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北斗系統,領先世界的技術,相比GPS有哪些優缺點

隨著我國北斗三號的發射成功, 中國全球定位系統終於走出了實質性的一步, 是非常值得國人興奮關鍵性里程碑。 那麼, 和北斗的競爭對手, 比如美國的GPS、俄羅斯的格洛納斯系統、歐洲的伽利略系統, 北斗有什麼優勢和缺點呢?

北斗系統, 是上世紀90年代提出計畫, 2000年以後中國發展起來的定位系統, 作為一個新生代的系統, 必然具有後發的優勢, 具體有哪些呢?

1、採用的三頻信號

所謂三頻信號, 也就是使用的三個頻率同時進行工作。 使用三頻信號, 在信號傳輸過程可以更好的消除高階電離層延遲影響, 提高定位的可靠性, 並可以增強資料預處理能力, 極大提高模糊度的固定效率。 而且如果一個頻率信號出現問題, 可使用傳統方法利用另外兩個頻率進行定位, 提高了定位的可靠性和抗干擾能力。

GPS系統使用的是雙頻信號, 因此, 在定位精度、信號延遲和抗干擾能力上, 均差於雙頻信號。 當前, 第三代GPS衛星也採用了三頻信號, 採用三頻信號的, 還有歐洲的伽利略導航衛星, 但我國北斗是世界上第一個提供三頻信號的導航系統。

2、短報文通信功能

所謂的短報文是指衛星定位終端和北斗衛星或北斗地面服務站之前能夠直接通過衛星信號進行雙向的資訊傳遞,

GPS只能單向傳遞(終端從衛星接收位置信號)。 短報文通信, 是我國北斗導航系統獨創的功能, 有別於當前世界上所有其他導航系統。 同樣的, 北斗短報文通信所用的模組, 也是北斗的一大重要的技術優勢。

基於短報文這個功能, 不但我知道你在哪裡, 還可以讓別人知道你在哪裡。 但是由於通信容量的限制, 使用者數和發送信息量都會有限制, 所以這個功能目前不適用於日常通信適用, 而主要在於應急救災時候使用。 據說, 這個功能將在北斗三號上也將繼續保留。

3、定位——有有源定位和無源定位

有源定位就是接受信號的接收機本身需要發射資訊與衛星通信, 無而源定位不需要。 有源定位技術只要兩顆衛星就可以完成定位, 但需要資訊中心DEM(數位高程模型)資料庫支援並參與解算。 北斗一號使用的就是有源定位, 也正是基於有源定位, 才能實現上述所說的短報文通信功能。

北斗二號使用主要是無源定位, 這個於GPS採用的模式是一樣的, 不需要資訊中心的DEM系統參與, 但北斗二代也保留了一代的有源定位功能。 有源定位在山谷的信號較差或者衛星數量少時(無源定位理論上需要4顆衛星), 可能仍然還可以使用, 這對於緊急情況下定位是有重要意義的, 但是如果在戰爭時期,就可能有暴露己方位置的風險,這或許也是北斗二代主要使用無源定位的原因之一。而且,頻繁的使用有源定位,對於資訊中心DEM參與解算,有可能會造成其超載情況。

4、分步通信

GPS系統,必須是全部系統建成以後才可以投入使用,而北斗系統,只發射了16顆衛星便可以使用。這不僅有助於改進後續的系統,而且對於北斗的商業化經營,增強北斗系統的市場競爭力是非常有利的。

5、晶片的相容性

作為後發的優勢,北斗系統相容美國GPS和俄羅斯的GLONASS,定位精度更高。從商業上看,北斗系統打破了GPS在國內的壟斷地位,也將極大的促進我國晶片技術的發展。

6、北斗的建設速度

北斗系統的立項和研發,其實是晚於歐洲的伽利略系統,但是建設速度遠高於歐洲,搶先占的現有頻率的使用權,並且目前已經得到國際認可。當然,本著合作和共同發展的態度,2015我國和歐盟溝通達成一致,同意在國際電聯框架下完成衛星導航頻率協調,與伽利略共用導航頻率,這也有助於推動中歐深入開展衛星導航領域應用合作。

7、北斗的定位精度

理論上,GPS在全球定位精度上,已經是很高的了。但是,對於我國國內和周邊地區,北斗系統是加強過的,所以這些區域內北斗的精度基本可以達到GPS的級別。單點的定位精度取決於兩個方面:第一就是觀測量精度,二是所觀測衛星的空間幾何分佈,導航中用精度衰減因數DOP來表示衛星空間圖形的貢獻。主要參數包括:空間精度衰減因數GDOP 、時間精度衰減因數TDOP、位置精度衰減因數PDOP、垂直精度衰減因數VDOP、平面精度衰減因數HDOP、相對定位幾何精度衰減因數RDOP。

