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【北斗,GPS】是根據客戶(hù)需求而寫(xiě)的，非常具有代表性，在客戶(hù)搜索【北斗,GPS】時(shí)，都能通過(guò)我們來(lái)了解相關(guān)資訊，而且【北斗,GPS】在客戶(hù)有需求時(shí)提供參考意見(jiàn)。

解答五

要這個(gè)問(wèn)題首先需要先科普下GNSS定位原理：

簡(jiǎn)單的來(lái)說(shuō)，就是拿電磁波當尺子用，測量到衛星之間的距離，然后以衛星為球心距離為半徑作球，多個(gè)球交匯處即唯一確定一個(gè)點(diǎn)。

由幾何知識我們知道，要唯一確定一個(gè)點(diǎn)的三維坐標需要有三組到已知點(diǎn)的距離。衛星本身可由地面測控站測定軌道，其位置是可以很容易由其廣播的電文推算的，可視為已知點(diǎn)。現在來(lái)看距離，基本公式就是距離=時(shí)間差 * 波速，其中波速在真空中就是光速。但問(wèn)題在于，計算精確的時(shí)間差需要終端和衛星的時(shí)鐘同步，這在只發(fā)不收信號的GPS系統中是很難做到的（參考計算機網(wǎng)絡(luò )對時(shí)原理，需要server回應）。為此，需要再額外引入一組方程，以聯(lián)合解算出時(shí)間差。

至此我們知道無(wú)源系統定點(diǎn)需要同時(shí)接收3+1顆衛星的信號。

由此得到衛星星座設計的基本原則：

在地球上任意位置、任意時(shí)間都要能同時(shí)看見(jiàn)4顆以上衛星。

在地球上任意位置、任意時(shí)間都要能同時(shí)看見(jiàn)4顆以上衛星。

在地球上任意位置、任意時(shí)間都要能同時(shí)看見(jiàn)4顆以上衛星。

軌道高，信號差、飛得慢、誤差大，但是單星覆蓋廣、壽命長(cháng)、所需衛星少。

軌道低，信號好、飛得快、誤差小，但是單星覆蓋小、壽命短、所需衛星多。

就看你在4星可見(jiàn)的設計總原則的基礎上如何去平衡了。最終的目的是要信號好、誤差小、壽命長(cháng)、成本低（感覺(jué)像是悖論是不是？）

32還是24星都是權衡的結果，GNSS是個(gè)集成系統，每個(gè)國家各工業(yè)發(fā)展的不均衡性造成輸入的參數不一樣，星座設計必然就會(huì )不同。

 

解答六

北斗系統和GPS定位方式和原理上一脈相承。GPS由美國設計于70年代而成形于90年代，而北斗系統（正式的北斗系統為北斗二代）啟動(dòng)于2004年，實(shí)際上是對GPS的一個(gè)模仿。

那么可以說(shuō)，北斗和GPS基本相同，功能上都是為用戶(hù)提供位置/時(shí)間信息：用戶(hù)持有一臺導航儀，通過(guò)接收GPS/北斗衛星信號，分析出用戶(hù)的位置。順便說(shuō)下北斗二代是無(wú)源定位，即知識導航儀接收衛星信號而不向衛星發(fā)射信號，所以沒(méi)有短信功能。

在具體實(shí)現這個(gè)功能時(shí)，兩個(gè)系統在很多方面都是不一樣的，比如其他幾位提到的信號頻點(diǎn)，衛星星座，坐標系等等。然而既然這兩個(gè)系統都是以為用戶(hù)提供位置為目的，那么核心的差別應該是兩個(gè)系統在定位精度上的差別。那么其它的不同，有些是基本上無(wú)關(guān)緊要的（比如采用不同的時(shí)間/空間坐標系，本質(zhì)上只是一種約定俗成），還有一些主要反映在對定位精度的影響上。

定位精度當然是需求越高越好。那么新發(fā)展出來(lái)的北斗在與GPS相比時(shí)的區別主要在于 1）GPS里一些由于各種原因我們模仿不了的東西，導致定位精度下降。 2） 北斗設計上的一些創(chuàng )新和改進(jìn)。

要往下說(shuō)道具體的實(shí)質(zhì)內容之前，得首先大概說(shuō)一下定位的原理及定位誤差的來(lái)源。如果你都了解的話(huà)可以跳過(guò)下面這段內容。

