GPS和北斗，定位速度和精度，分別那個(gè)強(qiáng)？ GPS精確度是多少？中國(guó)的北斗能替代GPS嗎？
作為GNSS（Global Navigation Satellite System全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)） 俱樂(lè)部的一員，導(dǎo)航定位是基本功能。先來(lái)看看，定位功能是怎么比較的：
接收機(jī)使用衛(wèi)星定位的過(guò)程可以在二維抽象成在一個(gè)黑板上選至少四個(gè)點(diǎn)（衛(wèi)星），以每個(gè)點(diǎn)為圓心，分別用粉筆畫(huà)圓（接收機(jī)測(cè)量的到衛(wèi)星距離），這些粉筆跡的重疊區(qū)域就是定位的結(jié)果。因?yàn)楦鞣N誤差的存在，對(duì)每顆衛(wèi)星測(cè)距的結(jié)果更像是一條粉筆畫(huà)出來(lái)的帶，而不是一條沒(méi)有寬度的線。
粉筆的粗細(xì)受各種誤差機(jī)制的影響，北斗和GPS比較，主要是星上原子鐘的精度不同，北斗二代使用的是銣原子鐘，GPS使用的是銫原子鐘組合銣原子鐘，在這點(diǎn)上是GPS更優(yōu)，也就是粉筆跡更細(xì)一些。而現(xiàn)在北斗三代衛(wèi)星使用的是氫原子鐘，頻率準(zhǔn)確度由5×10-13提高到6×10-14，頻率穩(wěn)定度由2×10-14（1d）提高到6×10-15（1d），相比二代衛(wèi)星都提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)，達(dá)到世界領(lǐng)先水平，定位精度也將進(jìn)一步的提高。
除了受粉筆粗細(xì)的影響，顯然畫(huà)圓的點(diǎn)越多，也就是衛(wèi)星數(shù)越多，重疊區(qū)域也就越小，也就是定位越精確，但是，如果這些點(diǎn)都在一側(cè)集中，甚至重疊的話，它們畫(huà)出的粉筆跡的重疊區(qū)域會(huì)變得很大，反之這些點(diǎn)越分散，畫(huà)出的粉筆跡重疊度也就越低，也就表示接收機(jī)得出的定位結(jié)果也就越精確。這個(gè)衡量位置分布的參數(shù)就是所謂的PDOP值，越低代表分布越佳，定位結(jié)果越精確。
北斗一代時(shí)候確實(shí)定位速度慢一些，精度差一些，怎么都十多年過(guò)去了還有人覺(jué)得北斗就是不好使，說(shuō)什么“衛(wèi)星少”、“還在建”、“精度比GPS差遠(yuǎn)了”？
其實(shí)從北斗二代開(kāi)始，星座就是針對(duì)亞太地區(qū)設(shè)計(jì)的，不同于美國(guó)MEO為主的模式，采用了GEO+IGSO+MEO的模式。優(yōu)點(diǎn)是用較少衛(wèi)星快速在重點(diǎn)服務(wù)區(qū)域達(dá)到高精度，缺點(diǎn)是高緯度地區(qū)對(duì)GEO接收效果不好，精度因子值偏大，還有就是地球另外一邊收不到，隨著北斗衛(wèi)星的增多，這些問(wèn)題以后都會(huì)解決的。
即便如此，在三代還沒(méi)用上的今天，看看現(xiàn)在的北斗精度如何吧，我們?cè)谥袊?guó)最北邊選個(gè)點(diǎn)：
北緯52.4476°，夠北了吧，官方公布的北斗二代服務(wù)區(qū)域可是只在南北緯55°之間，這個(gè)位置一天24小時(shí)北斗衛(wèi)星的可見(jiàn)性如何呢：
如圖可見(jiàn)，全天可用的仰角在10°以上的北斗衛(wèi)星至少有8顆，誰(shuí)說(shuō)星少來(lái)著？
對(duì)比現(xiàn)在GNSS俱樂(lè)部“一哥”GPS，在此地的衛(wèi)星可見(jiàn)性：
是不是發(fā)現(xiàn)可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)還不如北斗多？感覺(jué)是不是可以搞個(gè)諸如“GPS在中國(guó)被北斗完敗”的大新聞……
