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在信息化的社會(huì)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(wú)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(lái)，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(shì)成為了導(dǎo)航技術(shù)的“代表”。它的出現(xiàn)極大推動(dòng)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(shuō)從智能手機(jī)的地圖導(dǎo)航到物流運(yùn)輸?shù)木珳?zhǔn)追蹤，GPS無(wú)處不在！

而北斗作為中國(guó)航天科技的重要成果，它在發(fā)展中逐漸形成了自己的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。北斗不僅提供了與GPS相媲美的全球定位服務(wù)，更在短報(bào)文通信、星基增強(qiáng)等特色功能上獨(dú)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(diǎn)又是什么呢？如果之前“北斗”對(duì)你來(lái)說(shuō)還只是一個(gè)名詞，那么看完今天的文章，你就不再是一個(gè)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(gè)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(jiǎn)稱GNSS）。它是一種通過(guò)衛(wèi)星提供定位、導(dǎo)航和授時(shí)（PNT）服務(wù)的系統(tǒng)。系統(tǒng)可以通過(guò)利用在軌衛(wèi)星的電波信號(hào)，實(shí)現(xiàn)測(cè)距、三維定位和測(cè)速等功能，能在地球表面或近地空間的任何地點(diǎn)為用戶提供全天候的三維坐標(biāo)、速度和時(shí)間信息。

根據(jù)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)國(guó)際委員會(huì)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(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）、美國(guó)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(guó)國(guó)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(wèn)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(jìn)了千家萬(wàn)戶，并逐漸具備了全球性、全天候、高精度、快速實(shí)時(shí)的三維導(dǎo)航、定位、測(cè)速和授時(shí)功能。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS,BeiDou Navigation Satellite System）由中國(guó)自主建設(shè)、獨(dú)立運(yùn)行，是一種著眼于國(guó)家安全和經(jīng)濟(jì)社會(huì)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(shí)、高精度的定位、導(dǎo)航和授時(shí)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(gè)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(yùn)行周期精準(zhǔn)控制在11小時(shí)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(guò)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(shuō)，GPS系統(tǒng)能夠測(cè)量出用戶位置的誤差在0.1米以內(nèi)（根據(jù)美國(guó)國(guó)家空間政策委員會(huì)（NSpC）的報(bào)告）。

根據(jù)中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室（CSNO）的報(bào)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(cè)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(guó)在衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域的技術(shù)成就。 同時(shí)，結(jié)合地基增強(qiáng)技術(shù)，北斗可以提供厘米級(jí)甚至毫米級(jí)的定位服務(wù)。這主要依賴于地面上的高精度增強(qiáng)網(wǎng)，該網(wǎng)絡(luò)通過(guò)實(shí)時(shí)處理和事后處理，能夠顯著提高定位精度。

作為全球第一個(gè)采用三頻信號(hào)定位的衛(wèi)星系統(tǒng)，北斗系統(tǒng)隨著技術(shù)的不斷進(jìn)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(shí)間和位置信息的無(wú)線電信號(hào)，用戶設(shè)備接收這些信號(hào)，并通過(guò)測(cè)量信號(hào)從衛(wèi)星傳輸?shù)浇邮斩说臅r(shí)間差來(lái)計(jì)算距離，進(jìn)而利用三角定位原理確定自身的三維位置。在這個(gè)過(guò)程中，用戶設(shè)備需獨(dú)立解算定位數(shù)據(jù)，因此GPS定位的實(shí)時(shí)性較好。

而北斗導(dǎo)航系統(tǒng)則可以提供無(wú)源和有源兩種定位體制。無(wú)源定位即目前GPS系統(tǒng)的定位體制，其運(yùn)行方式為衛(wèi)星廣播定位信號(hào)，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(qǐng)求，衛(wèi)星收到信號(hào)后反饋定位信息，也就是與衛(wèi)星進(jìn)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(dòng)式雙向測(cè)距。終端不僅要接收來(lái)自衛(wèi)星的信號(hào)，還要向衛(wèi)星發(fā)射應(yīng)答信號(hào)，通過(guò)終端發(fā)送定位請(qǐng)求到地面的服務(wù)基站，再由基站溝通衛(wèi)星，計(jì)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(gè)過(guò)程中地面基站會(huì)保存每個(gè)終端的位置，因此北斗系統(tǒng)對(duì)用戶設(shè)備的容量有一定的限制。

