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GPS VS 北斗 | 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)大PK！

2024-12-10 中國電信博物館

在信息化的社會里，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已然成為人們?nèi)粘Ｉ钪械闹匾瑹o論在導(dǎo)航指引、精準(zhǔn)定位，還是應(yīng)急通信服務(wù)領(lǐng)域，它都扮演著舉足輕重的角色。

自20世紀(jì)末以來，GPS作為全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)領(lǐng)域的先驅(qū)便以其全球覆蓋、高精度定位等優(yōu)勢成為了導(dǎo)航技術(shù)的“代表”。它的出現(xiàn)極大推動了軍事、航空、航海等領(lǐng)域的導(dǎo)航精確度，深刻改變了人們的日常生活，可以說從智能手機的地圖導(dǎo)航到物流運輸?shù)木珳?zhǔn)追蹤，GPS無處不在！

而北斗作為中國航天科技的重要成果，它在發(fā)展中逐漸形成了自己的獨特優(yōu)勢。北斗不僅提供了與GPS相媲美的全球定位服務(wù)，更在短報文通信、星基增強等特色功能上獨樹一幟，其精度與可靠性在亞太區(qū)域內(nèi)得到了廣泛認(rèn)可。

那么，北斗和GPS有什么區(qū)別？它們各自的優(yōu)點又是什么呢？如果之前“北斗”對你來說還只是一個名詞，那么看完今天的文章，你就不再是一個北斗“小白”了！

一、全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是什么？

在深入探討GPS與北斗之前，讓我們首先理解一個基礎(chǔ)而關(guān)鍵的概念——全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（Global Navigation Satellite System, 簡稱GNSS）。它是一種通過衛(wèi)星提供定位、導(dǎo)航和授時（PNT）服務(wù)的系統(tǒng)。系統(tǒng)可以通過利用在軌衛(wèi)星的電波信號，實現(xiàn)測距、三維定位和測速等功能，能在地球表面或近地空間的任何地點為用戶提供全天候的三維坐標(biāo)、速度和時間信息。

根據(jù)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)國際委員會公布，全球共有四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)供應(yīng)商，他們分別是：中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）、美國全球定位系統(tǒng)（GPS)、俄羅斯格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GLONASS）以及歐盟伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GALILEO），它們之間是兼容和互操作的關(guān)系，不是非此即彼。

二、GPS與北斗的核心區(qū)別

全球定位系統(tǒng)GPS（Global Positioning System）由美國國防部于1973年組織研制，歷經(jīng)20年，耗資高達(dá)300億美元。于1994年問世。雖然該系統(tǒng)最初是為軍事導(dǎo)航與定位而生，它卻在發(fā)展中走進了千家萬戶，并逐漸具備了全球性、全天候、高精度、快速實時的三維導(dǎo)航、定位、測速和授時功能。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS,BeiDou Navigation Satellite System）由中國自主建設(shè)、獨立運行，是一種著眼于國家安全和經(jīng)濟社會發(fā)展需要，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)。它旨在為全球用戶提供全天候、全天時、高精度的定位、導(dǎo)航和授時服務(wù)。

01 衛(wèi)星數(shù)量與布局

在衛(wèi)星布局上， GPS目前在軌衛(wèi)星31顆，均勻分布在6個軌道平面內(nèi)，以55°的傾角環(huán)繞地球，平均高度達(dá)20200公里，運行周期精準(zhǔn)控制在11小時58分鐘，確保了全球定位系統(tǒng)的連續(xù)覆蓋和準(zhǔn)確性。

而北斗系統(tǒng)則采用了更為復(fù)雜的衛(wèi)星構(gòu)成。截至目前，北斗系統(tǒng)在軌衛(wèi)星已達(dá)59顆。這些衛(wèi)星分別位于中圓地球軌道、傾斜地球同步軌道和地球靜止軌道，通過精密的布局與協(xié)同工作，確保了北斗系統(tǒng)在全球范圍內(nèi)的穩(wěn)定覆蓋與高效服務(wù)。

02 定位精度

作為目前商業(yè)應(yīng)用最廣的衛(wèi)星導(dǎo)航，GPS系統(tǒng)的衛(wèi)星定位精度在2023年10月份達(dá)到了0.1米的水平，也就是說，GPS系統(tǒng)能夠測量出用戶位置的誤差在0.1米以內(nèi)（根據(jù)美國國家空間政策委員會（NSpC）的報告）。

根據(jù)中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室（CSNO）的報告，北斗系統(tǒng)的衛(wèi)星定位精度在2023年10月份達(dá)到了2.5米的水平，這意味著北斗系統(tǒng)能夠測量出用戶位置的誤差在2.5米以內(nèi)，這是目前世界上第三高的衛(wèi)星定位精度，也是中國在衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域的技術(shù)成就。同時，結(jié)合地基增強技術(shù)，北斗可以提供厘米級甚至毫米級的定位服務(wù)。這主要依賴于地面上的高精度增強網(wǎng)，該網(wǎng)絡(luò)通過實時處理和事后處理，能夠顯著提高定位精度。

作為全球第一個采用三頻信號定位的衛(wèi)星系統(tǒng)，北斗系統(tǒng)隨著技術(shù)的不斷進步和地面基站等輔助設(shè)施的完善，其定位精度也可比肩GPS。

03 定位原理

GPS系統(tǒng)利用多顆衛(wèi)星在空中連續(xù)發(fā)送帶有時間和位置信息的無線電信號，用戶設(shè)備接收這些信號，并通過測量信號從衛(wèi)星傳輸?shù)浇邮斩说臅r間差來計算距離，進而利用三角定位原理確定自身的三維位置。在這個過程中，用戶設(shè)備需獨立解算定位數(shù)據(jù)，因此GPS定位的實時性較好。

