中国北斗卫星导航系统世界第三套全球卫星导航系统于GPS对比.docx
《中国北斗卫星导航系统世界第三套全球卫星导航系统于GPS对比.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《中国北斗卫星导航系统世界第三套全球卫星导航系统于GPS对比.docx（46页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
中国北斗卫星导航系统世界第三套全球卫星导航系统于GPS对比
北斗卫星导航系统
——世界第三套全球卫星导航系统
工程总投资：
100亿元
工程期限：
1994年——2020年
北京时间2007年2月3日凌晨零时28分，中国在西昌卫星发射中心用“长征三号甲”运载火
箭，成功将第四颗北斗导航试验卫星送入太空。
北斗卫星导航定位系统是由中国自行研发的区域性有源三维卫星定位与通信系统（CNSS），
是继美国的全球定位系统（GPS）、俄罗斯的格洛纳斯（GLONASS）定位系统之后世界第三个
成熟的卫星导航系统。
该系统分为“北斗一代”和“北斗二代”，分别由4颗（两颗工作卫星、两颗备用卫星）和
35颗北斗定位卫星、地面控制中心为主的地面部份、北斗用户终端三部分组成。
北斗定位系统可向用户提供全天候、二十四小时的即时定位服务，定位精度可达数十纳秒（ns）的同步精度，其精度与GPS相当。
中国在2000年至2007年先后发射了四颗“北斗一号”卫星，这种区域性（中国境内）的卫星导航定位系统，正在为中国陆地交通、航海、森林防火等领域提供着良好服务。
北斗一号导航定位卫星由中国空间技术研究院研究制造,四颗导航定位卫星的发射时间分别为：
日期
火箭
卫星
轨道
2000年10月31日长征三号甲
北斗-1A
地球静止轨道
140°E
2000年12月21日长征三号甲
北斗-1BGEO80°E
2003年05月25日长征三号甲
北斗-1CGEO110.5°E第三颗是备用卫星
2007年02月03日长征三号甲
北斗-1DGEO86°E
第四颗是备用卫星
2007年04月14日长征三号甲
北斗-2A
中地球轨道（21500KM）北斗二代首颗卫星
军用新型北斗卫星导航手持机
北斗卫星导航系统的历史
我国早在60年代末就开展了卫星导航系统的研制工作，但由于多种原因而夭折。
在自行研制“子午仪”定位设备方面起步较晚，以致后来使用的大量设备中，基本上依赖进口。
70年代后期以来，国内开展了探讨适合国情的卫星导航定位系统的体制研究。
先后提出过单星、双
星、三星和3-5星的区域性系统方案，以及多星的全球系统的设想，并考虑到导航定位与通信等综合运用问题，但是由于种种原因，这些方案和设想都没能够得到实现。
1983年，“两弹一星”功勋奖章获得者陈芳允院士和合作者提出利用两颗同步定点卫星进行
定位导航的设想，经过分析和初步实地试验，证明效果良好，这一系统被称为“双星定位系统”。
双星定位导航系统为我国“九五”列项，其工程代号取名为“北斗一号”。
双星定位导航系统是一种全天候、
高精度、区域性的卫星导航定位系统，
可实现快速导航定
位、双向简短报文通信和定时授时
3大功能，其中后两项功能是全球定位系统
（GPS）所不能提
供的，且其定位精度在我国地区与
GPS定位精度相当。
整个系统由两颗地球同步卫星
（分别
定点于东经80度和东经140度36000公里赤道上空）、中心控制系统、标校系统和用户机
4大部
分组成，各部分间由出站链路
（即地面中心至卫星至用户链路
）和入站链路（即用户机至卫星
中心站链路）相连接。
中心站以特定的频率发射H地球同步卫星分别向各自天线波束覆盖区
域内的所有用户广播。