當(dāng)然，盲目自大也是不可取的，總有一些北斗各種“秒殺GPS”的假新聞，對(duì)于民眾認(rèn)識(shí)北斗只有壞處沒(méi)有好處。除了使用自己導(dǎo)航系統(tǒng)的安全性以外，GNSS俱樂(lè)部四家誰(shuí)也秒殺不了誰(shuí)好嗎，前不久中美都簽了《北斗與GPS信號(hào)兼容與互操作聯(lián)合聲明》，互為備份多和諧……
剛才說(shuō)到北斗衛(wèi)星數(shù)多，但是定位不能只看星數(shù)，吃星座設(shè)置的虧，這里收到的北斗GEO仰角太低，幾何分布不佳，所以精度因子要差：
北斗幾何精度因子最大達(dá)到6.0而且波動(dòng)較大，相比來(lái)說(shuō)GPS的最大也就4.4：
這是因?yàn)楸倍稧EO衛(wèi)星懸在赤道上方，在這里收到的仰角都不足30°，IGSO衛(wèi)星軌道傾角55°，走到這也就到了“8”字型軌跡的頭了，所以1、4象限大部分區(qū)域基本就沒(méi)什么星，這些因素加起來(lái)，導(dǎo)致北斗的DOP值較大，不過(guò)滿足10m精度還是沒(méi)啥問(wèn)題的。
所以你要非說(shuō)在這里北斗不如GPS是可以勉強(qiáng)接受的，當(dāng)然隨著三代組網(wǎng)，這點(diǎn)差距很快就沒(méi)了，多發(fā)幾顆MEO就好了……下邊是該地GPS的衛(wèi)星軌跡分布：
接下來(lái)，咱在中國(guó)南方隨便選個(gè)點(diǎn)：
北緯26.6940°，東經(jīng)109.9688°，這坐標(biāo)目測(cè)是在湖南，這里北斗衛(wèi)星可見(jiàn)性如何呢：
最少也有十顆星可見(jiàn)，再看看GPS的：
還是老樣子，南北差別不大，重點(diǎn)是DOP值，可以一戰(zhàn)否？北斗的DOP值如下：
最大不超過(guò)3.4，再看看GPS的：
可以忽略特別高的那點(diǎn)，基本還是在4.4以?xún)?nèi)，但是明顯北斗的更平滑！
之所以能夠在全天各時(shí)段保持較好的位置分布，是因?yàn)樵诖丝梢苑€(wěn)定的接收到北斗GEO衛(wèi)星和IGSO衛(wèi)星信號(hào)，MEO衛(wèi)星只占少數(shù)，而非像GPS全由MEO組成，隨著時(shí)間變化會(huì)不斷地更換參與定位的衛(wèi)星，而北斗則少了在更換定位衛(wèi)星的過(guò)程中帶來(lái)的計(jì)算結(jié)果跳變和低仰角時(shí)大量誤差的引入，衛(wèi)星仰角越低時(shí)信號(hào)穿過(guò)的大氣越多，所引入的誤差也就越多，同時(shí)信號(hào)衰落也越多，受多徑等因素的影響也越大。
在這里北斗的GEO衛(wèi)星全天可視，IGSO衛(wèi)星半程以上可視，而MEO衛(wèi)星不在一個(gè)地方呆著，就是繞著地球轉(zhuǎn)它們自己的圈圈，因此它們會(huì)不斷地、一顆顆地重復(fù)從低仰角進(jìn)入視野范圍，升到一定高度，再降低仰角離開(kāi)視野范圍的循環(huán)過(guò)程。
綜合這些因素后從定位精度上來(lái)看，北斗肯定是不比GPS差的。所以作為身在北方的工程師我要吐槽一下：現(xiàn)階段搞北斗的在廣東測(cè)試和在黑龍江測(cè)試完全是兩個(gè)概念好嘛，同樣的東西去海南測(cè)隨便都能過(guò)，去哈爾濱就很費(fèi)勁了……等三代組網(wǎng)完了我們就不用再吃這個(gè)虧了。
因此總體來(lái)看，在目前北斗二代服務(wù)區(qū)域內(nèi)，北斗的全天可視星數(shù)超過(guò)GPS，在星座分布上大部分區(qū)域也優(yōu)于GPS，但考慮到原子鐘精度差異和中高緯度星座分布等問(wèn)題，說(shuō)北斗與GPS不相上下還是靠譜的，也是符合實(shí)際測(cè)量結(jié)果的。但是現(xiàn)在三代組網(wǎng)建設(shè)正在進(jìn)行中，北斗衛(wèi)星數(shù)正穩(wěn)定增加，而且最關(guān)鍵的原子鐘問(wèn)題在三代上也解決了，到那時(shí)候咱就不用謙虛了！
誰(shuí)說(shuō)北斗不能獨(dú)立定位？
