北斗星導(dǎo)航系統(tǒng)與GPS系統(tǒng)比較

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BeiDouCompassNavigation Satellite System)是我國自主建設(shè)、獨(dú)立運(yùn)行，并與世界其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)兼容共用的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。2011年12月27日，該系統(tǒng)開始試運(yùn)行服務(wù)，到2020年左右，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)全球覆蓋。屆時(shí)，該系統(tǒng)可在全球范圍內(nèi)為各類用戶全天候、全天時(shí)地提供高精度、高可靠的定位、導(dǎo)航、授時(shí)和短報(bào)文通信服務(wù)并與美國的GPS、俄羅斯的GLONASS、歐洲的Galileo共同構(gòu)成全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System，簡稱GNSS)。

GPS作為GNSS成員里的老大，是美國國防部批準(zhǔn)并由其陸?？杖娐?lián)合研制的一種全新的軍用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。工程研制項(xiàng)目于1973年12月開始啟動(dòng)，歷時(shí)20年，耗資200億美元，于1993年完成24顆衛(wèi)星的星座組網(wǎng)。經(jīng)過近2年的調(diào)試1995年4月27日，美國國防部正式對(duì)外宣布，GPS全球定位系統(tǒng)已具備全部運(yùn)作能力(IOC)。GPS經(jīng)過30多年的發(fā)展，已從Ⅰ代系統(tǒng)升級(jí)到現(xiàn)在的Ⅱ代系統(tǒng)，預(yù)計(jì)2020年前完成Ⅱ代系統(tǒng)24+3顆衛(wèi)星的星座組網(wǎng)計(jì)劃。美國計(jì)劃再用10~20年的時(shí)間完成Ⅲ代系統(tǒng)的建設(shè)，以最終實(shí)現(xiàn)GPS現(xiàn)代化的宏偉藍(lán)圖。GPS現(xiàn)代化是美國于1999年1月25日以副總統(tǒng)文告的形式提出的提出的理由有兩點(diǎn)：一是在伊拉克戰(zhàn)爭期間戰(zhàn)區(qū)GPS信號(hào)一度出現(xiàn)了被敵方干擾而無法使用的情況;二是歐盟在1999年提出了Galileo衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)計(jì)劃，意在向美國的“太空霸權(quán)”發(fā)起挑戰(zhàn)。GPS現(xiàn)代化的主要目標(biāo)有兩個(gè)：一是要強(qiáng)化GPS在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中對(duì)美軍的保障作用;二是通過對(duì)民用GPS技術(shù)的改進(jìn)，保持GPS在全球民用衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域的霸主地位。為實(shí)現(xiàn)以上目標(biāo)，GPS現(xiàn)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 通過阻止和干擾戰(zhàn)區(qū)的GPS信號(hào)，使敵方無法正常使用，而在戰(zhàn)區(qū)以外的GPS用戶卻能更精確、更安全地使用GPS。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)從2004年開始建設(shè)，與GPS相比雖然起步較晚，但在衛(wèi)星的星座--軌道設(shè)計(jì)、信號(hào)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(wèi)星地面測控等一系列核心關(guān)鍵技術(shù)方面，均已超過GPS-Ⅱ的水平，基本上與GPS-Ⅲ相當(dāng)。

1)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)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(wèi)星數(shù)達(dá)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(wèi)星數(shù)為24+3顆(3顆備用)。北斗系統(tǒng)的混合軌道適合一箭多星發(fā)射，而且便于軌道及衛(wèi)星的維護(hù)和管理，而GPS-Ⅲ不具備，北斗衛(wèi)星在地球上任何地方、任何時(shí)間的可見數(shù)量和可見時(shí)間以及所測衛(wèi)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(tǒng)與GPS-Ⅲ均采用3頻信號(hào)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(hào)功率和抗干擾能力相當(dāng)，但北斗信號(hào)的設(shè)計(jì)體制要優(yōu)于GPS-Ⅲ。

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

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

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

6)北斗系統(tǒng)與GPS-Ⅲ具有很強(qiáng)的兼容共用能力，二者的兼容性比較詳見表1。