北斗星導航系統與GPS系統比較

北斗衛星導航系統(BeiDouCompassNavigation Satellite System)是我國自主建設、獨立運行，并與世界其他衛星導航系統兼容共用的全球衛星導航系統。2011年12月27日，該系統開(kāi)始試運行服務(wù)，到2020年左右，北斗衛星導航系統將實(shí)現全球覆蓋。屆時(shí)，該系統可在全球范圍內為各類(lèi)用戶(hù)全天候、全天時(shí)地提供高精度、高可靠的定位、導航、授時(shí)和短報文通信服務(wù)并與美國的GPS、俄羅斯的GLONASS、歐洲的Galileo共同構成全球衛星導航系統(Global Navigation Satellite System，簡(jiǎn)稱(chēng)GNSS)。

GPS作為GNSS成員里的老大，是美國國防部批準并由其陸?？杖娐?lián)合研制的一種全新的軍用衛星導航系統。工程研制項目于1973年12月開(kāi)始啟動(dòng)，歷時(shí)20年，耗資200億美元，于1993年完成24顆衛星的星座組網(wǎng)。經(jīng)過(guò)近2年的調試1995年4月27日，美國國防部正式對外宣布，GPS全球定位系統已具備全部運作能力(IOC)。GPS經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，已從Ⅰ代系統升級到現在的Ⅱ代系統，預計2020年前完成Ⅱ代系統24+3顆衛星的星座組網(wǎng)計劃。美國計劃再用10~20年的時(shí)間完成Ⅲ代系統的建設，以最終實(shí)現GPS現代化的宏偉藍圖。GPS現代化是美國于1999年1月25日以副總統文告的形式提出的提出的理由有兩點(diǎn)：一是在伊拉克戰爭期間戰區GPS信號一度出現了被敵方干擾而無(wú)法使用的情況;二是歐盟在1999年提出了Galileo衛星導航系統計劃，意在向美國的“太空霸權”發(fā)起挑戰。GPS現代化的主要目標有兩個(gè)：一是要強化GPS在現代戰爭中對美軍的保障作用;二是通過(guò)對民用GPS技術(shù)的改進(jìn)，保持GPS在全球民用衛星導航領(lǐng)域的霸主地位。為實(shí)現以上目標，GPS現代化的主要任務(wù)是：① 最大限度地提高軍用碼的可靠性、保密性和抗干擾能力;② 通過(guò)阻止和干擾戰區的GPS信號，使敵方無(wú)法正常使用，而在戰區以外的GPS用戶(hù)卻能更精確、更安全地使用GPS。

北斗衛星導航系統從2004年開(kāi)始建設，與GPS相比雖然起步較晚，但在衛星的星座--軌道設計、信號頻率體制、星載原子鐘、高精度偽距測量、精密定軌與時(shí)間同步、衛星地面測控等一系列核心關(guān)鍵技術(shù)方面，均已超過(guò)GPS-Ⅱ的水平，基本上與GPS-Ⅲ相當。

1)北斗衛星導航系統采用由1個(gè)地球靜止軌道(GEO)、3個(gè)傾斜地球同步軌道(IGSO)和3個(gè)中圓地球軌道(MEO)組成的混合軌道，衛星數達到35+2顆(2顆備用)，而GPS-Ⅲ采用相同的6個(gè)中圓地球軌道(MEO)，衛星數為24+3顆(3顆備用)。北斗系統的混合軌道適合一箭多星發(fā)射，而且便于軌道及衛星的維護和管理，而GPS-Ⅲ不具備，北斗衛星在地球上任何地方、任何時(shí)間的可見(jiàn)數量和可見(jiàn)時(shí)間以及所測衛星的空間幾何分布(幾何精度因子)均優(yōu)于GPS-Ⅲ。

2)北斗系統與GPS-Ⅲ均采用3頻信號體制，工作頻率較為接近，測距碼都有粗碼(民用碼)和精碼(軍用碼)之分，二者的信號功率和抗干擾能力相當，但北斗信號的設計體制要優(yōu)于GPS-Ⅲ。

3)北斗系統與GPS-Ⅲ的衛星上都裝有激光反射鏡和銣原子鐘，精密定軌精度相當。

4)中國官方宣布北斗系統的定位精度優(yōu)于10 m，實(shí)際上在有效降低衛星星歷誤差和衛星鐘差的前提下，利用雙頻電離層改正模型對大氣延遲進(jìn)行實(shí)時(shí)精確的改正后，北斗用戶(hù)的單點(diǎn)定位精度有望能提高到5 m甚至更高，從而超過(guò)GPS-Ⅲ宣稱(chēng)的定位精度為5~10 m的水平。

5)北斗系統在5顆地球靜止軌道(GEO)衛星上采用衛星無(wú)線(xiàn)電導航(RNSS)和衛星無(wú)線(xiàn)電測定(RDSS)的雙重體制，不僅能與其他軌道衛星一起提供無(wú)源定位服務(wù)，還能由這5顆GEO衛星向區域用戶(hù)提供有源定位、位置報告和短報文通信服務(wù)(這5顆GEO衛星還兼有太空基站的作用ツ芟蚯域用戶(hù)提供精度優(yōu)于1 m的廣域差分服務(wù))ザGPS采用單一的衛星無(wú)線(xiàn)電導航(RNSS)體制ニ以只能為全球用戶(hù)提供導航、定位、測速和授時(shí)服務(wù)。

6)北斗系統與GPS-Ⅲ具有很強的兼容共用能力，二者的兼容性比較詳見(jiàn)表1。