然而又有人懟我了：“GPS才是定位的主力，你家北斗只是用來(lái)給GPS湊數(shù)的，自己沒(méi)有獨(dú)立定位的能力，沒(méi)了GPS你家北斗啥也不是。”等等你這說(shuō)的是QZSS吧，不能獨(dú)立使用國(guó)家花錢(qián)搞這個(gè)干嘛？
道理很顯然，但是證明起來(lái)并不簡(jiǎn)單，為啥？對(duì)于手機(jī)來(lái)說(shuō)衛(wèi)星接收通道硬件是客觀存在的，除非對(duì)外開(kāi)放了芯片的底層控制指令，所謂“關(guān)GPS”并不是真正的關(guān)閉接收通道，只是不采信GPS定位結(jié)果，不能完全的確保要求驗(yàn)證的“北斗能否獨(dú)立定位”，畢竟芯片的底層算法不可控啊，萬(wàn)一設(shè)計(jì)導(dǎo)航芯片的人非要偷摸的用GPS引導(dǎo)怎么辦？
證明方法就是借助一種特種微波暗室——GNSS測(cè)試暗室！
GNSS測(cè)試暗室的原理與普通的微波暗室相似，都是屏蔽外邊的電磁波信號(hào)，暗室里發(fā)射的信號(hào)照到墻上不會(huì)有反射，只是重點(diǎn)防護(hù)的頻段不同。相比于測(cè)試?yán)走_(dá)或者大型陣列天線的微波暗室，GNSS測(cè)試暗室凈區(qū)不用太大，因?yàn)镚NSS接收機(jī)尺寸都不大，最重要的區(qū)別就是，GNSS導(dǎo)航信號(hào)模擬器，及成套測(cè)試評(píng)估系統(tǒng)，有了這套東西可以模擬地球上任意一點(diǎn)天空的GNSS衛(wèi)星情況，想發(fā)什么信號(hào)就發(fā)什么信號(hào)，想發(fā)哪個(gè)位置就發(fā)哪的，想動(dòng)就動(dòng)，想停就停，并且能夠?qū)Ρ粶y(cè)設(shè)備的定位結(jié)果進(jìn)行評(píng)估，給出權(quán)威的精度測(cè)試結(jié)果。
在暗室里可以保證只能收到北斗衛(wèi)星信號(hào)，功率也是標(biāo)校到與露天相一致的，能夠排除所有不可控因素，如果在這種情況下還能定位，那就可以證明該手機(jī)確有“北斗獨(dú)立定位”之能力。結(jié)果如何呢：
當(dāng)然是沒(méi)什么懸念的啦：
收到十顆衛(wèi)星全是北斗，9顆參與定位，沒(méi)有GPS，沒(méi)有可以輔助的，北斗衛(wèi)星真的“獨(dú)立定位”了。北斗志在全球， 2020年北斗三代組網(wǎng)完成后，在這個(gè)星球上任意一個(gè)點(diǎn)，我們都可以依靠北斗獨(dú)立完成定位。
北斗三號(hào)具備導(dǎo)航定位和通信數(shù)傳兩大功能，可提供定位導(dǎo)航授時(shí)、全球短報(bào)文通信、區(qū)域短報(bào)文通信、國(guó)際搜救、星基增強(qiáng)、地基增強(qiáng)、精密單點(diǎn)定位共7類(lèi)服務(wù)，是功能強(qiáng)大的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。全球范圍定位精度優(yōu)于10米、測(cè)速精度優(yōu)于0.2米/秒、授時(shí)精度優(yōu)于20納秒、服務(wù)可用性?xún)?yōu)于99%，亞太地區(qū)性能更優(yōu)。根據(jù)全球連續(xù)監(jiān)測(cè)評(píng)估系統(tǒng)最近一周測(cè)算結(jié)果，北斗系統(tǒng)全球?qū)崪y(cè)定位精度均值為2.34米。
北斗三號(hào)定位模塊
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開(kāi)平區(qū)動(dòng)載： ______ .＂北斗＂衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)水平定位精度為100米,差分定位精度小于20米.定位響應(yīng)時(shí)間:一類(lèi)用戶5秒、二類(lèi)用戶2秒、三類(lèi)用戶1秒.最短定位更新時(shí)間小于1秒,一次定位成功率95%.要是論技術(shù)的話應(yīng)該是伽利略比較先進(jìn),精度大概是GPS的十倍,一米左右.但是現(xiàn)在前景并不是太好,因?yàn)楫吘故嵌鄧?guó)聯(lián)合開(kāi)發(fā),其中涉及很多利益方面的問(wèn)題,現(xiàn)在看來(lái)有可能會(huì)黃,即使能成估計(jì)也是一波三折.美國(guó)的GPS應(yīng)是目前最為成熟的.俄的GLONASS現(xiàn)在應(yīng)該還沒(méi)有發(fā)射完全部衛(wèi)星,不能算是真正投入應(yīng)用,技術(shù)水平和GPS差不多.