当用户需要进行定位／通信服务时，相对于接收信号（出站信号）某一帧，提出申请服务项目并发送入站信号，经两颗卫星转发到地面中心，地面中心接到此信号后，解调出用户发送的信息，测量出用户至两颗卫星的距离，对定位申请计算用户的地理坐标，由于H颗卫星的位置是已知的，分别为两球的球心，另一球面是基本参数已确定的地球参考椭球面3球交会点为测量的用户位置。
一代“北斗”采用的基本技术路线最初来自于陈芳允先生的“双星定位”设想，正式立项是在1994年。
北斗卫星导航系统由空间卫星、地面控制中心站和用户终端等3部分构成。
空间部分即“北斗”一号由两颗工作卫星和两颗备份卫星组成，突出特点是构成系统的空间卫星数目少、用户终端设备简单、一切复杂性均集中于地面中心处理站。
两颗定位卫星分别发射
于2000年10月31日和12月21日，备份星于2003年5月25日、2007年02月03日发射。
系统构成与工作原理
北斗卫星导航定位系统的系统构成有：
两颗地球静止轨道卫星、地面中心站、用户终端。
北
斗卫星导航定位系统的基本工作原理是“双星定位”：
以2颗在轨卫星的已知坐标为圆心，
各以测定的卫星至用户终端的距离为半径，
形成2个球面，用户终端将位于这2个球面交线的
圆弧上。
地面中心站配有电子高程地图，
提供一个以地心为球心、以球心至地球表面高度为
半径的非均匀球面。
用数学方法求解圆弧与地球表面的交点即可获得用户的位置。
用户利用一代“北斗”定位的办法是这样的，
首先是用户向地面中心站发出请求，
地面中心
站再发出信号，分别经两颗卫星反射传至用户，
地面中心站通过计算两种途径所需时间即可
完成定位。
一代“北斗”与GPS系统不同，对所有用户位置的计算不是在卫星上进行，
而是
在地面中心站完成的。
因此，地面中心站可以保留全部北斗用户的位置及时间信息，
并负责
整个系统的监控管理。
由于在定位时需要用户终端向定位卫星发送定位信号，
由信号到达定位卫星时间的差值计算
用户位置，所以被称为“有源定位”。
北斗二代
继美国的GPS系统升级，俄罗斯的GLONASS系统扩建，以及欧盟的“伽利略计划”之后，中
国也将继续升级自己的全球卫星导航定位系统——“北斗第二代导航卫星网”。
“北斗一号导航系统”是区域卫星导航系统，北斗二代卫星可实现全球的定位与导航。
“北
斗第二代导航卫星网”将由５颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成，提供两种服务方
式：
开放服务和授权服务。
其中5颗静止轨道卫星，即高度为36000公里的地球同步卫星；5
颗静止轨道卫星在赤道上空的分布为：
58.75oE,80oE,110.5oE,140oEand160oE，
提供RNSS和RDSS信号链路。
30颗非静止轨道卫星由27颗中轨（MEO）卫星和3颗倾斜同步
（IGSO）卫星组成，提供RNSS信号链路,27颗MEO卫星分布在倾角为55度的三个轨道平面上，每个面上有9颗卫星，轨道高度为21500公里。
每颗COMPASS卫星都发射4个频率的载波信号用于导航：
1561.098MHz（B1）,1589.742MHz
（B1-2），1207.14MHz（B2）,1268.52MHz（B3）每个载波信号均有正交调制的普通测距码（I
支路）和精密测距码（Q支路）。
卫星以不同地址码区分（CDMA）。
开放服务是在服务区免费提供定位、测速和授时服务，定位精度为10米，授时精度为50纳秒，
测速精度为0.2米／秒。
授权服务是向授权用户提供更安全的定位、测速、授时和通信服务以及系统完好性信息。
第二代导航卫星系统与第一代导航卫星系统在体制上的差别主要是：
第二代用户机可免发上
行信号，不再依靠中心站电子高程图处理或由用户提供高程信息，而是直接接收卫星单程测
距信号自己定位，系统的用户容量不受限制，并可提高用户位置隐蔽性。
其代价是：
测距精
度要由星载高稳定度的原子钟来保证，所有用户机使用稳定度较低的石英钟，其时钟误差作
为未知数和用户的三维未知位置参数一起由4个以上的卫星测距方程来求解。