定位的基本原理是通過(guò)衛星位置和用戶(hù)到衛星的距離來(lái)推算用戶(hù)的位置。

 

看上面(b)圖。如果已知衛星1的位置和用戶(hù)到衛星1的距離，就可以知道用戶(hù)一定在藍色的球上的某一點(diǎn)。當然由此信息不能確定是在哪一點(diǎn)上，因此還需要知道衛星2的位置和用戶(hù)到衛星2的距離，由此知道用戶(hù)一定同時(shí)也在紫色的球上的某一點(diǎn)，連同衛星1的信息，就知道用戶(hù)在兩個(gè)球相交的圓上面的某一點(diǎn)。然而此時(shí)仍不能確定用戶(hù)具體是在圓上的哪一點(diǎn)，因此需要知道第三課衛星（圖c）的信息。由此，三顆衛星可以確定出用戶(hù)的唯一的位置。 ==衛星位置。衛星位置引入第一個(gè)誤差，即對衛星位置的測量不可能是完全精準的，衛星位置的偏差會(huì )導致最終定位精度的偏差。

==用戶(hù)到衛星的距離。這個(gè)距離當然不能用尺子量，那么給出這個(gè)距離的辦法是從衛星發(fā)射電磁波，以光速傳遞到接收機，然后通過(guò) d = C * (t2 - t1)來(lái)求這個(gè)距離，其中t1是衛星發(fā)射電磁波的時(shí)間，t2是用戶(hù)接收電磁波的時(shí)間。這兩個(gè)時(shí)間要求非常的精確，因為光速C = 3后面八個(gè)零，意味著(zhù)如果時(shí)間t1或t2偏差了0.00000001（8個(gè)零）秒的話(huà)，這個(gè)距離d就會(huì )偏差3米。

- t1是由衛星上的原子鐘來(lái)測量的，因此引入第二個(gè)誤差，即衛星原子鐘精度導致的誤差。

- t2是由用戶(hù)接收機上的鐘來(lái)測量的，這個(gè)鐘的誤差更大（因為原子鐘造價(jià)高，不能放接收機上），因此索性就認為t2是個(gè)未知數，通過(guò)在多引入一個(gè)方程（即引入第四顆衛星）來(lái)解這個(gè)未知數。

第三個(gè)誤差，由衛星的分布造成的誤差。需要一些推導，不詳細說(shuō)了，結論就是：上面講了四顆衛星可以定位，那么定位精度和這四顆星在空中的分布有關(guān)系，如果四顆星相互距離較遠（比如一顆在天頂，另外三顆在地平線(xiàn)，并且分別在12點(diǎn)，4點(diǎn)和8點(diǎn)鐘方向），那么定位精度更高一些，如果四顆星都聚在一起（比如都在天頂附近），定位精度會(huì )降低一些。

下面就上面第一二三個(gè)誤差來(lái)說(shuō)北斗GPS的差別。

- 衛星位置引入的誤差。要用衛星給地面的用戶(hù)測量位置，首先要有地面上的監測站來(lái)測量衛星的位置。檢測站的位置是已知的，那么通過(guò)上面類(lèi)似的原理，可以測量衛星的位置。可以想象，如果北斗的監測站全部都在中國境內，那么當一顆導航衛星運行到南美上空時(shí)，沒(méi)有監測站可以直接觀(guān)測到這顆衛星，因此就不能測量它的精確位置（只能通過(guò)牛頓定律什么的推出一個(gè)粗略的位置），會(huì )導致定位精度下降。GPS系統依托美國遍布全球的海外領(lǐng)土和軍事基地，各種監測站隨便建，不存在這個(gè)問(wèn)題。

- 原子鐘誤差。貌似我們的原子鐘技術(shù)落后一些，導致這個(gè)誤差北斗略大一些。不懂行，不敢亂說(shuō)。

- 衛星的幾何分布。衛星網(wǎng)越密集，用戶(hù)可用的衛星數目就越多，因此能達到更好的衛星幾何分布，從而達到更高的定位精度。這點(diǎn)上北斗在一定程度上是有優(yōu)勢的。

