水利现代化9章

1、1 1武汉大学水利水电学院9.1.1 GPS功能2 2武汉大学水利水电学院图1-1 GPS定位系统功能图武汉大学水利水电学院3 3武汉大学水利水电学院5 5武汉大学水利水电学院6 6三、三、GPSGPS系统组成系统组成 1.GPS定位系统包括三大部分：地面控制部分；空间部分；用户部分7 7武汉大学水利水电学院图图1-3 GPS1-3 GPS系统组成系统组成(1)(1)空间卫星部分空间卫星部分 卫星分布组成：最早由卫星分布组成：最早由2121颗工作卫星和颗工作卫星和3 3颗在轨备颗在轨备用卫星组成用卫星组成GPSGPS卫星星座。卫星星座。8 8武汉大学水利水电学院图图1-4 GPS1-4 GPS

2、卫星分布卫星分布武汉大学水利水电学院9 9 卫星分布情况卫星分布情况 2424颗卫星均匀分布在颗卫星均匀分布在6 6个轨道平面内，轨道倾角为个轨道平面内，轨道倾角为5555度，各个轨道平面之间夹角为度，各个轨道平面之间夹角为6060度，即轨道的升交点赤度，即轨道的升交点赤经各相差经各相差6060度。每个轨道平面内各颗卫星之间的升交角度。每个轨道平面内各颗卫星之间的升交角相差相差9090度。每颗卫星的正常运行周期为度。每颗卫星的正常运行周期为11h58min11h58min，若考，若考虑地球自转等因素，将提前虑地球自转等因素，将提前4min4min进入下一周期。进入下一周期。 GPSGPS卫星信

3、号卫星信号 载波：载波：L L波段双频波段双频L1 1575.42MHzL1 1575.42MHz，L2 1227.60MHzL2 1227.60MHz 卫星识别：码分多址（卫星识别：码分多址（CDMACDMA） 测距码：测距码：C/AC/A码（民用），码（民用），P P码（美国军方及特殊授户）码（美国军方及特殊授户） 导航数据：卫星轨道坐标、卫星钟差方程式参数、电导航数据：卫星轨道坐标、卫星钟差方程式参数、电离层延迟修正。离层延迟修正。1010武汉大学水利水电学院（2 2）地面控制部分）地面控制部分：地面控制部分：主控站、监控站和注入站1111武汉大学水利水电学院图图1-5 GPS1-5 G

4、PS地面控制部分地面控制部分 主控站主控站：位于美国科罗拉多（位于美国科罗拉多（ Colorado Colorado ）的法尔孔）的法尔孔（ Falcon Falcon ）空军基地。）空军基地。根据各监控站对根据各监控站对 GPS GPS 的观测数据，计算出卫星的星历和的观测数据，计算出卫星的星历和卫星时钟的改正参数等，并将这些数据通过注入站注入到卫卫星时钟的改正参数等，并将这些数据通过注入站注入到卫星中去；星中去；对卫星进行控制，向卫星发布指令；当工作卫星出现故障对卫星进行控制，向卫星发布指令；当工作卫星出现故障时，调度备用卫星，替代失效的工作卫星工作；时，调度备用卫星，替代失效的工作卫星工

5、作；主控站还具有监控站的功能。主控站还具有监控站的功能。 监控站：监控站：主控站、夏威夷（主控站、夏威夷（ Hawaii Hawaii ）、阿松森群岛）、阿松森群岛 （ Ascencion Ascencion ）、迭哥伽西亚（）、迭哥伽西亚（ Diego Garcia Diego Garcia ）、和卡瓦）、和卡瓦加兰加兰 （ Kwajalein Kwajalein ）。接收卫星信号，监测卫星的工作状）。接收卫星信号，监测卫星的工作状态。态。 注入站：注入站：阿松森群岛（阿松森群岛（ Ascencion Ascencion ）、迭哥伽西亚）、迭哥伽西亚（ Diego Garcia Diego

