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北斗卫星导航系统与GPS导航系统的性能比较

2015-01-29 19:28:16 来源: 大连市65015部队
聊聊
1 引言
    卫星导航系统是重要的空间基础设施,为人类带来了巨大的社会和经济效益,对民生和国防产生深远的影响。发展卫星导航系统已经成为各国争雄的焦点。中国发展北斗卫星导航系统﹝BeiDou(COMPASS)Navigation Satellite System﹞既满足了本国经济、军事领域的需求,也为国际用户提供了更多的选择,在一定程度上起到了预防美国全球定位系统GPS﹝GlobalPositioning System﹞垄断卫星导航市场的作用。
 
2 北斗卫星导航系统概述
    北斗卫星导航系统是中国自主发展、独立运行的全球卫星导航系统,系统建设目标是建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠的覆盖全球的北斗卫星导航系统,促进卫星导航产业链形成,形成完善的国家卫星导航应用产业支撑、推广和保障体系,推动卫星导航在国民经济社会各行业的广泛应用。系统由空间端、地面端和用户端三部分组成,空间端包括5 颗静止轨道卫星和30 颗非静止轨道卫星, 地面端包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站,用户端由北斗用户终端以及与美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧洲GALILEO 等其他卫星导航系统兼容的终端组成。
 
3 GPS 卫星导航系统概述
    全球定位系统GPS 是20 世纪70 年代由美国陆海空三军联合研制的空间卫星导航定位系统,其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务,并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的,是美国独霸全球战略的重要组成。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24 颗工作卫星组成,地面控制系统由监测站(Monitor Station)、主控制站(Master Monitor Station)、地面天线(GroundAntenna)所组成, 用户设备部分即GPS 信号接收机。
 
4 系统的性能比较
 
4.1 覆盖范围
    北斗导航系统是覆盖中国本土的区域导航系统,覆盖范围东经约70°-140°,北纬5°-55°。GPS 是覆盖全球的全天候导航系统,能够确保地球上任何地点、任何时间能同时观测到6-9 颗卫星(实际上最多能观测到11 颗)。
 
4.2 卫星数量和轨道特性
    北斗导航系统是在地球赤道平面上设置2 颗地球同步卫星, 卫星的赤道角距约60°。GPS是在6 个轨道平面上设置24 颗卫星,轨道赤道倾角55°,轨道面赤道角距60°。GPS 导航卫星轨道为准同步轨道,绕地球一周11 小时58 分。
 
4.3 定位原理
    北斗导航系统是主动式双向测距二维导航,地面中心控制系统解算,提供用户三维定位数据。GPS 是被动式伪码单向测距三维导航, 由用户设备独立解算自己三维定位数据。北斗导航系统的这种工作原理带来两个方面的问题,一是用户定位的同时失去了无线电隐蔽性, 这在军事上相当不利,另一方面由于设备必须包含发射机, 因此在体积、重量上、价格和功耗方面处于不利的地位。
 
4.4 定位精度
    北斗导航系统目前三维定位精度约25m,授时精度约100ns,在我国境内部分主要地区可达到10 m。GPS 三维定位精度P 码目前己由16m 提高到6m,C/A 码目前己由25-100m 提高到12m,授时精度目前约20ns 。
 
4.5 用户容量
    北斗导航系统由于是主动双向测距的询问--应答系统,用户设备与地球同步卫星之间不仅要接收地面中心控制系统的询问信号,还要求用户设备向同步卫星发射应答信号,系统的用户容量取决于用户允许的信道阻塞率、询问信号速率和用户的响应频率,因此用户设备容量是有限的。GPS 是单向测距系统, 用户设备只要接收导航卫星发出的导航电文即可进行测距定位,因此GPS 的用户设备容量是无限的。
 
4.6 主要区别
    北斗导航系统和GPS 的主要区别在于两个方面,一方面是技术体制的区别,GPS 是一个接收型的定位系统,只转播信号,用户接收就可以做定位了,不受容量的限制。"北斗一号"是双向 的,既有定位又有通信的系统, GPS 是美国军方控制的军民共用的系统,对世界开放。另一方 面就是它的用途和特点是不一样的,GPS 解决了一个在哪里的定位问题,北斗不仅仅解决了在 哪里,还解决你在这里他在哪里的问题,北斗的用户终端实际上是具有收发功能的,北斗是一 个具有定位和通信双重功能的设备,用户群上不一样接收的场合也不一样。北斗导航系统的潜 力所在,主要在定位通信综合领域上,对这种综合功能有需求的领域都会得到充分的应用,现 在仅有定位需要的客户,对北斗的需要不迫切。但是对于既需要位置又需要把位置传递出去的 用户,北斗卫星导航定位系统是非常有用的。
 
5 结束语
    中国的北斗卫星导航系统将在2020 年左右建成覆盖全球的卫星导航系统,北斗系统将成为 一个生命线工程,其用户的范围也将越来越广,将拓展到国家的电力、金融、通讯等各个领域, 与普通百姓的生活将密切相关,与现在在世界上被广为接受的美国GPS 卫星导航系统相比将更 具挑战力。
 
 
                                                                           作者:大连市65015部队 孙宪兵 郑卫锋 孙奉劼