GPS設計有24顆衛星，分布大概如下圖所示，這種星座設計的目標是保證全球任何地點(diǎn)，任意時(shí)刻，有至少四顆可見(jiàn)衛星。當然這四顆衛星的分布不一定很好。

 

北斗的衛星星座構成稍微復雜點(diǎn)。首先有27顆星是類(lèi)似于GPS的24顆星的，軌道稍有差別，目的是提供全球覆蓋；此外還有8顆地球同步衛星，其中5顆同步靜止在赤道上空，3顆斜同步衛星（斜同步即衛星維持在同一經(jīng)度上空但并不一直固定在赤道上空）。它們并不是均勻分布在全球，而是都在中國及附近的區域。 這8顆衛星對于導航定位來(lái)說(shuō)我看來(lái)大概有以下幾個(gè)好處：

1. 增加中國及附近區域的衛星數目，使衛星網(wǎng)密度大。

2. 便于監測，由國境內的監測站即可測量他們的位置，因此衛星位置精度更高。

3. 便于搜索衛星。在導航接收機初始定位的時(shí)候，并不知道天上哪顆衛星是可見(jiàn)的，因此需要漫天搜星，以致延長(cháng)初次定位所需時(shí)間。而北斗由于有同步衛星，則可以先搜索他們，實(shí)現更快的定位。另外，從2012年公布的導航電文來(lái)看，同步衛星播發(fā)的數據碼率更快，因此可以進(jìn)一步減少初次定位時(shí)間。

解答一

GLONASS（俄羅斯的全球定位系統）、GPS（美國）、 COMPASS（即北斗，中國）的一部分和Galileo（歐洲）的衛星都運行在地球中軌道(MEO)，高度分別為19,100km、20,200km、21,500km

、23222km。別家需要全球覆蓋的的衛星數目分別為24、24和27。先簡(jiǎn)單講講GPS。GPS需要24顆衛星只是最基本的數目。這個(gè)數目可以保證全球每個(gè)地方任何時(shí)刻至少能看見(jiàn)4顆衛星，通過(guò)4個(gè)方程可以解出空間三維坐標和時(shí)間四個(gè)變量。這24顆衛星分布在6個(gè)軌道面，每個(gè)軌道面有4顆衛星。 GPS系統的接收機都是采用無(wú)源定位方式（就是接收機不需要發(fā)送信號）。

 

好，下面開(kāi)始講為什么北斗要35顆：北斗的工作原理和和GPS一樣，而軌道高度比GPS略高比Galileo略低，理論上24顆也能提供GPS一樣的無(wú)源定位服務(wù)了——實(shí)際上北斗和伽利略一樣用了27顆地球中軌道衛星，一個(gè)原因是因為他們的軌道高一些，需要略多數目保證衛星離接收機不太遠，另一個(gè)主要原因是這些衛星的軌道同GPS不同，只有3個(gè)軌道面，每個(gè)軌道面9顆，軌道面之間為相隔120°均勻分布。這種分布方式是北斗需要比GPS多3個(gè)衛星的原因。慢著(zhù)——沒(méi)完呢，北斗不是35顆嗎，還有8顆哪里去了？

 

這要涉及到衛星系統這樣的龐大系統工程的周期問(wèn)題，上述27顆衛星的發(fā)射是漫長(cháng)的過(guò)程，即使是初步覆蓋中國全境也需要20顆左右才能做到，從發(fā)射第一顆到最后一顆中間有可能會(huì )有10——20年的時(shí)間，而且先發(fā)射的使用壽命只有8年——27顆沒(méi)有準備齊呢，老的衛星開(kāi)始往下掉了，顯然這種做法浪費太大了，在前十幾年系統根本不能正常使用！如何讓系統盡快工作呢？于是北斗發(fā)明了一個(gè)巧妙的想法——首先發(fā)射3顆傾斜同步軌道衛星，這些傾斜同步軌道衛星高度和地球同步衛星類(lèi)似，繞地球一周也是24小時(shí)，但是軌道并不正好在赤道上，而是和地球赤道面有個(gè)夾角。這種衛星在地球固定一個(gè)位置看到的軌跡是這樣的類(lèi)似于日行線(xiàn)的形狀，同經(jīng)線(xiàn)平行的一個(gè)8字形（需要一點(diǎn)兒想象力才能理解）。這3顆衛星雖然不是完全同地面靜止，但是大部分時(shí)候中國境內仍然能看到，所以對系統立即可用幫助很大——可是還差5顆呢？

