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北斗与GPS导航定位系统对比分析研究
作者：张发兴
来源：《中国科技博览》2017年第32期
[摘 要]随着我国第三颗北斗卫星的升空，我国的北斗卫星导航系统工程建设又迈出了重要一步，卫星组网正按计划稳步推进，北斗导航业务正式对亚太地区提供无源定位、导航、授时服务。本文主要阐述了北斗导航和GPS导航系统的基本情况，并分析了两者之间的异同。 [关键词]北斗；GPS；导航定位系统；对比
中图分类号：TH123 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）32-0000-01 引言
目前，大家接触最多的导航系统是美国的全球定位系统（GPS），该系统在军事应用、商业应用、个人消费领域方面一直处于垄断地位。按照国家人防办部署和要求，北斗导航也将列装到人防指挥系统当中，届时，基于北斗系统的人防指挥应急通信系统可为战时服务，同时兼顾平时的应急救援提供保障和支持。可跟同级或上级的人防指挥部门建立人防指挥网，实现上下统一的指挥调度功能。 1 GPS系统简介
GPS定位系统是一种卫星无线电导航系统，它由空间部分、地面监控部分和用户接收机三大部分组成。GPS的空间部分是由21颗工作卫星和3颗备用卫星组成，它位于距地表20200km的上空，均匀分布在6个轨道面上，轨道倾角为55°。卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4颗以上的卫星，并能在卫星中预存导航信息。地面监控部分主要由1个主控站、3个注入站、5个监测站组成，主要负责收集由卫星传回的讯息，并计算卫星星历、相对距离，大气校正等数据。用户接收机主要接收GPS卫星发射信号，获得必要的导航和定位信息，经信号变换、放大和处理，完成定位、导航、跟踪、测绘及定时工作。 2 北斗卫星导航系统简介
北斗卫星导航系统是我过正在实施的自主、独立的卫星导航系统。该系统于2011年12月27日开始试运行服务，预计到2020年，北斗卫星导航系统将实现全球覆盖。届时，该北斗系统可在全世界范围内为各种用户全天时、全天候地提供高可靠、高精度的导航、定位、授时和短报等通信服务。
北斗卫星导航系统的建设与发展，是以应用推广和产业发展为根本目标，其建设过程中主要遵循以下原则：
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2.1.1 开放性
北斗卫星导航系统的建设、发展和应用将对全世界开放，为全球用户提供高质量的免费服务，积极与世界各国开展广泛而深入的交流与合作，促进各卫星导航系统间的兼容与互操作，推动卫星导航技术与产业的发展。 2.1.2 自主性
中国将自主建设和运行北斗卫星导航系统，北斗卫星导航系统可独立为全球用户提供服务。
2.1.3 兼容性
在全球卫星导航系统国际委员会和国际电联框架下，使北斗卫星导航系统与世界各巨星导航系统实现兼容与互操作，使所有用户都能享受到卫星导航发展的成果。 2.1.4 渐进性
中国将积极稳妥地推进北斗卫星导航系统的建设与发展，不断完善服务质量，并实现各阶段的无缝衔接。
3 北斗与GPS导航系统的比较 3.1 系统组成的比较
GPS系统由空间部分、地面控制系统、用户设备三部分组成，GPS的空间部分是由21颗工作卫星组成，还有另外3颗有源备份卫星在轨运行；地面控制系统由监测站、主控制站、地面天线所组成；用户设备部分即GPS信号接收机。 3.2 定位原理的比较
“北斗一号”导航系统是主动式双向测距的二维导航，由地面的中心站解算出位置后再通过卫星转发给用户，用户接收并显示接收到的信息。GPS是被动式单向测距三维导航，只需要接收4个卫星的位置信息，由用户设备独立运算出自己的定位数据。“北斗二号”在“北斗一号”的基础上加以升级改进，该系统采用卫星无线电测定（RDS）与卫星无线电导航集成体制，既能像GPS系统一样为用户提供卫星无线电导航服务，又具有位置报告及短报文通信功能。 3.3 星体轨道比较
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北斗导航系统是在赤道面设置两颗地球同步卫星，卫星的赤道角距为60度；而GPS系统共有24颗巨星，分布在六个轨道面上，轨道角55度，轨道面赤道角距为60。其高度约为20000km，属于中轨道巨星，绕地球周约11小时58分钟。 3.4 覆盖范围的比较
北斗导航系统目前是区域性卫星导航系统，其服务范围包括我国大陆、台湾、南沙及其它岛屿，同时还包括中国海、日本海、太平洋部分海域及我国部分周边地区。而GPS是全球性导航定位系统，在全球的任何点位，只要卫星信号未被遮蔽或干扰，就能够接收并运算出三维坐标。
3.5 系统实时性的比较
“北斗一号”的用户，定位申请要送回中心控制系统，在中心控制系统解算出用户的三维位置数据后再发回用户，其间数据要经过地球的静止卫星走一个来回，再加上卫星转发和中心控制系统的处理，时间延迟相对较长，因此，对于高速运动物体，就增大了定位的误差。较适合车辆、船舶等慢速运动进行确定位。“北斗二号”及GPS由于是用户自己解算的，实时性比较高。
3.6 用户容量
我国研制的北斗卫星导航系统具有很强的数字报文通信能力，其能够实现用户之间、用户和地面控制中心之间的信息传递。同时，北斗卫星导航系统有两种精密授时功能，那就是单向、双向，依据具体的精度需求，此系统能够利用定时用户终端，实现与北斗导航系统之间的同步，包括时间的同步和频率的同步，从而提供100ns（单向授时）和20M（双向授时）的同步精度。而GPS只能进行单向测距，用户只需要接收信息，就能进行定位，所以，GPS的用户设备容量没有上限。
3.7 北斗系统是我国自主控制的系统，不受制于人
北斗系统是我国自主控制的系统，不受人为操控的影响，这对于一些事关国民经济发展和保障人民正常生活的行业应用非常重要，如地面移动通信网、电力以及金融行业，民用单频定位精度与GPS相当，使用上具有防欺骗能力，有较高的使用安全性，可以在上述领域大力推广使用。而GPS受美国军方控制，且已具备有多种对GPS民用信号的控制手段，如降低精度、区域关闭等。虽然2000年5月取消了SA政策，但没有承诺对用户的安全使用。因此，我国在民用领域，特别是关系国家经济安全的领域，使用GPS仍存在较大风险。 结束语
通过本文主要能够了解北斗卫星导航系统与GPS全球定位系统的系统组成与功能，结合现今全球导航系统的发展需求，从市场发展来看，世界上多套全球导航定位系统并存，相互之