北斗星导航系统与GPS系统比较

北斗卫星导航系统(BeiDou?Compass?Navigation Satellite System)是我国自主建设、独立运行，并与世界其他卫星导航系统兼容共用的全球卫星导航系统。2011年12月27日，该系统开始试运行服务，到2020年左右，北斗卫星导航系统将实现全球覆盖。届时，该系统可在全球范围内为各类用户全天候、全天时地提供高精度、高可靠的定位、导航、授时和短报文通信服务?并与美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧洲的Galileo共同构成全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System，简称GNSS)。

GPS作为GNSS成员里的老大，是美国国防部批准并由其陆海空三军联合研制的一种全新的军用卫星导航系统。工程研制项目于1973年12月开始启动，历时20年，耗资200亿美元，于1993年完成24颗卫星的星座组网。经过近2年的调试?1995年4月27日，美国国防部正式对外宣布，GPS全球定位系统已具备全部运作能力(IOC)。GPS经过30多年的发展，已从Ⅰ代系统升级到现在的Ⅱ代系统，预计2020年前完成Ⅱ代系统24+3颗卫星的星座组网计划。美国计划再用10~20年的时间完成Ⅲ代系统的建设，以最终实现GPS现代化的宏伟蓝图。GPS现代化是美国于1999年1月25日以副总统文告的形式提出的?提出的理由有两点：一是在伊拉克战争期间战区GPS信号一度出现了被敌方干扰而无法使用的情况;二是欧盟在1999年提出了Galileo卫星导航系统计划，意在向美国的“太空霸权”发起挑战。GPS现代化的主要目标有两个：一是要强化GPS在现代战争中对美军的保障作用;二是通过对民用GPS技术的改进，保持GPS在全球民用卫星导航领域的霸主地位。为实现以上目标，GPS现代化的主要任务是：① 最大限度地提高军用码的可靠性、保密性和抗干扰能力;② 通过阻止和干扰战区的GPS信号，使敌方无法正常使用，而在战区以外的GPS用户却能更精确、更安全地使用GPS。

北斗卫星导航系统从2004年开始建设，与GPS相比虽然起步较晚，但在卫星的星座--轨道设计、信号频率体制、星载原子钟、高精度伪距测量、精密定轨与时间同步、卫星地面测控等一系列核心关键技术方面，均已超过GPS-Ⅱ的水平，基本上与GPS-Ⅲ相当。

1)北斗卫星导航系统采用由1个地球静止轨道(GEO)、3个倾斜地球同步轨道(IGSO)和3个中圆地球轨道(MEO)组成的混合轨道，卫星数达到35+2颗(2颗备用)，而GPS-Ⅲ采用相同的6个中圆地球轨道(MEO)，卫星数为24+3颗(3颗备用)。北斗系统的混合轨道适合一箭多星发射，而且便于轨道及卫星的维护和管理，而GPS-Ⅲ不具备，北斗卫星在地球上任何地方、任何时间的可见数量和可见时间以及所测卫星的空间几何分布(几何精度因子)均优于GPS-Ⅲ。

2)北斗系统与GPS-Ⅲ均采用3频信号体制，工作频率较为接近，测距码都有粗码(民用码)和精码(军用码)之分，二者的信号功率和抗干扰能力相当，但北斗信号的设计体制要优于GPS-Ⅲ。

3)北斗系统与GPS-Ⅲ的卫星上都装有激光反射镜和铷原子钟，精密定轨精度相当。

4)中国官方宣布北斗系统的定位精度优于10 m，实际上在有效降低卫星星历误差和卫星钟差的前提下，利用双频电离层改正模型对大气延迟进行实时精确的改正后，北斗用户的单点定位精度有望能提高到5 m甚至更高，从而超过GPS-Ⅲ宣称的定位精度为5~10 m的水平。

5)北斗系统在5颗地球静止轨道(GEO)卫星上采用卫星无线电导航(RNSS)和卫星无线电测定(RDSS)的双重体制，不仅能与其他轨道卫星一起提供无源定位服务，还能由这5颗GEO卫星向区域用户提供有源定位、位置报告和短报文通信服务(这5颗GEO卫星还兼有太空基站的作用?能向区域用户提供精度优于1 m的广域差分服务)?而GPS采用单一的卫星无线电导航(RNSS)体制?所以只能为全球用户提供导航、定位、测速和授时服务。