 

這就要回到北斗系統本身來(lái)講，北斗除了像GPS一樣用無(wú)源接收機工作之外，還有兩個(gè)獨到的功能，就是用有源接收機（接收機主動(dòng)發(fā)信號給衛星）和收發(fā)短報文（衛星短信）功能。最后還有5顆地球同步軌道衛星就是主要針對這兩個(gè)功能都要求發(fā)上去的。當然，這5顆星也支持無(wú)源定位方式。下圖就是地球同步軌道衛星的照片，可以看到衛星真的不動(dòng)，周?chē)�的星星�?huì )在天空劃出軌跡。

 

下圖就是北斗目前的狀態(tài)，以及未來(lái)最終的樣子。再強調一遍：為了能盡早發(fā)揮作用，北斗系統實(shí)際上是（不太嚴格地）按照上述3（地球同步軌道）、2（地球傾斜軌道）、1（中軌道）的順序發(fā)射部署的，甚至傾斜同步軌道衛星發(fā)了4顆。未來(lái)理論上來(lái)講，只要27顆中地球軌道衛星就能完成全球定位功能的覆蓋了，但是3和2兩部分衛星主要覆蓋中國及周邊國家，對于提高國內的定位精度和提供特殊服務(wù)（比如衛星短信）有重要作用。

 

補充：事實(shí)上目前GPS正在運行的也不是24顆，而是有32顆衛星；而GLONASS實(shí)際上有29顆。多出來(lái)的星除了做備份，還可以增加系統精度，比如GPS可以保證絕大部分地方通常能看到至少9顆衛星，能明顯提高定位精度。Galileo目前因為歐洲各國扯皮，進(jìn)展緩慢，只放上去4顆（功能不全）的衛星，未來(lái)什么時(shí)候發(fā)揮作用還是猴年馬月的事情。相比之下中國放上去四五顆衛星立即就能提供定位服務(wù)和特殊服務(wù)，加速技術(shù)向市場(chǎng)轉化速度，這個(gè)思路還是非常值得稱(chēng)贊的。所以，中國人還是有創(chuàng )造力的！

不過(guò)話(huà)說(shuō)回來(lái)，在北斗系統現在每套近萬(wàn)元的情況下，利用壟斷的力量強制貨運車(chē)輛安裝這種流氓做法我個(gè)人表示鄙視。要學(xué)到的東西：技術(shù)需要盡早拿到市場(chǎng)上檢驗，不要像歐洲人那樣追求完美，最好初期就能開(kāi)始盈利，若有可能可以借助行政力量，但是未來(lái)還是要靠市場(chǎng)運作。

再上點(diǎn)兒花絮：谷歌地圖上可以看到所有的衛星

 

這些衛星的名字：

 

解答二

許其鳳教授的一次演講的文字記錄 許其鳳教授，中國工程院院士，北斗衛星導航系統總工程師。

原文如下：

感謝大會(huì )給我這樣一個(gè)機會(huì )，來(lái)宣傳一下北斗。

為什么說(shuō)這樣話(huà)呢？這兩年我接觸一些業(yè)務(wù)圈以外的人士，包括用戶(hù)。好像他們對整個(gè)北斗系統的了解不是特別多，或者說(shuō)不是特別系統，存在了很多問(wèn)題，所以我覺(jué)得宣傳是一方面，建設也很重要，讓客戶(hù)以及更多的人了解北斗，這樣才可以使用。

我主要向大家宣傳衛星導航系統，也就是北斗系統。因為在座很多都是產(chǎn)業(yè)界的人士，我盡量聯(lián)系一下產(chǎn)業(yè)方面的情況和思路。

我是學(xué)校工作的，通俗講叫做“書(shū)呆子”這個(gè)跟產(chǎn)業(yè)不大沾邊，有講的不到位的希望大家理解，同時(shí)也請批評。

產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是成敗的標志，我指的是衛星導航系統。衛星導航系統成功在于廣泛的應用，并且取得效益。這個(gè)效益不僅僅是芯片制造商的效益，也不僅僅是整機的提供商的效益，還有應用在鐵路上，對鐵路性能的提高產(chǎn)生什么樣的效益，對大壩監測上以及水力發(fā)電有什么效益，我理解這個(gè)是有廣義的。

