨資完善并發(fā)展導(dǎo)航定位系統(tǒng)。量子定位系統(tǒng)（即QPS，Quantum Positioning System）作為一種定位精度高、保密性能強(qiáng)的導(dǎo)航定位技術(shù)，就是其發(fā)展重點(diǎn)之一。量子定位的概念最先是由美國(guó)麻省理工學(xué)院研究人員于2001年提出，其與傳統(tǒng)定位系統(tǒng)的本質(zhì)區(qū)別在于所采用信號(hào)的不同。傳統(tǒng)定位如GPS系統(tǒng)采用的是基于重復(fù)發(fā)送電磁波脈沖測(cè)量信號(hào)達(dá)到時(shí)間，通過(guò)計(jì)算得到距離信息，而量子定位系統(tǒng)采用的是具有量子特性的光子脈沖。QPS可以突破經(jīng)典無(wú)線(xiàn)電導(dǎo)航體制的定位精度上限，因此可以達(dá)到很高的定位精度，同時(shí)還內(nèi)置加密能力，在信息安全等方面具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，這無(wú)疑將會(huì)引發(fā)一場(chǎng)衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域的技術(shù)革命。

盡管如此，并不意味著QPS能很快取代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，因?yàn)槟壳把芯砍晒@示，QPS的實(shí)現(xiàn)都是建立在定位系統(tǒng)自身參考點(diǎn)的位置是精確已知的前提下，由此帶來(lái)了QPS在工程實(shí)現(xiàn)上的難度。從當(dāng)前衛(wèi)星導(dǎo)航的系統(tǒng)構(gòu)成上看，若要構(gòu)建一個(gè)完整的QPS，實(shí)現(xiàn)代價(jià)將是非常大的。

QPS與衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的相互組合則是一個(gè)有價(jià)值的研究方向，同時(shí)具有良好的軍事應(yīng)用前景。

英“量子羅盤(pán)”或?qū)⑷〈鶪PS全球定位系統(tǒng)

除了我國(guó)北斗，長(zhǎng)期處于導(dǎo)航領(lǐng)域霸主地位的美國(guó)GPS全球定位系統(tǒng)又將迎來(lái)一位強(qiáng)有力爭(zhēng)奪者，而且這次的挑戰(zhàn)者絕對(duì)與眾不同，甚至被賦予“顛覆性”，因?yàn)樗饤壛藗鹘y(tǒng)的衛(wèi)星技術(shù)。外媒報(bào)道，英國(guó)稱(chēng)會(huì)在未來(lái)3-5年內(nèi)開(kāi)始研發(fā)新的導(dǎo)航技術(shù)，不依靠軌道衛(wèi)星，而是一種名叫“量子導(dǎo)航”的小型系統(tǒng)。

英國(guó)國(guó)防部表示，目前GPS的信號(hào)無(wú)法覆蓋到長(zhǎng)期處于深潛狀態(tài)的核潛艇，這也是他們投入數(shù)百萬(wàn)英鎊資金研發(fā)新型導(dǎo)航技術(shù)的初衷。英國(guó)國(guó)防部希望有這樣一種定位系統(tǒng)不僅可以應(yīng)用于戰(zhàn)斗機(jī)，還能覆蓋至核潛艇，在軍事領(lǐng)域發(fā)揮更大作用。

英國(guó)國(guó)防科技實(shí)驗(yàn)室斯坦斯菲爾德，其設(shè)計(jì)靈感來(lái)自超冷原子（UltraCold Atom）技術(shù)，其敏感性甚至可感知地球磁場(chǎng)和重力場(chǎng)的變化，從而換算出精確的位置信息。“傳統(tǒng)的軌道技術(shù)已經(jīng)非常脆弱，可以想象，如果在戰(zhàn)爭(zhēng)中將衛(wèi)星擊落或者進(jìn)行干擾，后果將不堪設(shè)想，我們開(kāi)發(fā)的量子導(dǎo)航技術(shù)就可以解決這個(gè)問(wèn)題。同時(shí)，小型化后的量子導(dǎo)航裝置方便攜帶，讓它能夠軍民兩用。”

評(píng)論指出，量子導(dǎo)航技術(shù)可以取代GPS全球定位系統(tǒng)，發(fā)射一套由24-30顆衛(wèi)星組成的全球定位系統(tǒng)需要花費(fèi)百億美元以上，俄羅斯、歐洲、中國(guó)和美國(guó)都投入了大量資金打造自己的導(dǎo)航系統(tǒng)，量子導(dǎo)航即將顛覆整個(gè)行業(yè)。

（資料來(lái)源：《未來(lái)空天導(dǎo)航新技術(shù)-量子定位系統(tǒng)》，作者：楊春燕、吳德偉、余永林；《簡(jiǎn)析量子定位技術(shù)及應(yīng)用前景》，整理：衛(wèi)星與網(wǎng)絡(luò)）