北斗 PK GPS，定位毕竟谁更强？

出品：科普中国

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监制：中国封建院盘算机网络信息中央

北斗跟GPS比，毕竟谁更强？北斗毕竟能不克不及“甩开”GPS，独立定位？

北斗 PK GPS，谁能嬴？

作为GNSS（Global Navigation Satellite System举世导航卫星体系） 俱乐部的一员，导航定位是基本功效。先来看看，定位功效是怎样比力的：

吸收机使用卫星定位的历程可以在二维笼统成在一个黑板上选最少四个点（卫星），以每个点为圆心，分散用粉笔画圆（吸收机丈量的到卫星距离），这些粉字迹的堆叠地区就是定位的后果。由于种种偏差的存在，对每颗卫星测距的后果更像是一条粉笔画出来的带，而不是一条没有宽度的线。

粉笔的粗细受种种偏差机制的影响，北斗和GPS比力，主要是星上原子钟的精度不同，北斗二代使用的是铷原子钟，GPS使用的是铯原子钟组合铷原子钟，在这点上是GPS更优，也就是粉字迹更细一些。而如今北斗三代卫星使用的是氢原子钟，频率准确度由5×10-13提高到6×10-14，频率安定度由2×10-14（1d）提高到6×10-15（1d），比拟二代卫星都提高了一个数目级，到达天下抢先水平，定位精度也将进一步的提高。

除了受粉笔粗细的影响，显然画圆的点越多，也就是卫星数越多，堆叠地区也就越小，也就是定位越准确，但是，假如这些点都在一侧会合，乃至堆叠的话，它们画出的粉字迹的堆叠地区会变得很大，反之这些点越疏散，画出的粉字迹堆叠度也就越低，也就表现吸收机得出的定位后果也就越准确。这个权衡地点分布的参数就是所谓的PDOP值，越低代表分布越佳，定位后果越准确。

北斗一代时分的确定位速率慢一些，精度差一些，怎样都十多年已往了另有人以为北斗就是不佳使，说什么“卫星少”、“还在建”、“精度比GPS差远了”？

但是从北斗二代开头，星座就是针对亚太地区计划的，不同于美国MEO为主的形式，接纳了GEO+IGSO+MEO的形式。优点是用较少卫星快速在重点办事地区到达高精度，缺陷是高纬度地区对GEO吸收后果不佳，精度因子值偏大，另有就是地球别的一边收不到，随着北斗卫星的增多，这些成绩今后都市处理的。

即使云云，在三代还没用上的今天，看看如今的北斗精度怎样吧，我们在中国最北边选个点：

北纬52.4476°，够北了吧，官方公布的北斗二代办事地区但是只在南北纬55°之间，这个地点一天24小时北斗卫星的可见性怎样呢：

如图可见，全天可用的仰角在10°以上的北斗卫星最少有8颗，谁说星少来着？

比力如今GNSS俱乐部“一哥”GPS，在此地的卫星可见性：

是不是发觉可见卫星数还不如北斗多？以为是不是可以搞个诸如“GPS在中国被北斗完败”的大讯息……

固然，乱来自傲也是不成取的，总有一些北斗种种“秒杀GPS”的假讯息，关于大众熟悉北斗仅有坏处没有利益。除了使用本人导航体系的宁静性以外，GNSS俱乐部四家谁也秒杀不了谁好吗，前不久中美都签了《北斗与GPS信号兼容与互利用团结声明》，互为备份多和谐……

刚刚说到北斗卫星数多，但是定位不克不及只看星数，吃星座设置的亏，这里收到的北斗GEO仰角太低，几多分布不佳，以是精度因子要差：

北斗几多精度因子最大到达6.0并且动摇较大，比拟来说GPS的最大也就4.4：

这是由于北斗GEO卫星悬在赤道上方，在这里收到的仰角都不敷30°，IGSO卫星轨道倾角55°，走到这也就到了“8”字型轨迹的头了，以是1、4象限大局部地区基本就没什么星，这些要素加起来，招致北斗的DOP值较大，不外满意10m精度照旧没啥成绩的。