另外就是相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是廣泛應用的標志，作為衛星導航系統，應用的方面很多。但是相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，標志著(zhù)廣泛應用的程度如何。比如說(shuō)卡片相機用的很多，這個(gè)說(shuō)明數字攝影取得很大的應用。現在很多人提出這樣的問(wèn)題，當然可能不是會(huì )議的，會(huì )議的時(shí)候不提，現在 GPS已經(jīng)占領(lǐng)了市場(chǎng)，北斗產(chǎn)業(yè)究竟怎么發(fā)展？說(shuō)的更直接了當一點(diǎn)，不說(shuō)我的身價(jià)性命，就是這點(diǎn)家當投進(jìn)去保險嗎？這樣的問(wèn)題我不能回答。我提供北斗的情況，請大家自己做結論。

關(guān)于GPS占領(lǐng)市場(chǎng)，北斗到底有沒(méi)有出路的問(wèn)題，使我想到彩電的問(wèn)題。80年代是日本的彩電占領(lǐng)我們國家的市場(chǎng)，那個(gè)時(shí)候只要看彩電不是東芝就是夏普 的，到了90年代國產(chǎn)彩電占領(lǐng)了市場(chǎng)，短短的10年，我們靠什么奪回的市場(chǎng)？一個(gè)是相對優(yōu)越的性能，我說(shuō)的相對優(yōu)越，不是整個(gè)系統的性能完全超過(guò)日本，是說(shuō)在我們中國顯示的更優(yōu)越。

日本彩電因為日本發(fā)射臺離的都比較近，接受機靈敏度不需要很高，信號強度夠了。但是在80、90年代的時(shí)候，我們國家還不是數字電視，信號并不是很強， 距離也比較遠，因此就出現一個(gè)信號。日本的彩電有雪花，我們國產(chǎn)的彩電沒(méi)有。優(yōu)越不優(yōu)越？?jì)?yōu)越，老百姓就認這個(gè)，其實(shí)這個(gè)就是局部的優(yōu)越，就是靈敏度提高 了。

所以相對優(yōu)越的性能是可以做到的，還有一個(gè)就是相對低廉的價(jià)格。彩電是做到了，我想我們的衛星導航產(chǎn)業(yè)應該也可以做到。另外是方便快捷的服務(wù)，因為我們的生產(chǎn)商、銷(xiāo)售商就在本地，因此你只要出了問(wèn)題，你打電話(huà)就會(huì )有人來(lái)維修。靠著(zhù)這三條，十年的時(shí)間我們把日本的彩電市場(chǎng)趕走，我們把彩電市場(chǎng)奪回來(lái)了。

衛星導航系統的性能，是性能相對優(yōu)越的基礎，我們說(shuō)性能要優(yōu)越包括兩個(gè)方面，一個(gè)是我的接收機、我的用戶(hù)系統，我的整個(gè)系統性能好，還有一方面就是產(chǎn)業(yè)界有自主權的，就是心里有數的，但是沒(méi)有數的就是整體的性能如何。

關(guān)于北斗衛星導航系統怎么樣，有人說(shuō)不錯，又是我們國產(chǎn)的、自主知識產(chǎn)權、雙贏(yíng)等等一大堆，如果有人對我這么說(shuō)我是不信的，你光給出這樣的結論和標題我信不過(guò)，就是得拿出具體的東西，我自己會(huì )判斷，就是究竟有沒(méi)有優(yōu)勢，我試圖在這方面做點(diǎn)嘗試，因此我的報告沒(méi)有結論，我只介紹情況。

在座的專(zhuān)業(yè)可能差距比較大，我簡(jiǎn)單把衛星導航系統說(shuō)一遍，衛星導航系統是由一定數量分布的衛星，包括衛星的高度、衛星的傾角、衛星的軌道組成的空間部分，這個(gè)叫做衛星星座，比如GPS是由24顆組成的，叫做中軌衛星MEO。還有一部分是地面監測站不斷觀(guān)測所有的衛星，對所有衛星計算軌道，計算鐘差。