6)北斗系统与GPS-Ⅲ具有很强的兼容共用能力，二者的兼容性比较详见表1。

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°一140°，北纬5°一55°。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)。

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颗地球同步卫星颗卫星的赤道角距约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°。航卫星为准同步轨道，绕地球一周11小时58分。

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，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。“北斗一号”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、定位精度：北斗导航系统三维定位精度约几十米，授时精度约100ns。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，授时精度日前约20ns。

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，这样，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，北斗导航系统的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。

6、生存能力：和所有导航定位卫星系统一样，“北斗一号”基于中心控制系统和卫星的工作，但是“北斗一号”对中心控制系统的依赖性明显要大很多，因为定位解算在那里而不是由用户设备完成的。为了弥补这种系统易损性，GPS正在发展星际横向数据链技术，使万一主控站被毁后GPS卫星可以独立运行。而“北斗一号” 系统从原理上排除了这种可能性，一旦中心控制系统受损，系统就不能继续工作了。

7、实时性：“北斗一号”用户的定位申请要送回中心控制系统，中心控制系统解算出用户的三维位置数据之后再发回用户，其间要经过地球静止卫星走一个来回，再加上卫星转发，中心控制系统的处理，时间延迟就更长了，因此对于高速运动体，就加大了定位的误差。此外，“北斗一号”卫星导航系统也有一些自身的特点，

1. “北斗”具有定位和通信双重作用,具备的短信通讯功能就是GPS所不具备的。

2. “北斗”定位精度一点二米

3. “北斗”终端价格两万元左右

4.采用接收终端不需铺设地面基站

虽然GPS已广泛应用，但也绝非完美无缺。

1. 其规模太大、造价太高，其他国家很难效仿，俄罗斯和欧洲的空间局就是典型的例子。

2. GPS只能用作导航却无法实现通信功能，因而不能满足日益增长的用户需求。如果仅依赖GPS，则容易受别人的控制。

“北斗一号”和GPS的区别主要在于两个方面，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，但是有容量的限制，GPS是美国军方控制的军民共用的系统，对世界开放。我们中国人所说的使用的GPS是可以免费接收它的信号，但美国人并不承诺保证你的使用，他目前不收费，但没有承诺永远不收费。

美国的GPS在当年刚刚被使用时要比“北斗一号”贵得多，早期在上世纪80年代末90年代初人们在用GPS系统时最便宜的GPS接收机就要几万美元，贵的要几十万美元，一套两个。北斗现在的用户终端的价格是比GPS低端的价格要贵，现在GPS价格一般导航系统在几千元人民币，高精度GPS几万到十几万元人民币不等。北斗的用户终端目前在两万元左右。

另一个问题就是它的用途和特点是不一样的，GPS解决了一个我在哪里的定位问题，比如在沙漠里，在海洋上。而北斗不仅仅解决了我在哪里，它还解决你在这里他在哪里的问题，北斗的用户终端实际是具有收发功能，而GPS只具有接收功能，它通过接收才知道位置，而北斗是具有收发功能，它的定位需要发射然后再得到位置，同时它的位置可能传给你也可以传给关心你的人，实际上北斗是具有一个定位和通信双重功能的设备，在用户群上是不一样的，接收的场合是不一样的。

北斗当年论证的时候，国家地震局地震研究所的一位研究员出了一份论证报告就是谈这个问题的，北斗系统将成为一个生命线工程，就是和人类生存活动相关的一些工程，比如说大地震，地震后我们所有的有线系统都可能失去功能，而北斗系统作为一个卫星监视系统既可以有及时的位置报告，又可以通信，比如说海啸，实际上是由地震引起的，北斗去做救援是非常有用的，它可以及时地发送位置和与位置有关的相关信息，我们可以把信息发送给有关部门。价格问题，实际上价格和用户的数量有关系，一千个用户与一万个、十万个用户来比，用户终端的成本会有很大不同，现在主要的成本就在用户终端里，北斗用户终端刚才说了是有发有收的，随着用户业务的开展，成本一定会降下来。 所以说“北斗”是平民化的

北斗一号”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

北斗定位精度与GPS相当，一般都在1.2米左右。按照规定，目前，北斗导航系统在国内是开放使用的。

北斗双星定位导航系统的手持机已经配发到边防基层连队，并且得到广泛应用。