6、Garcia ）、和卡瓦加兰（）、和卡瓦加兰（ Kwajalein Kwajalein ）。其作用）。其作用和功能是：和功能是：注入站的作用注入站的作用是将主控站计算的卫星星历和卫星时钟的改是将主控站计算的卫星星历和卫星时钟的改正参数等注入到卫星中去。正参数等注入到卫星中去。1212武汉大学水利水电学院（3 3）用户部分）用户部分 组成：组成：GPSGPS接收机、气象仪器、计算机、钢尺接收机、气象仪器、计算机、钢尺等仪器等仪器设成。设成。 GPSGPS接收机：接收机：天线单元，信号处理部分，记录装置和天线单元，信号处理部分，记录装置和源。源。天线单元：由天线和前置放大器组成，灵敏度高，抗天线单

7、元：由天线和前置放大器组成，灵敏度高，抗干扰性强。干扰性强。GPSGPS天线分为单极天线、微带天线、锥型天线分为单极天线、微带天线、锥型天线等。天线等。信号处理部分：是信号处理部分：是GPSGPS接收机的核心部分，进行滤波接收机的核心部分，进行滤波和信号处理，由跟踪环路重建载波，解码得到导航电和信号处理，由跟踪环路重建载波，解码得到导航电文，获得伪距定位结果。文，获得伪距定位结果。记录装置记录装置 : : 主要有接收机的内存硬盘或记录卡（主要有接收机的内存硬盘或记录卡（CFCF卡）。卡）。电源电源: : 分为外接和内接电池（分为外接和内接电池（12V12V），机内还有一锂），机内还有一锂电池。

8、电池。1313武汉大学水利水电学院PTK系统系统导航型接收机导航型接收机大地型接收机大地型接收机 GPS GPS接收机的基本类型：大地型、导航型和授时型三种。接收机的基本类型：大地型、导航型和授时型三种。大地型接收机按接收载波信号的差异分为单频（大地型接收机按接收载波信号的差异分为单频（L1L1）型和双）型和双频（频（L1L1，L2L2）型。）型。1414武汉大学水利水电学院图图1-6 GPS1-6 GPS接收机类型接收机类型2. GPS2. GPS应用于授时校频应用于授时校频GPSGPS时间系统时间系统 GPSGPS全部卫星与地面测控站构成一个闭环的自动修正系统。全部卫星与地面测控站构成一个

9、闭环的自动修正系统。采用协调世界时采用协调世界时UTCUTC（USNO/MCUSNO/MC）为参考基准。）为参考基准。图1-7 GPS时间系统建立的示意图1515武汉大学水利水电学院9.1.2 GPS9.1.2 GPS系统的特点系统的特点定位精度高定位精度高 GPSGPS相对定位精度在相对定位精度在50km50km以内可达以内可达1010-6-6 ，100-500km100-500km可达可达1010-7-7 ，1000km1000km可达可达1010-9-9 。在。在300-1500m300-1500m工程精密定位中，工程精密定位中，1 1小时以上观测的解小时以上观测的解其平面其平面位置误差

10、小于其平面其平面位置误差小于1mm1mm。观测时间短观测时间短 20KM20KM以内快速静态相对定位，仅需以内快速静态相对定位，仅需15-2015-20分钟；分钟；RTKRTK测量时，当每个流测量时，当每个流动站与参考站相距在动站与参考站相距在15KM15KM以内时，流动站观测时间只需以内时，流动站观测时间只需1-21-2分钟。分钟。测站间无须通视测站间无须通视可节省大量的造标费用。由于无需点间通视，点位位置可根据需要，可节省大量的造标费用。由于无需点间通视，点位位置可根据需要，可稀可密，使选点工作甚为灵活，也可省去经典大地网中的传算点、可稀可密，使选点工作甚为灵活，也可省去经典大地网中的传算

11、点、过渡点的测量工作。过渡点的测量工作。1616武汉大学水利水电学院可提供三维坐标可提供三维坐标 GPSGPS可同时精确测定测站点的三维坐标可同时精确测定测站点的三维坐标( (平面平面+ +大地大地高高) )。通过局部大地水准面精化，。通过局部大地水准面精化，GPSGPS水准可满足四等水准可满足四等水准测量的精度。水准测量的精度。操作简便操作简便 全天候作业全天候作业 GPSGPS观测可在一天观测可在一天2424小时内的任何时间进行。小时内的任何时间进行。 功能多、应用广功能多、应用广 可用于测量、导航，精密工程的变形监测，还可用可用于测量、导航，精密工程的变形监测，还可用于测速、测时。于测速