这就要求用户
在每一时刻至少可见4颗以上几何位置合适的卫星进行测距，从而使得星座所需卫星数量大大增多，系统投资将显著增加。
二代“北斗”可称“中国的
GPS”
我国发展二代‘北斗’不会采取一步到位的方式，也不会停掉一代，另外发展二代。
我们会
在一代的基础上不断补充卫星数，增加其功能，提高其整体水平。
发展二代“北斗”的工作比一代要复杂得多，卫星技术、地面站的完善、用户终端的开发、关于原子钟的各项基础研究和应用研究,,这是一项长期的系统工程。
“北斗”一号第三颗卫星的准确入轨和成功定点，为发展我国二代“北斗”的关键技术提供
了准备。
“北斗”一号备份卫星上新装载了用于卫星定位的激光反射器，能够参照其他星，
把自身位置精确定格在几个厘米的尺度以内。
这颗卫星已定位成功，表明这种技术是有效而
可靠的。
这样，当我们不断发射新的卫星构建二代“北斗”体系时，众多卫星就会找准自己
的位置，构成符合标准的网络。
此外，“北斗”一号的4颗星寿命都是8年，专家正不断研究，预计下一次发射的卫星寿命就能达到10年左右了；而目前ＧＰＳ卫星的寿命都是12年左右，ＧＬＯＮＡＳＳ卫星的寿命则是３到５年。
我国计划从2009年开始每年发射6颗北斗定位卫星，初步形成4颗静止卫星，12颗中轨星，9颗高轨星的北斗2代导航卫星，在中国取代GPS系统。
中国北斗导航卫星进行防震试验
北斗一代（BD-1）系统介绍：
“北斗一号”卫星导航定位系统是我国独立自主研制的第一代卫星导航定位系统，是一种新
型、全天候、较高精度、区域性（中国境内）的卫星导航定位系统，具有快速定位（导航）、
双向简短报文通信和定时三大功能，目前已经正式投入运行，这标志着该系统进入了实际应
用阶段。
该系统由四颗静止卫星组成，其轨位分别是：
80E；110．5E，140E，86°E
导航定位使用频段是：
1610---1626．5MHz（L频段，上行链路）
2483．5---2500MHz（S频段，下行链路）
目前在国际电联的公布资料是：
CHINASAT-31/32/33。
北斗二代（COMPASS）-系统介绍：
COMPASS系-统是继BD-1系统后的中国新一代卫星导航系统，目前正处于研制阶段。
该系统共由25颗静止卫星及两个移动卫星网络构成，具体参数是：
工作区域：
全球
卫星网络：
中轨卫星网络，由9颗星组成，轨道高度是22000KM；
高轨卫星网络，由12颗星组成，轨道高度是36000KM；
静止卫星网络，由4颗星组成，其中轨位分别是：
58．75E；80E；110．5E；140E。
频带：
1164---1215MHz（下行）
1260---1300MHz（下行）
1300---1350MHz（上行）
目前在国际电联的公布资料是：
COMPASS-H/M/58．75E/80E/110．5/140E
国产北斗卫星导航定位系统演示
北斗系统四大功能
短报文通信：
北斗系统用户终端具有双向报文通信功能，用户可以一次传送40-60个汉字的
短报文信息。
精密授时：
北斗系统具有精密授时功能，可向用户提供20ns-100ns时间同步精度。
定位精度：
水平精度100米（1σ），设立标校站之后为20米（类似差分状态）。
工作频率：
2491.75MHz。
系统容纳的最大用户数：
每小时540000户。
北斗应用五大优势
1.同时具备定位与通信功能，无需其他通信系统支持。
2.覆盖中国及周边国家和地区，24小时全天候服务，无通信盲区。
3.特别适合集团用户大范围监控与管理，以及无依托地区数据采集用户数据传输应用。
4.独特的中心节点式定位处理和指挥型用户机设计，可同时解决“我在哪”和“你在哪”。
5.自主系统，高强度加密设计，安全、可靠、稳定，适合关键部门应用。
国产北斗海上搜索定位系统
“北斗一号”卫星导航系统与GPS系统比较
1、覆盖范围：
