科学平行：探索科学新世界

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01借助网络可以实现比GPS更精确的定位吗？ 十几年前，我们去到陌生的城市，第一件事就是要 购买纸质地图，否则寸步难行。如今，借助智能手机的 全球导航卫星系统（GNSS），就可以走遍城市的各个角 落，再也不用担心迷路了。这种定位方式通常很准确， 但也有失算的时候。例如处于隧道、室内等地，代表我 们所在位置的小蓝点有时会出现在距离实际位置很远的 地方，这很大程度上是由于卫星信号弱所致，或是多径 传播和天空视野被遮挡等原因。荷兰代尔夫特理工大学 、阿姆斯特丹自由大学和荷兰国家计量所的研究人员开 发了替代定系统——地面网络定位系统（TNPS）。该系 统独立于GNSS，利用现有电信基础设施为城市地区、隧 道和室内提供分米级定位服务。这项新技术对于未来实 施基于位置的应用（如建设智慧城市）至关重要。相关 研究于2022年11月16日发表在国际顶级学术期刊《自然 》（Nature），论文题目是《一种用于分米级地面定位 的混合光学—无线网络》（A hybrid optical- wireless network for decimetre-level terrestrialpositioning）。 全球导航卫星系统 人们已习惯使用智能手机导航，手机地图上的位置 信息源自GNSS。GNSS是指能在地球表面或近地空间的任 何地点为用户提供全天候三维坐标和速度以及时间信息 的空基无线电导航定位系统，包括一个或多个卫星星座 及其支持特定工作所需的增强系统。GNSS国际委员会公 布的全球四大卫星导航系统供应商分别是，美国的全球 定位系统（GPS）、俄罗斯的格洛纳斯导航卫星系统 （GLONASS）、欧盟的伽利略导航卫星系统（GALILEO） 和中国的北斗导航卫星系统（BDS）。其中，GPS是世界 第一个建立并用于导航定位的全球系统，GLONASS经历 快速复苏后已成为全球第二大卫星导航系统，二者正处 于现代化的更新进程中；GALILEO是第一个完全民用的 卫星导航系统，正在试验阶段；BDS是中国自主建设运 行的GNSS，为全球用户提供全天候、全天时、高精度的 定位、导航和授时服务。 GNSS在城市地区存在难以克服的局限性：有限的无 线电带宽（约20兆赫）意味着多径传播会造成米级定位 误差。多径传播是指从发射机天线发射的无线电波（信 号），沿两个或多个路径到达接收机天线的传播现象， 接收机天线接收到的信号是多个波的合成。多径传播会 造成干扰，使得原来的信号失真，或者产生错误，城市 地区密集的建筑物最容易反射、干扰定位信号，发生多 径传播现象。此外，在封闭场所还易引起卫星信号阻塞 、中断，从而影响定位。更严重的是，GNSS还可能遇到 人为故意中断的情况。GNSS不仅可用于导航定位，还可 用来授时，误差最多为几纳秒。然而，新兴技术（如量 子通信）要求（量子）网络节点亚纳秒的时间同步。此 外，即使GNSS的误差可以减少1—2个数量级，也存在无 线电信号未加密和强度较弱的缺点，这可能被干扰甚至 伪造，以传递虚假的时间和位置信息。基于上述不足，