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北斗与GPS的9大技术区别,不看后悔 - RF/无线 - 电子 …

文章来源:admin    时间:2018-09-01

  北斗卫星起步在1992年,在2012年实现区域覆盖能力,可谓亚洲国家提供服务,如今也已经走出国门,受到东南亚国家的欢迎。本文大致从9个方面阐述了北斗与GPS的技术区别,让你对北斗系统技术原理有一个比较完整的认知。北斗卫星起步在1992年,在2012年实现区域覆盖能力,可谓亚洲国家提供服务,如今也已经走出国门,受到东南亚国家的欢迎。本文旨在从技术角度上仔细比较北斗和GPS的区别。北斗使用的是三频信号,GPS使用的是双频信号,这是北斗的后发优势。虽然GPS从2010年5月28日发射了第一颗三频卫星,但等到GPS卫星全部老化报废更换为三频卫星还好几年。这几年就是北斗的优势期。三频信号可以更好的消除高阶电离层延迟影响,提高定位可靠性,增强数据预处理能力,大大提高模糊度的固定效率。而且如果一个频率信号出现问题,可使用传统方法利用另外两个频率进行定位,提高了定位的可靠性和抗干扰能力。北斗是全球第一个提供三频信号服务的卫星导航系统。有源定位就是接收机自己需要发射信息与卫星通信,无源定位不需要。北斗一代的有源定位,有源定位技术只要两颗卫星就可以完成定位,但需要信息中心DEM(数字高程模型)数据库支持并参与解算。它在北斗二代上被保留下来,但不作为主要的定位方式。而北斗二代使用的是无源定位,和GPS是一样的,不需要信息中心参与解算,有源定位则作为补充功能。这个功能的好处是当你观测的卫星质量很差,数量较少时(理论上,无源定位至少要4颗卫星才能解算 XYZ 和时间四个未知参数,实际需要的更多),仍然可以定位。这个功能对于紧急情况会比较有用,比如在山谷中,观测条件非常差,能知道大概位置也是非常重要的。坏处是在战争中会暴露你的位置信息。需要信息中心参与解算是因为资源有限,比如,某北斗一代手持机,每 60秒可以定位一次,不能频繁定位,以保证信息中心不能过载。但是北斗一代不能民用的主要原因却不是因为这个。北斗一代称为北斗卫星实验系统(RDSS),北斗二代称为北斗卫星导航系统(RNSS),一代,二代是为方便称呼。从名字上就可以知道,北斗一代只是做个内部实验而已,检验一下我们的理论、技术是否可行,定位精度如何,再进行后续改进,设计的初衷根本没打算民用啊。这个是中国卫星导航的原创功能,并且非常实用。08年汶川地震的时候,震区唯一的通讯方式就是北斗一代。这一特色功能毫不意外在二代中保留下来。但是这个功能也是有容量限制的,所以并不适合作为日常通信功能,而是作为紧急情况通信比较合适。基于这个功能,北斗还有一个好处是,不但能知道我在哪,还能让别人知道你在哪。这个功能有利于求救。卫星定位系统一般由三部分组成:空间星座部分,地面监控部分和用户接收机部分。其中,地面地面监控部分又由三大部分组成:监控站,主控站,注入站。GPS系统在全球建 5个监控站,1个主控站和3个注入站以保证卫星运行,这些站都设在美国国土上,并且在全球分布很均匀。包括美洲大陆的美国本土,太平洋的关岛和夏威夷、印度洋的迭哥枷西亚以及大西洋的阿森松群岛。中国没法把监控站建到全球,所以中国在设计北斗系统时必须考虑到,地面监控部分只建在中国境内,就能够保证整个系统的正常运行。在境外建站也不是不可以,只是就算建了,也只起到提高精度的作用,绝对不能作为控制功能。这本来是北斗的劣势,境内监控是被逼出来的,没有其他选项,但现在成了北斗的安全优势,不用受制于其他国家。与信号传播路径有关的误差有:对流层折射误差,电离层折射误差延迟误差,多路径效应,地球自转效应误差。这些误差是没办法完全消除的,只能不断减小。用于改进电离层折射误差延迟误差的Klobuchar模型就是根据长时间气象观测数据,构造出电离层折射随时间变化的经验公式。