GPS与北斗导航系统：定义、原理及主要区别

GPS与北斗导航系统：定义、原理及主要区别

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/ChailangCompany/article/details/144961560

GPS和北斗导航系统是目前全球最为重要的两大卫星导航系统。GPS由美国主导开发，而北斗则是中国自主建设的全球卫星导航系统。两者在卫星组成、轨道设计、定位方式等方面存在差异，各自在不同领域发挥着重要作用。本文将详细介绍这两个系统的定义、原理、应用领域及其主要区别。

一、GPS导航系统

定义与原理

• GPS（Global Positioning System）即全球定位系统，是一种以人造地球卫星为基础的高精度无线电导航的定位系统。它由空间部分、地面控制部分和用户设备部分组成。空间部分是由24颗卫星（21颗工作卫星和3颗备用卫星）组成的星座，这些卫星分布在6个轨道平面上，每个轨道平面有4颗卫星。地面控制部分负责监测和控制卫星的运行，包括监测卫星的轨道、时钟等信息，并将这些数据发送给卫星。用户设备部分主要是GPS接收机，它通过接收卫星发射的信号来确定自身的位置。其基本原理是通过测量卫星信号到达接收机的时间差，利用光速不变的特性，结合卫星的位置信息，通过三边测量法或多边测量法来计算出接收机的三维位置（经度、纬度和高度）。

应用领域

• 交通运输领域：在汽车导航系统中被广泛应用，帮助司机规划最佳路线，提供实时交通信息，引导车辆准确到达目的地。在船舶和航空运输中，GPS也用于船舶和飞机的导航、定位和监控，保障航行安全。
• 测绘领域：是进行大地测量、地形测绘等工作的重要工具。测量人员可以利用GPS接收机快速、准确地获取测量点的三维坐标，绘制高精度的地图。
• 户外运动：如徒步旅行、登山、野外探险等活动中，GPS设备可以帮助爱好者确定自己的位置，防止迷路，并且可以记录行进轨迹。
• 军事领域：是现代军事行动不可或缺的一部分。它用于军事目标的定位、导航和精确打击，例如导弹制导、军事车辆和舰艇的导航等。

发展历程

• GPS系统的建设始于20世纪70年代，美国国防部为了满足军事需求而开发。最初的GPS主要用于军事用途，随着技术的发展和民用需求的增加，从20世纪80年代开始逐步向民用领域开放。其定位精度也在不断提高，从早期的精度较低，到现在民用可以达到米级甚至更高精度（通过一些增强技术）。

二、北斗导航系统

定义与原理

• 北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）是中国自主建设、独立运行的全球卫星导航系统。它也包括空间段、地面段和用户段三部分。空间段由若干地球静止轨道卫星、倾斜地球同步轨道卫星和中圆地球轨道卫星组成。北斗系统采用了多种导航定位技术，如有源定位和无源定位相结合。有源定位是指用户设备需要向卫星发送信号，卫星接收后再将信号转发给地面控制中心，地面控制中心通过计算后将定位信息发送回用户设备；无源定位原理和GPS类似，用户设备只接收卫星信号进行定位计算。

应用领域

• 交通运输：和GPS类似，北斗系统在车辆导航、智能交通管理等方面发挥作用。并且在一些特殊的交通运输场景，如铁路、航海等领域，北斗系统能够提供具有中国自主知识产权的高精度定位服务，保障国家交通基础设施的安全。
  
• 农业：用于精准农业，如农业机械的自动驾驶，通过北斗系统可以精确控制农机的作业路径，提高农业生产效率，还可以用于农田信息的精准采集，如土壤湿度、肥力等信息的定位采集。
• 通信：北斗系统具有短报文通信功能，这是它区别于GPS的一个重要特点。在一些没有地面通信网络覆盖的地区，如海洋、偏远山区等，用户可以通过北斗终端设备发送和接收简短的文字信息，实现应急通信。
• 公共安全：在应急救援、地质灾害监测等方面发挥作用。例如，在地震、山体滑坡等灾害发生后，救援人员可以利用北斗系统快速定位受灾区域和人员位置，开展高效救援行动。

发展历程

• 北斗系统的建设经历了多个阶段。从1994年北斗一号系统建设正式启动，它是一个试验系统，采用有源定位方式，主要为中国及周边地区提供定位、导航和授时以及短报文通信服务。2004年北斗二号系统开始建设，它在兼容北斗一号有源定位服务的基础上，增加了无源定位服务，区域导航定位精度进一步提高，服务范围扩展到亚太地区。2009年北斗三号系统建设启动，目标是建设全球卫星导航系统，其性能在定位精度、卫星数量、服务功能等方面都有了极大的提升，于2020年7月31日正式开通全球服务。

三、主要区别

1. 所属国家和建设主体

• GPS是美国建设的全球定位系统，是由美国国防部主导开发和维护。而北斗是中国自主建设、独立运行的导航系统，由中国卫星导航系统管理办公室组织实施建设。

2. 卫星组成和轨道

• GPS有24颗卫星（21颗工作卫星和3颗备用卫星），分布在6个轨道平面上。北斗三号系统由30颗卫星组成，包括3颗地球静止轨道卫星、3颗倾斜地球同步轨道卫星和24颗中圆地球轨道卫星。这种不同的卫星组成和轨道设计使得北斗在亚太地区等部分区域能够提供更好的覆盖和更高的精度。

3. 定位方式

• GPS主要采用无源定位方式。北斗系统采用有源定位和无源定位相结合的方式，并且有源定位方式使得北斗系统能够在通信方面发挥独特的优势，如短报文通信功能。

4. 应用范围侧重

• GPS在全球范围内应用广泛，在民用和军事领域都有长期的应用基础。北斗系统除了在常规的导航定位领域发挥作用外，由于其短报文通信功能，在通信不便的区域以及一些需要应急通信的场景（如海洋渔业、野外救援等）有更突出的应用价值。