北斗导航系统是覆盖我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颖）。
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，其具备的短信通讯功能就是GPS所不
具备的。
全球四大卫星定位系统
目前，世界上只有少数几个国家能够自主研制生产卫星导航系统。
当前全球有四大卫星定位系统，分别是美国的全球卫星导航定位系统GPS、俄罗斯的格罗纳斯GLONASS系统、欧洲在
建的“伽利略”系统、和中国的北斗卫星导航系统。
美国GPS长期垄断
美国国防部从1973年开始实施的GPS系统，这是世界上第一个全球卫星导航系统，在相
当长的一段时间内垄断了全球军用和民用卫星导航市场。
GPS全球定位系统计划自1973年至
今，先后共发射了41颗卫星，总共耗资190亿美元。
GPS原来是专门用于为洲际导弹导航的
秘密军事系统，在1991年的海湾战争中首次得到实战应用。
随后，在科索沃战争、阿富汗战
争和伊拉克战争中大显身手。
从克林顿时代起，该系统开始应用在了民用方面。
现运行的
GPS系统由24颗工作卫星和4颗备用卫星组成。
美国利用GPS获得了巨大的经济利益，多年
来在出售信号接收设备方面赚取了巨额利润。
以1986年为例，当时一台一般精度的
GPS定位
仪价格5万美元，高精度的则达到10万美元。
现在价格虽然有所下降，但也可推算出
20年来
GPS“收获颇丰”。
以GPS为代表的卫星导航定位应用产业，已成为八大无线产业之一
。
据
美国国家公共管理研究院进行的调查评估表明，GPS的全球销售额将以每年38%的速度增长，
2005年全球GPS市场已达到310亿美元。
长期以来，美国对本国军方提供的是精确定位信号，
对其他用户提供的则是加了干扰的低精度信号——也就是说，地球上任何一个目标的准确位
置，只有美国人掌握，其他国家只知道个“大概”。
在海湾战争时，美国还曾置欧盟各国利
益不顾，一度关闭对欧洲GPS服务。
2003年3月20日，伊拉克战争爆发。
大批轰炸机、战斗机猛扑向伊拉克首都巴格达，用炸弹
准确地将一座建筑彻底摧毁，行动代号：
“斩首行动”；4月，一架B-1B“枪骑兵”轰炸机
临时接到任务，用炸弹摧毁了另一座建筑。
他们的目标都是一个人：
萨达姆。
侯赛因，他们
所使用的炸弹都是一种：
联合攻击炸弹（JDAM），这些炸弹之所以都能够精确的打击目标，是
因为他们都是通过卫星定位来实现定位，提供这种定位服务的正是由24颗美国卫星组成的全
球定位系统--GPS。
俄罗斯GLONASS（格洛纳斯）系统
“格洛纳斯GLONASS”是俄语中“全球卫星导航系统GLOBALNAVIGATIONSATELLITE
SYSTE”的缩写。
作用类似于美国的GPS、欧洲的伽利略卫星定位系统。
最早开发于苏联时
期，后由俄罗斯继续该计划。
俄罗斯1993年开始独自建立本国的全球卫星导航系统。
1995
年俄罗斯耗资30多亿美元，完成了GLONASS导航卫星星座的组网工作。
它也由24颗卫星组成，原理和方案都与GPS类似，不过，其24颗卫星分布在3个轨道平面上，这3个轨道平面两两相隔120°，同平面内的卫星之间相隔45°。
每颗卫星都在19100千米高、64.8°倾角的轨道上
运行，轨道周期为11小时15分钟。
地面控制部分全部都在俄罗斯领土境内。
俄罗斯自称，多
功能的GLONASS系统定位精度可达1米，速度误差仅为15厘米/秒。
如果必要，该系统还可用来为精确打击武器制导。
GLONASS卫星由质子号运载火箭一箭三星发射入轨，卫星采用三轴
稳定体制，整量质量1400KG，设计轨道寿命5年。
所有GLONASS卫星均使用精密铯钟作为其频率基准。
第一颗GLONASS卫星于1982年10月12日发射升空。
到目前为止，共发射了80余颗
GLONASS卫星。