12、、测时。1717武汉大学水利水电学院武汉大学水利水电学院18189.1.3 9.1.3 工作原理工作原理 GPS系统由三大部分：地面控制部分；空间部分；用户部分共同组成：18武汉大学水利水电学院武汉大学水利水电学院图图1-8 GPS1-8 GPS工作原理图工作原理图1919武汉大学水利水电学院GPSGPS基本定位原理：基本定位原理：采用有源无线电采用有源无线电定位技术：定位技术：利用距离交会的利用距离交会的原理确定接收机原理确定接收机的三维位置及钟的三维位置及钟差差图图1-9 1-9 距离交会原理图距离交会原理图武汉大学水利水电学院2121武汉大学水利水电学院2222图图1-10 GPS31-

13、10 GPS3颗卫星空颗卫星空间距离交会原理图间距离交会原理图2323武汉大学水利水电学院http:/ GPS 41-11 GPS 4颗卫星空间距颗卫星空间距离交会原理图离交会原理图武汉大学水利水电学院26269.1.4 GPS时间系统一、恒星时武汉大学水利水电学院2929武汉大学水利水电学院3030武汉大学水利水电学院31319.1.5 GPS坐标系统武汉大学水利水电学院33339.1.6 GPS 重大发展历程武汉大学水利水电学院3535武汉大学水利水电学院3636武汉大学水利水电学院3737武汉大学水利水电学院38389.1.7 其他定位系统武汉大学水利水电学院4040武汉大学水利水电学院

14、4141武汉大学水利水电学院4242武汉大学水利水电学院4343武汉大学水利水电学院4444武汉大学水利水电学院4545武汉大学水利水电学院4646http:/ 系统介绍 中国北斗卫星导航（COMPASS，中文音译名称BeiDou，北斗政府网站：北斗政府网站：），作为中国独立发展、自主运行的全球卫星导航系统，是国家正在建设的重要空间信息基础设施，可广泛用于经济社会的各个领域。 北斗卫星导航系统能够提供高精度、高可靠的定位、导航和授时服务，具有导航和通信相结合的服务特色。通过年的发展，这一系统在测绘、渔业、交通运输、电信、水利、森林防火、减灾救灾和国家安全等诸多领域得到应用，产生了显著的经济效益

15、和社会效益，特别是在四川汶川、青海玉树抗震救灾中发挥了非常重要的作用。武汉大学水利水电学院4949武汉大学水利水电学院5050武汉大学水利水电学院5151武汉大学水利水电学院5252图图2-1 2-1 北斗卫星空间结构北斗卫星空间结构武汉大学水利水电学院5353图2-2 2007年4月14日4时11分，我国在西昌卫星发射中心用“长征三号甲”运载火箭，成功将一颗北斗导航卫星送入太空。新华社记者李刚摄武汉大学水利水电学院5454图图2-3 第第16颗北斗导航卫星颗北斗导航卫星发射（发射（2012.10.25）武汉大学水利水电学院55559.2.2 系统的建立系统的建立中国北斗卫星导航系统中国北斗卫

16、星导航系统是继美国、俄罗斯格洛纳斯、欧洲伽利略之后，全球第四大卫星导航系统。北斗卫星导航系统年覆盖亚太区域，年将形成由多颗卫星组网具有覆盖全球的能力。高精度的北斗卫星导航系统实现自主创新，既具备和伽利略系统的功能，又具备短报文通信功能。 北斗卫星导航系统的建设目标是：建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠的覆盖全球的北斗卫星导航系统，促进卫星导航产业链形成，形成完善的国家卫星导航应用产业支撑、推广和保障体系，推动卫星导航在国民经济社会各行业的广泛应用。北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，空间段包括5颗静止轨道卫星和颗非静止轨道卫星，地面段包括主控站、注入站和监测站等若干个地

17、面站，用户段包括北斗用户终端以及与其他卫星导航系统兼容的终端。 武汉大学水利水电学院5656“三步走三步走”计划计划第一步即区域性导航系统，已由北斗一号卫星定位系统完成，这是中国自主研发，利用地球同步卫星为用户提供全天候、覆盖中国和周边地区的卫星定位系统。中国先后在年月日、年月日和年月日发射了颗“北斗”静止轨道试验导航卫星，组成了“北斗”区域卫星导航系统。北斗一号卫星在汶川地震发生后发挥了重要作用。第二步，即在“十二五”前期完成发射颗到颗卫星任务，组成区域性、可以自主导航的定位系统；第三步，即在年前，有多颗卫星覆盖全球。北斗二号将为中国及周边地区的军民用户提供陆、海、空导航定位服务，促进卫星定