因此衛星數量越多,就會得到越多的冗餘數據,資料就越可靠,DOP值越小。北斗目前只有二十多顆衛星,等北斗衛星的數量越來越多,也會得到更多觀測資料,精度提升是必然的了。在中國及周邊地區的定位精度超過GPS,這是分分鐘的事情了。

當然,並不是說北斗是完美無缺,我們客觀評價時候,必須直面不足,才能取得真正的進步。北斗當前所面臨的問題主要有:

奮起直追

1)國外監控站很少,全球定位傳輸時差將會較大。

2)優勢與劣勢並存的GEO(地球靜止衛星)衛星。

3)衛星品質距離頂尖水準還有差距,且壽命比較短,GPS衛星的壽命一般在8年,北斗衛星的壽命在5年左右。但是目前最新的北斗衛星壽命已經延長到10-12年了。

4)晶片價格較高。

5)原子鐘等比起美國頂尖水準仍有差距,但是北斗三號採用的氫原子鐘,已經達到國際一流水準。

北斗衛星建設是中國戰略事業重要的一環,北斗除了在技術上不遜于世界一流水準外,其最大的意義在於,打破了美國GPS對我國的壟斷。

在商業化道路上,北斗二號不再像一代一樣,採用行政手段推廣,而是採用市場化的免費和補助路線,這種推廣方式,明顯效果更好,當前市場上也已經越來越多採用北斗導航系統了。

但是如果在戰爭時期,就可能有暴露己方位置的風險,這或許也是北斗二代主要使用無源定位的原因之一。而且,頻繁的使用有源定位,對於資訊中心DEM參與解算,有可能會造成其超載情況。

4、分步通信

GPS系統,必須是全部系統建成以後才可以投入使用,而北斗系統,只發射了16顆衛星便可以使用。這不僅有助於改進後續的系統,而且對於北斗的商業化經營,增強北斗系統的市場競爭力是非常有利的。

5、晶片的相容性

作為後發的優勢,北斗系統相容美國GPS和俄羅斯的GLONASS,定位精度更高。從商業上看,北斗系統打破了GPS在國內的壟斷地位,也將極大的促進我國晶片技術的發展。

6、北斗的建設速度

北斗系統的立項和研發,其實是晚於歐洲的伽利略系統,但是建設速度遠高於歐洲,搶先占的現有頻率的使用權,並且目前已經得到國際認可。當然,本著合作和共同發展的態度,2015我國和歐盟溝通達成一致,同意在國際電聯框架下完成衛星導航頻率協調,與伽利略共用導航頻率,這也有助於推動中歐深入開展衛星導航領域應用合作。

7、北斗的定位精度

理論上,GPS在全球定位精度上,已經是很高的了。但是,對於我國國內和周邊地區,北斗系統是加強過的,所以這些區域內北斗的精度基本可以達到GPS的級別。單點的定位精度取決於兩個方面:第一就是觀測量精度,二是所觀測衛星的空間幾何分佈,導航中用精度衰減因數DOP來表示衛星空間圖形的貢獻。主要參數包括:空間精度衰減因數GDOP 、時間精度衰減因數TDOP、位置精度衰減因數PDOP、垂直精度衰減因數VDOP、平面精度衰減因數HDOP、相對定位幾何精度衰減因數RDOP。

因此衛星數量越多,就會得到越多的冗餘數據,資料就越可靠,DOP值越小。北斗目前只有二十多顆衛星,等北斗衛星的數量越來越多,也會得到更多觀測資料,精度提升是必然的了。在中國及周邊地區的定位精度超過GPS,這是分分鐘的事情了。

當然,並不是說北斗是完美無缺,我們客觀評價時候,必須直面不足,才能取得真正的進步。北斗當前所面臨的問題主要有:

奮起直追

1)國外監控站很少,全球定位傳輸時差將會較大。

2)優勢與劣勢並存的GEO(地球靜止衛星)衛星。

3)衛星品質距離頂尖水準還有差距,且壽命比較短,GPS衛星的壽命一般在8年,北斗衛星的壽命在5年左右。但是目前最新的北斗衛星壽命已經延長到10-12年了。

4)晶片價格較高。

5)原子鐘等比起美國頂尖水準仍有差距,但是北斗三號採用的氫原子鐘,已經達到國際一流水準。

北斗衛星建設是中國戰略事業重要的一環,北斗除了在技術上不遜于世界一流水準外,其最大的意義在於,打破了美國GPS對我國的壟斷。

在商業化道路上,北斗二號不再像一代一樣,採用行政手段推廣,而是採用市場化的免費和補助路線,這種推廣方式,明顯效果更好,當前市場上也已經越來越多採用北斗導航系統了。

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