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開(kāi)平區(qū)動(dòng)載： ______ 北斗導(dǎo)航相比GPS的優(yōu)點(diǎn):可在全球范圍內(nèi)全天候、全天時(shí)為各類(lèi)用戶提供高精度、高可靠定位、導(dǎo)航、授時(shí)服務(wù),并具短報(bào)文通信能力,已經(jīng)初步具備區(qū)域?qū)Ш健⒍ㄎ缓褪跁r(shí)能力,定位精度10米,測(cè)速精度0.2米/秒,授時(shí)精度10納秒.
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開(kāi)平區(qū)動(dòng)載： ______ 其實(shí)說(shuō)實(shí)話北斗導(dǎo)航和GPS導(dǎo)航在功能上區(qū)別不大,主要就是導(dǎo)航,精度也差別不大(如果真的要說(shuō)哪個(gè)好,實(shí)話實(shí)說(shuō)還是Gps 略勝一籌)但是北斗是咱國(guó)家自己的產(chǎn)品,用的放心.
開(kāi)平區(qū)動(dòng)載： ______ GPS定位器的話,在目前民間用得較多,相對(duì)成本要低廉很多,而北斗的是我們國(guó)家自主研發(fā)的,在定位精準(zhǔn)度上遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于GPS,但就目前的市場(chǎng)來(lái)看,北斗的成本太高,在民間還很難普及
開(kāi)平區(qū)動(dòng)載： ______ 立足本土,更適合亞洲國(guó)家定位模塊就是集成了RF射頻芯片、基帶芯片和核心CPU,并加上相關(guān)外圍電路而組成的一個(gè)集成電路,主要用于接收衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)送的位置信息.從北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)來(lái)看,我國(guó)自主研制建設(shè)的“北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系...
開(kāi)平區(qū)動(dòng)載： ______ 定位精度BDS:目前,“北斗”定位系統(tǒng)民用服務(wù)精度已達(dá)10米,而最新一代導(dǎo)航芯片定位精度可達(dá)2.5米,海上北斗增強(qiáng)系統(tǒng)的精度更是已提升至3厘米級(jí)別,但在衛(wèi)星數(shù)較少、衛(wèi)星分布較差的區(qū)域,定位精度較差或無(wú)法定位.GPS:已經(jīng)實(shí)現(xiàn)單機(jī)導(dǎo)航精度約為10米,綜合定位的話,精度可達(dá)厘米級(jí)和毫米級(jí).但民用領(lǐng)域開(kāi)放的精度約為10米.
開(kāi)平區(qū)動(dòng)載： ______ 中國(guó)的GPS:“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng) 作者:akaaaa 發(fā)表時(shí)間: 2006/05/17 09:46 點(diǎn)擊:39620次 修改 精華 刪除 置頂 來(lái)源 轉(zhuǎn)移 收藏 2003年3月20日,伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)爆發(fā)...