18、位、导航、授时服务功能的应用，为航天用户提供定位和轨道测定手段，满足导航定位信息交换的需要等。 北斗闪耀星空照亮国人之路访中国航天科技集团公司总经理马兴瑞武汉大学水利水电学院5757 年月日，我国在西昌成功发射一颗北斗导航试验卫星，卫星准确入轨。 年月日时分，我国在西昌卫星发射中心用“长征三号甲”运载火箭，成功将一颗北斗导航卫星送入太空。发射的北斗导航卫星（COMPASSM1），是中国北斗导航系统（COMPASS）建设计划的一颗卫星，飞行在高度为千米的中圆轨道。这颗卫星的发射成功，标志着我国自行研制的北斗卫星导航系统进入新的发展建设阶段。这次发射的卫星和用于发射的“长征三号甲”运载火箭分别由中

19、国航天科技集团公司所属中国空间技术研究院和中国运载火箭技术研究院研制。这是长征系列运载火箭的第次飞行。武汉大学水利水电学院5858 年月日日零时分，我国在西昌卫星发射中心用“长征三号丙”运载火箭，成功将第二颗北斗导航卫星送入预定轨道。这次发射的北斗导航卫星（COMPASSG2），是中国北斗卫星导航系统（COMPASS，中文音译名称BeiDou）建设计划中的第二颗组网卫星，是地球同步静止轨道卫星。这颗卫星的成功发射，对于北斗卫星导航系统建设具有十分重要的意义。这次发射的卫星和运载火箭分别由中国航天科技集团公司所属中国空间技术研究院和中国运载火箭技术研究院研制。这是长征系列运载火箭的第次飞行。 年

20、月日时分，中国在西昌卫星发射中心用“长征三号丙”运载火箭成功发射第三颗北斗导航卫星。这标志着北斗卫星导航系统工程建设又迈出重要一步，卫星组网正按计划稳步推进。这次发射的卫星和运载火箭分别由中国航天科技集团公司所属中国空间技术研究院和中国运载火箭技术研究院研制。这是长征系列运载火箭的第次飞行。武汉大学水利水电学院5959 年月日时分，我国在西昌卫星发射中心用“长征三号丙”运载火箭，成功将第四颗北斗导航卫星送入太空预定轨道，这标志着北斗卫星导航系统组网建设又迈出重要一步。这次发射的卫星和运载火箭分别由中国航天科技集团公司所属中国空间技术研究院和中国运载火箭技术研究院研制。这是长征系列运载火箭的第次

21、飞行。 年月日时分，中国在西昌卫星发射中心用“长征三号甲”运载火箭，成功发射第五颗北斗导航卫星，并将卫星送入太空预定转移轨道。这是一颗倾斜地球同步轨道卫星，是中国年连续发射的第3颗北斗导航系统组网卫星。此次发射的卫星及其运载火箭分别由中国航天科技集团公司所属中国空间技术研究院和中国运载火箭技术研究院研制。本次卫星发射也是中国“长征”系列运载火箭第次航天飞行。武汉大学水利水电学院6060年月日时分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号丙运载火箭成功将第六颗北斗导航卫星送入太空。这是我国年连续发射的第颗北斗导航系统组网卫星。在这次发射中，中国卫星导航系统管理办公室首次在运载火箭上使用了北斗卫星导航系统

22、标志。这次发射的卫星和运载火箭分别由中国航天科技集团公司所属中国空间技术研究院和中国运载火箭技术研究院研制。这是长征系列运载火箭的第次飞行。年月日时分，我国在西昌卫星发射中心使用长征三号甲运载火箭，成功将第七颗北斗导航卫星送入太空预定转移轨道。至此，年我国共进行了次航天发射，全部获得成功。这次发射的卫星和运载火箭分别由中国航天科技集团公司所属中国空间技术研究院和中国运载火箭技术研究院研制。这是长征系列运载火箭的第次飞行。武汉大学水利水电学院6161年月日时分，我国在西昌卫星发射中心用“长征三号甲”运载火箭，成功将第八颗北斗导航卫星送入太空预定转移轨道。这是一颗倾斜地球同步轨道卫星。这次发射是年