04 功能特點(diǎn)

在功能方面，GPS和北斗系統(tǒng)都提供了定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)。而北斗系統(tǒng)還具備獨(dú)特的雙向報(bào)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(gè)漢字的短報(bào)文信息，這在某些特定場(chǎng)景下非常實(shí)用，比如應(yīng)急通信或偏遠(yuǎn)地區(qū)的通信。如果是在中國(guó)及周邊地區(qū)，一次可以發(fā) 1000 個(gè)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(hào)就能隨時(shí)隨地進(jìn)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(chǎng)，默默守護(hù)著象群。

三、你的手機(jī)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(guó)率先開發(fā)了定位系統(tǒng)并使用了這個(gè)名字，讓它與美國(guó)全球定位系統(tǒng)緊密相連。但實(shí)際上，現(xiàn)在的手機(jī)芯片大多非常智能，它們能夠兼容并處理來(lái)自多個(gè)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的信號(hào)，比如中國(guó)的北斗、歐洲的伽利略等。

當(dāng)你使用手機(jī)進(jìn)行導(dǎo)航時(shí)，它其實(shí)是在綜合多個(gè)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(jī)是否在使用北斗，關(guān)鍵不在于你聽(tīng)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(hào)，那么你的手機(jī)就是在用北斗來(lái)為你指引方向。

值得一提的是，現(xiàn)在中國(guó)市場(chǎng)上的智能手機(jī)對(duì)北斗的支持度非常高。2023年國(guó)內(nèi)智能手機(jī)出貨量為2.76億部，其中 2.69億部智能手機(jī)支持北斗定位功能，占比約98%；支持北斗三號(hào)短報(bào)文功能的國(guó)產(chǎn)智能手機(jī)，年銷量已經(jīng)達(dá)到數(shù)百萬(wàn)部。部分國(guó)產(chǎn)新能源汽車也具備北斗定位或短報(bào)文通信功能，基于北斗高精度的車道級(jí)導(dǎo)航，已覆蓋全國(guó)超過(guò)100座城市的普通道路。

從某種程度上來(lái)說(shuō)，北斗替代GPS將指日可待。國(guó)內(nèi)大部分智能手機(jī)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(jī)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(jī)裝個(gè)測(cè)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(duì)GPS的應(yīng)用更為熟知，但可以預(yù)見(jiàn)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(chǎng)版圖勢(shì)必持續(xù)擴(kuò)張。同時(shí)，依托于其不斷強(qiáng)化的創(chuàng)新能力與發(fā)展?jié)摿?，北斗系統(tǒng)將有力推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益的顯著提升，在GPS長(zhǎng)期主導(dǎo)的市場(chǎng)中穩(wěn)步“開疆拓土”，為全球用戶帶來(lái)更加精準(zhǔn)、高效、多元的定位導(dǎo)航服務(wù)新體驗(yàn)。

參考資料：

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

2. 《中國(guó)北斗與美國(guó)GPS差距有多大？核心數(shù)據(jù)曝光，日媒驚嘆》，來(lái)源：每日經(jīng)濟(jì)新聞；

3. 《42頁(yè)P(yáng)PT，徹底看懂北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)！》，來(lái)源：鮮棗課堂；

4. 《GPS工作原理》，來(lái)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(jìn)入大眾手機(jī)，精度可達(dá)2到3米》，來(lái)源：北京日?qǐng)?bào)；

6. 《[科普中國(guó)]-北斗導(dǎo)航定位衛(wèi)星系統(tǒng)》，來(lái)源：科普中國(guó)，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?guó)北斗已和美國(guó)GPS并駕齊驅(qū)》，來(lái)源：科普中國(guó)。