通過(guò)注入站將軌道、鐘差參數注入到衛星，用戶(hù)接收機利用衛星發(fā)播的測距信號測距，依靠衛星的位置，用測量的距離解算自身的位置。如果簡(jiǎn)單點(diǎn)就是這三點(diǎn)。

避短揚長(cháng)的北斗星座設計，一般都是揚長(cháng)避短，為什么是避短揚長(cháng)呢？這個(gè)是故意的，合適不合適大家來(lái)判斷。首先說(shuō)發(fā)展的瓶頸，我這里側重講不利條件，這個(gè)也是和大家習慣不是很一致，首先強調我們有多少有利條件，然后再想有什么不利條件。作為我的觀(guān)點(diǎn)來(lái)講，不利條件更重要。

因為你漏掉一個(gè)有利的條件，后果很可能是沒(méi)能錦上添花的。如果你漏掉一個(gè)不利的條件，后果可能是顛覆性的。作為發(fā)展衛星導航，因為我們是后發(fā)展的，在我們前面有GPS，我們完全可以發(fā)展GPS發(fā)展我們國家自己的系統，我們也學(xué)習，但是不能完全照搬。全面照搬是最簡(jiǎn)單的問(wèn)題，也是最省事的問(wèn)題。但是我們學(xué)習GPS還是遇到一些問(wèn)題，這個(gè)是很難在全球布設監測站，我們說(shuō)高精度定軌需要衛星全弧段的監測。比如我就測一小段，這個(gè)圓畫(huà)不準的。

有一個(gè)實(shí)際的數據，衛星位置的誤差，左邊是有監測數據的，右邊是沒(méi)有監測數據，完全靠外推的，我觀(guān)測一小段推一段，這個(gè)位置誤差會(huì )很大，一旦沒(méi)有監測數據，誤差會(huì )急劇增加。

對于繞地球的GPS衛星是中軌道衛星，東西旋轉。對于這樣監測站要全球分布，這一點(diǎn)美國可以做，我們做起來(lái)有困難。我們很難做到全球分布。

第二個(gè)問(wèn)題就是星載原子鐘相對滯后，依靠衛星的位置，通過(guò)測距來(lái)解算定位，測距怎么測？就是依靠信號傳播的距離，距離=傳播時(shí)間×光速，如果數字錯一點(diǎn)，那個(gè)誤差就大多了。所以對于星上的鐘，所有的信號都是根據鐘來(lái)發(fā)播的，那就要求很穩定的度星載原子鐘，那就是10的13次方，大約就是百萬(wàn)年差一秒。

我們國家星載原子鐘發(fā)展相對滯后，我們也都從美國、歐洲進(jìn)口很高精度的原子鐘，他們知道我們要搞衛星導航系統，結果就禁運了，一臺也不賣(mài)給我們。像這樣的兩個(gè)問(wèn)題，我說(shuō)可以算是兩個(gè)瓶頸問(wèn)題，這樣的問(wèn)題很難在短時(shí)間解決。全球布站，我們很難短時(shí)間內發(fā)展，這個(gè)確實(shí)有一定困難。

我們是想試圖從星座設計來(lái)尋求繞過(guò)瓶頸的辦法，當然試圖的途徑很多，都曾經(jīng)進(jìn)行過(guò)探視，但是這條路我們走通了。

提到星座設計我們首先有三種衛星軌道，這是全球的圖。一種是中軌衛星軌道MEO，高度是兩萬(wàn)千米，像GPS，計劃鐘伽利略都是這樣的高度，繞著(zhù)全球轉。

還有一種軌道是同步衛星軌道，這個(gè)是3萬(wàn)6千千米，就是要在赤道面上，同時(shí)要維持這個(gè)高度。同步衛星就是跟著(zhù)地球一起轉的高度，只有在這個(gè)高度才能跟地球自轉一致起來(lái)，從地球上來(lái)看就是不動(dòng)的。

還有傾斜軌道的同步衛星IGSO，這個(gè)高度同GEO一樣，只不過(guò)不在赤道上，GEO是在赤道上，傾斜的角度我們采用是55度，在地面上觀(guān)察軌道是像“八 字型的”的軌道，從地面上觀(guān)察來(lái)講是有不同的特點(diǎn)。MEO是從東到西繞著(zhù)全球轉，GEO衛星是始終不動(dòng)的，在我們國家上空發(fā)一個(gè)GEO，我們隨時(shí)隨地都可 以看到的。IGSO衛星是南北轉，而且有一定的弧度范圍。