23、北斗导航系统组网卫星的第一次发射，也是我国“十二五”期间的首次航天发射。这次北斗导航卫星的成功发射，标志着北斗区域卫星导航系统的基本系统建设完成，我国自主卫星导航系统建设进入新的发展阶段。这次发射的卫星和火箭分别由中国航天科技集团公司所属中国空间技术研究院和中国运载火箭技术研究院研制。这是长征系列运载火箭的第次飞行。年月日时分，我国在西昌卫星发射中心用“长征三号甲”运载火箭，成功将第九颗北斗导航卫星（图片）送入太空预定转移轨道，这是北斗导航系统组网的第四颗倾斜地球同步轨道卫星。这次北斗导航卫星的成功发射，标志着我国北斗区域卫星导航系统建设又迈出了坚实一步。武汉大学水利水电学院6262年月日时分

24、，我国在西昌卫星发射中心用长征三号甲运载火箭，成功将第十颗北斗导航卫星送入太空预定转移轨道。这是北斗导航系统组网的第五颗倾斜地球同步轨道卫星。这次成功发射，标志着我国北斗区域卫星导航系统建设又迈出了重要一步。这次发射的卫星和火箭分别由中国航天科技集团公司所属中国空间技术研究院和中国运载火箭技术研究院研制。这是长征系列运载火箭的第次飞行。年月日时分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号丙运载火箭，成功将第十一颗北斗导航卫星送入太空预定转移轨道。这是我国年发射的首颗北斗导航系统组网卫星。这次北斗导航卫星的成功发射，标志着我国北斗卫星导航系统建设又迈出了坚实一步。这次发射的卫星和火箭分别由中国航天科技集

25、团公司所属中国空间技术研究院和中国运载火箭技术研究院研制。这是长征系列运载火箭的第次飞行。武汉大学水利水电学院6363年月日时分，我国在西昌卫星发射中心用“长征三号乙”运载火箭，成功发射第十二、第十三颗北斗导航卫星，卫星顺利进入预定转移轨道。这是我国北斗卫星导航系统首次采用“一箭双星”方式发射导航卫星，也是我国首次采用“一箭双星”方式发射两颗地球中高轨道卫星。年月日时分，我国在西昌卫星发射中心用“长征三号乙”运载火箭，采用一箭双星方式，成功将第十四颗和第十五颗北斗导航卫星发射升空并送入预定转移轨道。这是我国第二次采用一箭双星方式发射北斗导航卫星。此次北斗导航卫星的成功发射，标志着我国北斗卫星导

26、航系统快速组网技术日臻成熟。此次发射的北斗导航卫星和“长三乙”运载火箭，分别由中国航天科技集团公司所属中国空间技术研究院和中国运载火箭技术研究院研制。这是长征系列运载火箭的第次发射。武汉大学水利水电学院6464年月日时分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号丙运载火箭，成功将第十六颗北斗导航卫星发射升空发射升空并送入预定转移轨道并送入预定转移轨道(图图)。这是一颗地球静止轨道卫星，将与先期发射的颗北斗导航卫星组网运行，形成区域服务能力。根据计划，北斗卫星导航系统将于年初向亚太大部分地区提供正式服务这次发射的北斗导航卫星和长征三号丙运载火箭，分别由中国航天科技集团公司所属中国空间技术研究院和中国运载

27、火箭技术研究院研制。这是长征系列运载火箭的第次发射。武汉大学水利水电学院6565武汉大学水利水电学院6666武汉大学水利水电学院67679.2.3 我国建设北斗导航检测认证体系建设我国建设北斗导航检测认证体系建设 新华网北京月日电（2012年08月03日 20:26:59,记者 朱立毅）国家认监委与总参谋部测绘导航局日签署协议，共同开展北斗导航检测认证体系建设，以推动北斗导航的应用与国际接轨。 北斗卫星导航系统是我国自行研制的全球卫星定位与通信系统，随着北斗导航系统建设的加快推进，为了促进北斗导航产品质量整体水平提升，确保北斗导航系统的运行安全，国家认监委和总参谋部测绘导航局决定共同推动北斗导