而北斗導(dǎo)航系統(tǒng)則可以提供無源和有源兩種定位體制。無源定位即目前GPS系統(tǒng)的定位體制，其運行方式為衛(wèi)星廣播定位信號，用戶端負(fù)責(zé)接收處理；而有源定位是允許用戶端發(fā)送定位請求，衛(wèi)星收到信號后反饋定位信息，也就是與衛(wèi)星進行雙向通信。

北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的定位方式也和GPS不同，其定位原理是基于主動式雙向測距。終端不僅要接收來自衛(wèi)星的信號，還要向衛(wèi)星發(fā)射應(yīng)答信號，通過終端發(fā)送定位請求到地面的服務(wù)基站，再由基站溝通衛(wèi)星，計算終端到地球地心的距離，衛(wèi)星到終端的距離，最后解碼算出坐標(biāo)之后再發(fā)送給終端。由于這個過程中地面基站會保存每個終端的位置，因此北斗系統(tǒng)對用戶設(shè)備的容量有一定的限制。

04 功能特點

在功能方面，GPS和北斗系統(tǒng)都提供了定位、導(dǎo)航和授時服務(wù)。而北斗系統(tǒng)還具備獨特的雙向報文通信功能，這是其他導(dǎo)航系統(tǒng)不具備的。這意味著北斗系統(tǒng)的用戶終端可以發(fā)送包含40—60個漢字的短報文信息，這在某些特定場景下非常實用，比如應(yīng)急通信或偏遠(yuǎn)地區(qū)的通信。如果是在中國及周邊地區(qū)，一次可以發(fā) 1000 個漢字，它可以不受周圍基礎(chǔ)設(shè)施的限制，只要有衛(wèi)星信號就能隨時隨地進行通信。比如，2021年云南“象群迷路”事件中，北斗系統(tǒng)就派上用場，默默守護著象群。

三、你的手機里有北斗嗎？

GPS原本是全球定位系統(tǒng)的通用稱呼，但由于美國率先開發(fā)了定位系統(tǒng)并使用了這個名字，讓它與美國全球定位系統(tǒng)緊密相連。但實際上，現(xiàn)在的手機芯片大多非常智能，它們能夠兼容并處理來自多個全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的信號，比如中國的北斗、歐洲的伽利略等。

當(dāng)你使用手機進行導(dǎo)航時，它其實是在綜合多個衛(wèi)星系統(tǒng)的信息，為你提供最準(zhǔn)確的定位服務(wù)。所以，你的手機是否在使用北斗，關(guān)鍵不在于你聽到了什么名字，而在于它的“心臟”——芯片。只要芯片能夠接收并解析北斗的信號，那么你的手機就是在用北斗來為你指引方向。

值得一提的是，現(xiàn)在中國市場上的智能手機對北斗的支持度非常高。2023年國內(nèi)智能手機出貨量為2.76億部，其中 2.69億部智能手機支持北斗定位功能，占比約98%；支持北斗三號短報文功能的國產(chǎn)智能手機，年銷量已經(jīng)達(dá)到數(shù)百萬部。部分國產(chǎn)新能源汽車也具備北斗定位或短報文通信功能，基于北斗高精度的車道級導(dǎo)航，已覆蓋全國超過100座城市的普通道路。

從某種程度上來說，北斗替代GPS將指日可待。國內(nèi)大部分智能手機廠商都內(nèi)置了北斗導(dǎo)航芯片，完全不需要下載任何軟件。只要手機支持北斗定位，你就可以使用北斗導(dǎo)航。當(dāng)然，你也可以給你的手機裝個測試軟件試試，比如“GPS狀態(tài)”“北斗伴”“AndroiTS GPS Test Pro”等等，就能查看當(dāng)前衛(wèi)星狀態(tài)。

此外，大部分地圖軟件目前都支持北斗定位，例如高德地圖或百度地圖。

雖然人們可能對GPS的應(yīng)用更為熟知，但可以預(yù)見的是，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用前景將愈發(fā)廣闊，其市場版圖勢必持續(xù)擴張。同時，依托于其不斷強化的創(chuàng)新能力與發(fā)展?jié)摿?，北斗系統(tǒng)將有力推動社會經(jīng)濟效益的顯著提升，在GPS長期主導(dǎo)的市場中穩(wěn)步“開疆拓土”，為全球用戶帶來更加精準(zhǔn)、高效、多元的定位導(dǎo)航服務(wù)新體驗。

參考資料：

1. 《調(diào)整北斗定位優(yōu)先級，北斗有望取代GPS?》，來源：物聯(lián)傳媒，作者：朝霞；

2. 《中國北斗與美國GPS差距有多大？核心數(shù)據(jù)曝光，日媒驚嘆》，來源：每日經(jīng)濟新聞；

3. 《42頁PPT，徹底看懂北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)！》，來源：鮮棗課堂；

4. 《GPS工作原理》，來源：北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)網(wǎng)站；

5. 《好消息！北斗高精度定位服務(wù)已進入大眾手機，精度可達(dá)2到3米》，來源：北京日報；

6. 《[科普中國]-北斗導(dǎo)航定位衛(wèi)星系統(tǒng)》，來源：科普中國，內(nèi)容貢獻(xiàn)者：徐恒山 - 講師 - 西北農(nóng)林科技大學(xué)；

7. 《全球?qū)Ш?，中國北斗已和美國GPS并駕齊驅(qū)》，來源：科普中國。

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