李雪

摘要：北斗导航系统和全球定位导航系统（GPS）是被国际认可的四大定位导航系统中的两个，另外两个分别是俄罗斯的GLONASS和欧盟的GALILEO。本文重点对比了北斗和GPS的特点以及各自的优势。

关键词：北斗;GPS;定位;导航

前言

20世纪70年代美国海陆空三军开发了第一代卫星定位系统GPS，再经过20余年的发展，覆盖全球的GPS卫星星座布局完成，美国在全球定位领域实现技术垄断和商业垄断。在上世纪末的一场战争中，美军利用GPS系统对敌军实现精准打击，让我国深刻意识到自主研发全球定位导航系统的重要性和必要性。因此，1994年我国启动了北斗一号工程，2004年启动北斗二号工程，2009年启动北斗三号工程，如今即将完成，计划在2020年底之前实现卫星组网，全面完成北斗三号的建设，完成全球覆盖。

1北斗导航系统和GPS的比较分析

1.1系统架构

北斗导航系统和GPs的架构是一致的，都包含空间部分、地面部分和用户设备。空间部分指的是运行在太空轨道中的多颗卫星，地面部门是建立在地球上的监测站、接收站和主控台，用户设备就是使用定位导航系统的终端设备。

1.2定位原理

GPS的发展比北斗早了几十年，使用的是被动式单向测距三维导航算法，用户设备只需要接收四个卫星的位置信息就可以运算得出自己所在的位置。北斗的发展过程中，定位的原理是发了很大变化的。最早期北斗一号，限于当时我国的国力和经济条件，使用的是两颗卫星的定位方法，地面设备还需要自备高度测试仪器，解算出位置信息再发给用户，而且导航卫星也只能处于高轨道运行。到了北斗二号时，卫星数量得到补充，在兼容北斗一号的基础上，增加了无源定位体制，北斗导航系统开始采用卫星无线电测定和卫星无线电导航结合的机制，不但可以像GPs一样提供定位导航服务，还能够发送位置报告和短报文通信。计划2020年完成的北斗三号，将继承有源定位和无源定位，完全实现全球定位导航，同时具备其特色的短报文功能，并在精度上逼近GPS导航系统。

1.3星体轨道

GPS的24颗卫星位于地球的中轨道上，距离地表约两万千米。GPS的24颗卫星均匀的分布在六个轨道平面上，轨道角度55°，这样的卫星星座图实现了地表上任意位置均能观测到四颗以上的卫星，确保了定位精度。实际上GPS的卫星数量是超过24颗的，多余的是作为备用卫星使用。北斗导航系统的星体轨道也是经历了两代的发展，北斗一号最开始是双星定位，在高轨道运行。到了北斗二代已经将一代的模式淘汰了，随着我国国力增强，卫星数量可以满足全球定位的要求，卫星也不必在高轨道运行。目前我国实际在轨运行的卫星数量已经超过24颗，均位于中轨道，具体数量随着北斗的系统建设逐年增加，截至目前已升空的北斗卫星数量达到54颗，最后第55颗卫星将于今年五月份发射，完成整个北斗三号的工程。

1.4覆盖范围

GPS早在20世纪末期就实现了全球98%以上区域的覆盖，因此应用也最为广泛。北斗的发展较晚，北斗一号是我国在全球定位导航系统领域的尝试，到了北斗二号开始实现区域覆盖，由我国领土像东南亚地区辐射开来，然后是一带一路国家。北斗三号卫星组网建成后，将彻底实现全球范围内的覆盖应用，缩小和GPS的差距。

1.5系统实时性

北斗一号属于有源定位系统，实时性比较差，用户需要发送定位请求给控制中心，控制中心解算完后再回发给用户。北斗一号的延时较长，对于高速移动的物体，定位误差就会变得很大。北斗二号和GPs主要采用的都是无源定位，位置的解算都是由用户设备完成的，实时性比较高。

1.6定位精度

全球定位导航系统卫星中最重要的部件就是原子钟，也是决定系统定位精度的决定因素。我国在原子钟上的发展远远落后于美国，所以北斗比GPS的定位精度要差一些。美国的原子钟目前可以做到2000万年误差不超过1s，我国近些年发展原子钟技术也取得了很大的进步，可以自主研制出300万年误差1s的原子钟，结合北斗三号部署的多卫星系统，正在逐步缩小精度方面的差距。GPS卫星全部更新完毕后可以实现的精度为军用0.3m，北斗三号计划指标为2.5-5m，至于民用精度则根据对应系统开放的权限而定，此外综合定位精度可以达到厘米甚至是毫米级别。

1.7用户容量

我国开始研制北斗时，GPS已经实现了商用。GPS为无源定位，理论上的用户容量是无限大的。北斗一号是有源定位，用户容量十分有限，但是更迭到北斗二号和北斗三号后，结合了无源定位技术后，北斗导航系统的用户容量也扩大到了无限大，所以这方面二者是差别不大的。

1.8通信功能

GPS是单向测距的模式，并不具备通信功能。从北斗一号开始，通信功能就是其一大特色。发展到北斗三号，通信功能依旧被保留下来，可以在实现定位的同时，将位置信息通过卫星发送给目标设备。

1.9性价比

GPS由于發展早，垄断市场长达几十年，技术和模块都十分成熟，市场上主要的定位导航模块基本都是基于GPS来开发的。北斗的市场普及度远不及GPS，很多终端模块还处于开发阶段，所以在性价比上，北斗是不如GPS的。但是考虑到未来的国际关系变化，北斗的普及也是一个势不可挡的趋势。

2结束语

北斗导航系统还有很长的路要走，我国仍需大力发展原子钟技术和芯片技术，期待有朝一日北斗系统能够完全赶超GPs，提升我国的国际地位并带来巨大的经济效益。