28、航检测认证体系建设。 根据协议安排，双方将制定相关规章制度，支持技术标准制订，探索建立授权监测制度，规划相关产品的国家质检中心，推动重点领域、重点行业、重要平台的北斗导航产品检测认证建设和检测认证结果的采信。 国家认监委相关负责人表示，北斗导航检测认证体系的建设，将有利于北斗导航应用普及，有利于提升北斗导航产品质量，推动北斗导航的应用与国际接轨。9.2.4 北斗卫星导航系统介绍一、整机组成 1. 结构手持机外观结构： 整机外观由军绿色和暗灰色组成； 整机具备一定的防雨水、 积雪、高低温和防腐蚀能力； 具有触摸屏和键盘两种操作模式； 外形尺寸225 81655850mm3，重量：720g；手持机

29、内部结构： 手持机内部包括天线、射频模块、主板、电池等；主板上设 有电源开关和显示终端工作状态的指示灯，即：电源和发射状态指示灯、锁定卫星信 号指示灯（2个）； RS232接口（1个），接口数据线2米；机内配置的电池能够保证 终端持续工作88小时以上（发射频度不超过1次/分钟）； 二、基本功能 1、定位功能 设备应能够通过北斗定位申请指令实时提供其所在位置的经度、纬度与高程，定 位精度小于20米，并以标准形式显示（经度，度分秒）、（纬度，度分秒）、（高程 ，米）、（时间，年月日时分秒）。采用BJ54坐标系。 设备收到北斗定位信息时，根据设定给出声、光或符号提示，并可方便转化到其 它界面。 设备

30、可以设定北斗自动定位频度，定位频度受终端的用户等级限制，设备在自动 定位时仍可以正常进行通信。 终端接到授权用户（指挥机）发出的北斗激发定位指令后，自动发出定位请求。 2、通信功能 用户每次最多可以传送120个汉字的信息，特快通信一次最多只能发送13个汉字 。 终端设备本身具有电文键入、编辑、发送、接收和显示功能。 信息发射后具有要求系统回执功能，该功能可人工设置。 接收到通信信息时，根据设定给出声、光或符号提示，实时显示通信时间、发信 地址和通信电文。 通信电文中的数字、字符采用ASCII码编码，汉字采用GB 2312编码；对外设传入 的数据不改变编码，透明传输。基本汉字字库要求为国标GB

31、2312-80一级字库。 按先进先出的原则动态存储接收的通信信息，通信信息含通信时间、发信地址和 通信电文，接收的通信信息可人为锁定存储、解锁和删除。存储容量为20包数据，锁 定存储能力为10包数据，每包数据不超过200个字节。 用户终端可向中心控制系统查询其他用户发给本用户的通信电文和通信回执。 3、校时功能 终端设有时钟（年-月-日-时-分-秒），用系统接收信息进行自动校对。 4、集成了气压计、温度计和电子罗盘 5、遥闭功能 终端设备在收到控制中心发出的遥闭指令后，将终端永久关闭。6、数据接口功能 用户终端机应具备通用数据接口（RS232串口），以便于与外部设备进行数据通 信。 7、用户识

32、别功能 终端具有多用户识别功能，采用智能IC卡的方式来实现，智能IC卡的相关规定和 协议参见卫星定位总站的相关技术文档； 三、工作环境： 温度：2055 存储环境：4080；湿度：598 冲击：6g/s 振动：0.1g/(20100)Hz 9.3 北斗卫星导航系统与GPS的比较9.3.1 区别1、覆盖范围：北斗导航系统是覆盖中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颗)。 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，卫星的

33、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。导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

34、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

35、“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。9.3.2 对比虽然GPS已广泛应用，但也绝非完美无缺。 1. 其规

36、模太大、造价太高，其他国家很难效仿，俄罗斯和欧洲的空间局就是典 型的例子。 2. GPS只能用作导航却无法实现通信功能，因而不能满足日益增长的用户需求。 如果仅依赖GPS，则容易受别人的控制。北斗卫星定位系统，这方面的应用业务刚 刚开始，在这之前民用的一些试验试点工作已经开展一年多了。 “北斗一号”和GPS的区别主要在于两个方面，一方面是技术体制的区别，GPS是 一个接收型的定位系统，只转播信号，用户接收就可以做定位了，不受容量的限制。 “北斗一号”是双向的，既有定位又有通信的系统，但是有容量的限制，GPS是美国 军方控制的军民共用的系统，对世界开放。我们中国人所说的使用的GPS是可以免费 接