说白了就是猜出来的,不过是有水平,有数据支持,聪明的猜,才出来后进行试验验证,好用就留着,不好用就继续改。全球不同地区的电离层对流层都是不同的,这些公式是根据国外的观测数据构造的,用在中国自然会差一些,我们需要给北斗更多的时间累计观测数据,等待开发或优化更多的适合中国地区的改正模型。上述10m的精度,很多人认为应该是对亚太地区的平均精度。需要注意的是,北斗的平面精度与高程精度是基本相当的,而GPS系统的水平精度确实不错,但是它的高程精度是软肋,比水平精度差得比较多,一般1.5倍到2倍。建成北斗系统,中国芯片厂商春天到了!虽然目前存在着差距,但是中国的芯片厂商终于可以有机会和国外的芯片厂商在北斗芯片上一较高低,这是完全有可能的。反倒是让国内的芯片厂商生产 GPS 的芯片和国外厂商竞争,那才叫几乎不可能。这就叫打破GPS的垄断地位。专家预测,到2020年,仅北斗卫星导航市场将达到年产值4000亿元人民币,年复合增长率达到 40% 以上。北斗很赚钱,国家给你创造机会了,这个钱要怎么拿,就看各自的本事了。看看全国遍地开花的北斗产业园就知道机会多难得。整个系统国家只负责空间星座和地面监控部分,这两部分耗资巨大,技术要求高,且具有唯一性,系统性能指标主要取决于这两部分。用户接受设备部分则主要交给市场完成,这部分决定了导航系统的易用性,生态链的活力等,但这部分是人人都可以参与的,替代性非常强。不能提高自身竞争力的产品终究会被替换下场。卫星导定位中,时间系统有着极其重要的意义,在由跟踪站对卫星进行定轨时,要求卫星位置的误差小于1cm时,相应的时刻误差应小于2.6s(1微秒=10-6秒);如果要求测量的距离误差小于1cm时,则信号传播时间的测定误差应小于 0.03ns(1纳秒=10-9秒)。中国的原子钟相对国外产品,体积大、质量重、精度还差了一个量级,这种高精尖的技术国外是对中国禁运的,我们只能靠自己。为什么不行?因为有一段时间原子钟是可以从国外买的,相比起自己研制成本还不高,质量很好,国内直接放弃研制原子钟了。等中国说要建导航系统,国外立刻对中国实施禁运,中国这个时候才赶紧又开始原子钟的研制工作,暂停研制这几年对中国的原子钟发展多可惜,本来技术虽然不算先进,但也勉强跟上世界潮流,现在却拉下一大截,如果中国一直坚持自己研制原子钟,现在的北斗系统精度更高。要不是北斗系统,中国的原子钟技术更是悲剧了。欧洲早在1999年2月10日就提出建设GALILEO系统,在2005年发射了第一颗实验卫星,2008年4月27日,发射第二颗实验卫星,进度比最初的计划推迟了整整五年,2012年10月发射第3第4颗卫星。这四颗卫星组成网络,初步发挥地面精确定位的功能。北斗的第一颗卫星在2007年4月14日发射升空,2012年10月25日第16颗北斗卫星发射,这是北斗区域网最后一颗卫星,北斗导航工程区域组网顺利完成, 2013年12月27日正式发布了《北斗系统公开服务性能规范(1.0版)》和《北斗系统空间信号接口控制文件(2.0版)》两个系统文件,这是北斗正式商用的标志,所有的厂商都可以根据这两个文件来开发自己的产品。北斗与GALILEO在使用频率上是有竞争关系的(有重叠),根据谁先使用谁先得的国际法原则,中国在 2009 年发射三颗北斗 二代卫星,正式启用该频率,而欧盟连预定的三颗实验卫星都没有射齐。败下阵来,失去对频率的所有权。GPS 卫星的寿命一般在8年,北斗卫星的寿命在5年左右,已发射的16颗卫星中,已有2颗老旧卫星失效。替换卫星的工作都是国家完成的,完全不影响用户使用。当前,这个问题基本解决了,新卫星寿命已经延长了。这是由于芯片的生产特点决定的,芯片在研发阶段投入非常大,一旦研制成功,后续的生产成本就比较低了。北斗刚投入使用,用户还比较少,所以价格高,等到大规模生产的时候,成本就被摊薄。
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