2003年的伊拉克战争对俄罗斯产生了相当大的震动，迫使俄罗斯领导层再次对太空的军事用
途重视起来。
4年前GLONASS经历了最糟糕的时期，当时只有8~10颗卫星在工作，而要该系
统发挥完全的作用，需要有24颗卫星。
现在只有11颗卫星处于工作状态，但是要使该系统具
有军用价值，在轨道上至少要有18颗星。
俄罗斯航天的老大难问题就是经费不足。
为此，俄罗斯航宇局正试图吸引外资。
按航宇局局长科普捷夫的说法，正在和包括中国在内的国家和组织进行商谈来共同恢复GLONASS。
希望到2011年该系统将完全恢复。
欧洲“伽利略计划”
在上世纪
90年代的局部战争中，美国的
GPS出尽风头。
利用
GPS系统提供定位的导弹或
战斗机可以对地面目标进行精确打击，这给欧洲国家留下了深刻印象。
为减少欧洲对美国军事和技术的依赖，经过长达3年的论证，2002年3月，欧盟15国交通部长会议一致决定，启动
“伽利略”导航卫星计划。
“伽利略”计划的总投资预计为
36亿欧元，由分布在
3个轨道上
的30颗卫星组成。
该系统与
GPS类似，可以向全球任何地点提供精确定位信号。
与美国的
GPS相比，“伽利略”系统可以为民用客户提供更为精确的定位，其定位精度可以达到
1米，
而GPS只能达到
10米。
2000年，“伽利略”计划提出不久，
欧盟委员会副主席德帕拉西奥在与当时的中国国务院总
理朱镕基会晤时就表示希望中国参与“伽利略”计划，
得到了中国的积极回应。
随后，中国
同欧盟签署协议，在北京成立了中欧卫星导航技术培训合作中心，
中国向“伽利略计划”投
资2.3
亿欧元，根据比例获取相应收益。
四大系统各有特色
从技术和应用前景上看，四大系统各有优劣，如果说GPS胜在成熟，伽利略胜在精准，那
么格洛纳斯的最大价值就在于抗干扰能力强，而中国的北斗卫星导航系统的优势则在于互
动性和开放性。
与GPS相比，伽利略系统在许多方面具有优势，例如其卫星数量多达
30颗，
其卫星轨道位置比GPS高。
伽利略可为地面用户提供3种类型的信号供选择，其中包括免费
信号、加密且需交费才能使用的信号、加密且可以符合更高要求的信号。
此外，伽利略卫星
定位系统信号的最高精度比GPS高10倍，确定物体的误差范围在1米之内。
正如有关专家所
说：
“如今的
GPS只能找到街道，而伽利略却能找到车库的门。
”而俄国的格洛纳斯由
24
颗卫星组成，也是由军方负责研制和控制的军民两用导航定位卫星系统。
尽管其定位精度比
GPS、伽利略略低，但其抗干扰能力却是最强的。
中国自行研制生产的北斗卫星导航系统不
仅具备在任何时间、任何地点为用户确定其所在的地理经纬度和海拔高度的能力，而且在定位性能上有所创新。
北斗系统与其他系统最大的不同，在于它不仅能使用户知道自己的所
在位置，还可以告诉别人自己的位置，特别适用于需要导航与移动数据通信场所。
此外，中国还致力于提高北斗卫星导航系统与其他全球卫星导航系统的兼容性，促进卫星定位、导航、授时服务功能的应用。
汶川地震中投入使用的北斗一号卫星导航定位系统手持机，发挥了重要作用。
北斗卫星的战略运用
提到卫星导航定位系统，就不能不说说大名鼎鼎的GPS了。
GPS（GlobalPositioning
System，全球定位系统）是世界上第一种覆盖全球范围的卫星导航定位系统，目前通过24
颗卫星构成的星座能够有效覆盖全球大约97％的面积。
此外，能与之抗衡的只有俄罗斯的
GLONASS系统，这一系统在前苏联时代开始建立，目前在轨星只有6颗可用，不能独立组网，
只能与GPS联合使用。
目前，GPS定位精度可达15米，测速精度0．1米／秒；GLONASS导航
定位精度约为30—100米，测速精度0．15米／秒。
曾有国内媒体报道称，“北斗一号”系统是中国版“GPS”，这是很不准确的。
首先，
“北斗一号”是区域卫星导航系统，只能覆盖中国及其周边地区；而GPS
升级会员 