北斗衛星導航系統與GPS導航系統的性能比較
2015-01-29 19:28:16 來源: 大連市65015部隊
1 引言
衛星導航系統是重要的空間基礎設施，為人類帶來了巨大的社會和經濟效益，對民生和國防產生深遠的影響。發展衛星導航系統已經成為各國爭雄的焦點。中國發展北斗衛星導航系統﹝BeiDou（COMPASS）Navigation Satellite System﹞既滿足了本國經濟、軍事領域的需求，也為國際用戶提供了更多的選擇，在一定程度上起到了預防美國全球定位系統GPS﹝GlobalPositioning System﹞壟斷衛星導航市場的作用。
2 北斗衛星導航系統概述
北斗衛星導航系統是中國自主發展、獨立運行的全球衛星導航系統，系統建設目標是建成獨立自主、開放兼容、技術先進、穩定可靠的覆蓋全球的北斗衛星導航系統，促進衛星導航產業鏈形成，形成完善的國家衛星導航應用產業支撐、推廣和保障體系，推動衛星導航在國民經濟社會各行業的廣泛應用。系統由空間端、地面端和用戶端三部分組成，空間端包括5 顆靜止軌道衛星和30 顆非靜止軌道衛星， 地面端包括主控站、注入站和監測站等若干個地面站，用戶端由北斗用戶終端以及與美國GPS、俄羅斯GLONASS、歐洲GALILEO 等其他衛星導航系統兼容的終端組成。
3 GPS 衛星導航系統概述
全球定位系統GPS 是20 世紀70 年代由美國陸�？杖娐摵涎兄频目臻g衛星導航定位系統，其主要目的是為陸、海、空三大領域提供實時、全天候和全球性的導航服務，并用于情報收集、核爆監測和應急通訊等一些軍事目的，是美國獨霸全球戰略的重要組成。系統由空間部分、地面控制系統、用戶設備三部分組成，GPS 的空間部分是由24 顆工作衛星組成，地面控制系統由監測站(Monitor Station)、主控制站(Master Monitor Station)、地面天線(GroundAntenna)所組成, 用戶設備部分即GPS 信號接收機。
4 系統的性能比較
4.1 覆蓋范圍
北斗導航系統是覆蓋中國本土的區域導航系統，覆蓋范圍東經約70°-140°，北緯5°-55°。GPS 是覆蓋全球的全天候導航系統，能夠確保地球上任何地點、任何時間能同時觀測到6-9 顆衛星(實際上最多能觀測到11 顆)。
4.2 衛星數量和軌道特性
北斗導航系統是在地球赤道平面上設置2 顆地球同步衛星， 衛星的赤道角距約60°。GPS是在6 個軌道平面上設置24 顆衛星，軌道赤道傾角55°，軌道面赤道角距60°。GPS 導航衛星軌道為準同步軌道，繞地球一周11 小時58 分。
4.3 定位原理
北斗導航系統是主動式雙向測距二維導航，地面中心控制系統解算，提供用戶三維定位數據。GPS 是被動式偽碼單向測距三維導航， 由用戶設備獨立解算自己三維定位數據。北斗導航系統的這種工作原理帶來兩個方面的問題，一是用戶定位的同時失去了無線電隱蔽性， 這在軍事上相當不利，另一方面由于設備必須包含發射機， 因此在體積、重量上、價格和功耗方面處于不利的地位。
4.4 定位精度
北斗導航系統目前三維定位精度約25m，授時精度約100ns，在我國境內部分主要地區可達到10 m。GPS 三維定位精度P 碼目前己由16m 提高到6m，C/A 碼目前己由25-100m 提高到12m，授時精度目前約20ns 。
4.5 用戶容量
北斗導航系統由于是主動雙向測距的詢問--應答系統，用戶設備與地球同步衛星之間不僅要接收地面中心控制系統的詢問信號，還要求用戶設備向同步衛星發射應答信號，系統的用戶容量取決于用戶允許的信道阻塞率、詢問信號速率和用戶的響應頻率，因此用戶設備容量是有限的。GPS 是單向測距系統， 用戶設備只要接收導航衛星發出的導航電文即可進行測距定位，因此GPS 的用戶設備容量是無限的。
4.6 主要區別
北斗導航系統和GPS 的主要區別在于兩個方面，一方面是技術體制的區別，GPS 是一個接收型的定位系統，只轉播信號，用戶接收就可以做定位了，不受容量的限制。"北斗一號"是雙向 的，既有定位又有通信的系統， GPS 是美國軍方控制的軍民共用的系統，對世界開放。另一方 面就是它的用途和特點是不一樣的，GPS 解決了一個在哪里的定位問題，北斗不僅僅解決了在 哪里，還解決你在這里他在哪里的問題，北斗的用戶終端實際上是具有收發功能的，北斗是一 個具有定位和通信雙重功能的設備，用戶群上不一樣接收的場合也不一樣。北斗導航系統的潛 力所在，主要在定位通信綜合領域上，對這種綜合功能有需求的領域都會得到充分的應用，現 在僅有定位需要的客戶，對北斗的需要不迫切。但是對于既需要位置又需要把位置傳遞出去的 用戶，北斗衛星導航定位系統是非常有用的。
5 結束語
中國的北斗衛星導航系統將在2020 年左右建成覆蓋全球的衛星導航系統，北斗系統將成為 一個生命線工程，其用戶的范圍也將越來越廣，將拓展到國家的電力、金融、通訊等各個領域， 與普通百姓的生活將密切相關，與現在在世界上被廣為接受的美國GPS 衛星導航系統相比將更 具挑戰力。
作者：大連市65015部隊 孫憲兵 鄭衛鋒 孫奉劼
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