以是你要非说在这里北斗不如GPS是可以委曲承受的，固然随着三代组网，这点差距很快就没了，多发几颗MEO就好了……下边是该地GPS的卫星轨迹分布：

接下去，咱在中国南方任意选个点：

北纬26.6940°，东经109.9688°，这坐标目测是在湖南，这里北斗卫星可见性怎样呢：

最少也有十颗星可见，再看看GPS的：

照旧老样子，南北不同不大，重点是DOP值，可以一战否？北斗的DOP值如下：

最大不凌驾3.4，再看看GPS的：

可以忽略特别高的那点，基本照旧在4.4以内，但是分明北斗的更平滑！

之以是可以在全天各时段坚持较好的地点分布，是由于在此可以安定的吸收到北斗GEO卫星和IGSO卫星信号，MEO卫星只占少数，而非像GPS全由MEO构成，随着时间厘革会不休地改换到场定位的卫星，而北斗则少了在改换定位卫星的历程中带来的盘算后果跳变和低仰角时多量偏差的引入，卫星仰角越低时信号穿过的大气越多，所引入的偏差也就越多，同时信号衰落也越多，受多径等要素的影响也越大。

在这里北斗的GEO卫星全天可视，IGSO卫星半程以上可视，而MEO卫星不在一个场合呆着，就是绕着地球转它们本人的圈圈，因此它们会不休地、一颗颗地反复从低仰角进入视野范围，升到一定高度，再低落仰角分开视野范围的循环历程。

综合这些要素后从定位精度上去看，北斗一定是不比GPS差的。以是作为身在北边的工程师我要吐槽一下：现阶段搞北斗的在广东测试和在黑龙江测试完善是两个看法好嘛，相反的东西去海南测任意都能过，去哈尔滨就很费力了……等三代组网完了我们就不必再吃这个亏了。

因此总体来看，在现在北斗二代办事地区内，北斗的全天可视星数凌驾GPS，在星座分布上大局部地区也优于GPS，但思索到原子钟精度差别和中高纬度星座分布等成绩，说北斗与GPS不相上下照旧靠谱的，也是切合实践丈量后果的。但是如今三代组网建立正在举行中，北斗卫星数正安定增长，并且最紧张的原子钟成绩在三代上也处理了，到当时分咱就不必谦善了！

谁说北斗不克不及独立定位？

但是又有人怼我了：“GPS才是定位的主力，你家北斗只是用来给GPS充数的，本人没有独立定位的才能，没了GPS你家北斗啥也不是。”等等你这说的是QZSS吧，不克不及独立使用国度费钱搞这个干嘛？

真理很显然，但是证实起来并不简便，为啥？关于手机来说卫星吸收通道硬件是客观存在的，除非对外开放了芯片的底层控制指令，所谓“关GPS”并不是真正的关闭吸收通道，只是不采信GPS定位后果，不克不及完全的确保要求验证的“北斗可否独立定位”，毕竟芯片的底层算法不成控啊，万一计划导航芯片的人非要偷摸的用GPS引导怎样办？

证实办法就是借助一种特种微波暗室——GNSS测试暗室！

GNSS测试暗室的原理与平凡的微波暗室相似，都是屏蔽外边的电磁波信号，暗室里发射的信号照到墙上不会有反射，只是重点防护的频段不同。比拟于测试雷达大概大型阵列天线的微波暗室，GNSS测试暗室净区不必太大，由于GNSS吸收机尺寸都不大，最紧张的区别就是，GNSS导航信号模仿器，及成套测试评价体系，有了这套东西可以模仿地球上随意一点天空的GNSS卫星情况，想发什么信号就发什么信号，想发哪个地点就发哪的，想动就动，想停就停，并且可以对被测装备的定位后果举行评价，给出威望的精度测试后果。

在暗室里可以确保只能收到北斗卫星信号，功率也是标校到与露天相一律的，可以扫除一切不成控要素，假如在这种情况下还能定位，那就可以证实该手机确有“北斗独立定位”之才能。后果怎样呢：

固然是没什么挂念的啦：

收到十颗卫星满是北斗，9颗到场定位，没有GPS，没有可以帮助的，北斗卫星真的“独立定位”了。北斗志在举世， 2020年北斗三代组网完成后，在这个星球上随意一个点，我们都可以依托北斗独立完成定位。

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