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北斗与GPS的九大技术区别

国际海事组织(IMO)海上安全委员会第94次会议在英国伦敦召开,审议通过了对北斗卫星导航系统认可的航行安全通函,标志着北斗卫星导航系统正式成为全球无线电导航系统的组成部分,取得面向海事应用的国际合法地位。北斗卫星导航系统成为继全球定位系统(GPS)、格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)后的第三个全球卫星导航系统,服务世界航海用户。这必将带动北斗卫星导航系统在航海领域的国际化、产业化。获得 IMO 认可后,我国将继续全面推进国际电工委员会、国际航标组织、国际海事无线电技术委员会、国际电信联盟等国际技术组织的标准、规范、指南文件的制定和修订,以实现北斗系统进一步在国际海事领域的全方位应用。

知识跟踪——北斗与GPS的九大技术区别

北斗卫星建设是中国战略事业重要的一环。当然,国防安全是建设北斗最重要的原因。在地理信息如此重要的战场,必须握有自己的知识技术产权和产品。虽说GPS的民用在中国是免费的,但是如果战时美国关闭或者利用其“SA政策”对GPS“做手脚”,那么对到时依赖GPS的国家来说,无疑是致命的。

北斗卫星起步在1992年,在2012年实现区域覆盖能力,可谓亚洲国家提供服务,如今也已经走出国门,受到东南亚国家的欢迎。本文旨在从技术角度上仔细比较北斗和GPS的区别。

1.三频信号

北斗使用的是三频信号,GPS使用的是双频信号,这是北斗的后发优势。提高了定位的可靠性和抗干扰能力。北斗是全球第一个提供三频信号服务的卫星导航系统。

2.有源定位及无源定位

有源定位就是接收机自己需要发射信息与卫星通信,无源定位不需要。北斗一代的有源定位,有源定位技术只要两颗卫星就可以完成定位,但需要信息中心DEM(数字高程模型)数据库支持并参与解算。它在北斗二代上被保留下来,但不作为主要的定位方式。而北斗二代使用的是无源定位,和GPS是一样的,不需要信息中心参与解算,有源定位则作为补充功能。

这个功能的好处是当你观测的卫星质量很差,数量较少时(理论上,无源定位至少要4颗卫星才能解算 XYZ 和时间四个未知参数,实际需要的更多),仍然可以定位。这个功能对于紧急情况会比较有用,比如在山谷中,观测条件非常差,能知道大概位置也是非常重要的。坏处是在战争中会暴露你的位置信息。

3.短报文通信服务

这个是中国卫星导航的原创功能,并且非常实用。08年汶川地震的时候,震区唯一的通讯方式就是北斗一代。这一特色功能毫不意外在二代中保留下来。但是这个功能也是有容量限制的,所以并不适合作为日常通信功能,而是作为紧急情况通信比较合适。基于这个功能,北斗还有一个好处是,不但能知道我在哪,还能让别人知道你在哪。这个功能有利于求救。

4 境内监控

卫星定位系统一般由三部分组成:空间星座部分,地面监控部分和用户接收机部分。其中,地面地面监控部分又由三大部分组成:监控站,主控站,注入站。

如今中国境外的首个陆地遥感卫星数据接收站 “北极站 ”,将于今年在瑞典开工建设,预计两年建成。中国将在南美洲的阿根廷建造首个境外卫星跟踪站。从南美到北极,中国卫星产业开启全球化模式。

5.分步开通

GPS必须整个系统建成后才能使用。目前北斗的14颗在轨卫星使用了5颗地球静止轨道(GEO)卫星,5颗倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星,4颗中高度圆轨道(MEO)卫星。

6.局部加强,逐步成熟

理论上 GPS在全球的定位精度是相当的。北斗系统针对中国及其周边地区是特别加强过的,在国内卫星的几何条件比较好。单点定位的精度取决于两个方面:一是观测量精度,二是所观测卫星的空间几何分布。导航中用精度衰减因子 DOP 来表示卫星空间图形的贡献,包括:空间精度衰减因子GDOP 、位置精度衰减因子PDOP、时间精度衰减因子TDOP、平面精度衰减因子HDOP、垂直精度衰减因子VDOP、相对定位几何精度衰减因子RDOP。随着北斗全球系统逐渐成熟,DOP 越来越小,它在中国及周边地区的定位精度超过GPS也只是时间问题。“逐步成熟 ” 并不是一个托词,而是技术、理论上的进步。

(1)卫星数量增加。

(2)改正模型优化。

(3)卫星轨道精度提高。

7.定位精度

北斗系统定位精度由水平25m、高程30m,提高至目前水平10m、高程10m,测速精度由每秒 0.4米,提高至0.2m,受时精度优于20ns,目前在中国及周边地区,北斗系统服务性能与GPS相当。

8.促进整个制造业的升级

9.建设速度快

欧洲早在1999年2月10日就提出建设GALILEO系统,在2005年发射了第一颗实验卫星,2008年4月27日,发射第二颗实验卫星,进度比最初的计划推迟了整整五年,2012年10月发射第3第4颗卫星。这四颗卫星组成网络,初步发挥地面精确定位的功能。

上文列举了北斗9点优势,当然也没有回避北斗的问题。除了国外监控站很少,优势与劣势并存的GEO卫星等,上面没提到的有:

(1)卫星质量不高,寿命比较短。

GPS 卫星的寿命一般在8年,北斗卫星的寿命在5年左右,已发射的16颗卫星中,已有2颗老旧卫星失效。替换卫星的工作都是国家完成的,完全不影响用户使用。当前,这个问题基本解决了,新卫星寿命已经延长了。

(2)芯片价格较高。

这是由于芯片的生产特点决定的,芯片在研发阶段投入非常大,一旦研制成功,后续的生产成本就比较低了。北斗刚投入使用,用户还比较少,所以价格高,等到大规模生产的时候,成本就被摊薄。


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