37、收它的信号，但美国人并不承诺保证你的使用，他目前不收费，但没有承诺永远不 收费。 此外，“北斗一号”卫星导航系统也有一些自身的特点: 1. “北斗”具有定位和通信双重作用,具备的短信通讯功能就是GPS所不具备的 。 2. “北斗”定位精度一点二米。 3. “北斗”终端价格两万元左右 。4.采用接收终端不需铺设地面基站 。5.灾难中心的船只一秒钟就可以发出信息 。美国的GPS在当年刚刚被使用时要比“北斗一号”贵得多，早期在上世纪80年代末90 年代初人们在用GPS系统时最便宜的GPS接收机就要几万美元，贵的要几十万美元，一 套两个。北斗现在的用户终端的价格是比GPS低端的价格要贵，现在GPS价格

38、一般导航 系统在几千元人民币，高精度GPS几万到十几万元人民币不等。北斗的用户终端目前 在两万元左右。 另一个问题就是它的用途和特点是不一样的，GPS解决了一个我在哪里的定位问 题，比如在沙漠里，在海洋上。而北斗不仅仅解决了我在哪里，它还解决你在这里他 在哪里的问题，北斗的用户终端实际是具有收发功能，而GPS只具有接收功能，它通 过接收才知道位置，而北斗是具有收发功能，它的定位需要发射然后再得到位置，同 时它的位置可能传给你也可以传给关心你的人，实际上北斗是具有一个定位和通信双 重功能的设备，在用户群上是不一样的，接收的场合是不一样的。 PS：北斗当年论证的时候，国家地震局地震研究所的一位研究

39、员出了一份论证报 告就是谈这个问题的，北斗系统将成为一个生命线工程，就是和人类生存活动相关的 一些工程，比如说大地震，地震后我们所有的有线系统都可能失去功能，而北斗系统 作为一个卫星监视系统既可以有及时的位置报告，又可以通信，比如说海啸，实际上 是由地震引起的，北斗去做救援是非常有用的，它可以及时地发送位置和与位置有关 的相关信息，我们可以把信息发送给有关部门。价格问题，实际上价格和用户的数量 有关系，一千个用户与一万个、十万个用户来比，用户终端的成本会有很大不同，现 在主要的成本就在用户终端里，北斗用户终端刚才说了是有发有收的，随着用户业务 的开展，成本一定会降下来。 所以说“北斗”是平民化

40、的 。北斗一号”的潜力所在，主要在定位通信综合领域上，对这种综合功能有需求的 领域都会得到充分的应用，现在仅有定位需要的客户，对北斗的需要不迫切。但是对 于既需要位置又需要把位置传递出去的用户，北斗卫星导航定位系统是非常有用的 。北斗定位精度与GPS相当，一般都在1.2米左右。按照规定，目前，北斗导航系统 在国内是开放使用的。 PS：北斗双星定位导航系统的手持机已经配发到边防基层连队，并且得到广泛应 用。 详见 ：http:/ 4 GPS GPS与北斗卫星导航系统应用与北斗卫星导航系统应用9.4.1 GPS9.4.1 GPS应用于导航应用于导航 主要是为船舶、汽车、飞机等运动物体进主要是为船舶

41、、汽车、飞机等运动物体进行定位导航。行定位导航。 船舶远洋导航和进港引水；船舶远洋导航和进港引水； 机航路引导和进场降落；机航路引导和进场降落； 汽车自主导航；汽车自主导航； 地面车辆跟踪和城市智能交通管理；地面车辆跟踪和城市智能交通管理； 紧急救生；个人旅游及野外探险；紧急救生；个人旅游及野外探险； 个人通讯终端（与手机，个人通讯终端（与手机，PDAPDA，电子地图等集，电子地图等集一体）。一体）。8888武汉大学水利水电学院9.4.2 GPS9.4.2 GPS应用于高精度测量应用于高精度测量 各种等级的大地测量，控制测量；各种等级的大地测量，控制测量；道路和各种线路放样；道路和各种线路放样；水下地形测量；水下地形测量；地壳形变测量，大坝和大型建筑物变形监地壳形变测量，大坝和大型建筑物变形监测；测；GISGIS数据动态更新；工程机械（轮胎吊，推数据动态更新；工程机械（轮胎吊，推土机等）控制；精细农业。土机等）控制；精细农业。 8989武汉大学水利水电学院武汉