我們說(shuō)如果選擇MEO或者IGSO軌道，如果可能繞過(guò)前面講的兩個(gè)瓶頸。因為這兩個(gè)衛星不是東西跑，是南北跑，這個(gè)總跑不出我們國家，會(huì )離開(kāi)我們國家的 境內，但是不遠，我們可以看得見(jiàn)，就是可以監測的到。這樣我們就增加了跟蹤弧段，IGSO和GEO我可以跟蹤，如果和GPS一樣的MEO，我們觀(guān)測的弧段 那只占全弧段的40%，那個(gè)精度就差了。

在國內設站的情況下，可以實(shí)現對GEO和IGSO的全弧度監測，這樣就解決了我們沒(méi)有辦法在全球布站的問(wèn)題，這樣降低了星載原子鐘的要求，要想取得準確 的時(shí)間，我可以表好，比如說(shuō)是歐米茄，我也可以天天和中央人民廣播電視臺對表，一個(gè)是表好，一個(gè)是勤對，如果不能勤對，那就是表好。但是如果GEO和 IGSO我隨時(shí)可以看得見(jiàn)，我隨時(shí)都可以對表，因此在國內設站的條件下，可以實(shí)現勤對表。這樣降低了對星載原子鐘的技術(shù)要求，給我們國家發(fā)展高精度原子鐘 爭取了時(shí)間，不是不發(fā)展，我們還是要發(fā)展。但是想立刻拿出來(lái)，這個(gè)拿不出來(lái)。這個(gè)不像包餃子，這個(gè)需要一個(gè)國家，有時(shí)候需要十年，甚至更長(cháng)。國外比我們時(shí) 間還要長(cháng)，我們必須要一個(gè)發(fā)展的時(shí)間。

我們既然避開(kāi)了兩個(gè)發(fā)展的瓶頸，我們還要充分發(fā)揮GEO和IGSO的利用率高的特點(diǎn)，我們不是搞全球系統，而是一個(gè)區域系統，我們一會(huì )可以看到這個(gè)區域系統究竟有多大。

對于區域系統來(lái)講，我們說(shuō)這兩種衛星的利用率是可以達到80%以上的，對于MEO我們國家的區域系統來(lái)講40%，差了一倍。利用率高就意味著(zhù)我們可以用比較少的衛星來(lái)達到同樣的效能，這個(gè)是劃算的，投入性能比也比較好。

在具體設計當中，經(jīng)過(guò)了很多的探測，五個(gè)GEO和五個(gè)IGSO也就是十個(gè)衛星取得了滿(mǎn)意的效果，對于覆蓋區域大體上也接近地球的三分之一。

作為北斗二號，第一期就是區域系統，第二期就是全球系統。第一期星座就是5GEO+5IGSO。在赤道上分布了五個(gè)紅點(diǎn)，就是地球同步衛星，同時(shí)在藍色的地方是IGSO衛星，紅色是不動(dòng)，藍色是沿著(zhù)軌道運動(dòng)。

如果說(shuō)按照測距誤差是兩米的話(huà)，我們可以達到，甚至更高一點(diǎn)，我們估計一下這個(gè)系統究竟怎么樣？我們給了一個(gè)圖，這里分成幾種顏色，綠色、藍色、紅色， 綠色里面是由數字組成的。如果是6，這個(gè)就表示24小時(shí)之內最大的標準差是6米。藍色的6，這個(gè)就不是6米了，是定位精度16米，紅色6是26米。我們最 關(guān)心的是橙色的，為什么最關(guān)心這個(gè)呢？這里有很多的藍色的符號，都是美軍在我們國家周邊的軍事基地，美軍軍事基地放在這里我們不關(guān)心行嗎？不關(guān)心我們很可 能會(huì )得到和伊拉克、利比亞、科索沃一樣的結局。所以把最關(guān)心的放在這里，我們基本上6米到7米的樣子，我們精度GPS也是一樣。

剛才我們還講了，采用這種衛星是利用率非常高，充分利用了利用率高的特點(diǎn)，其實(shí)這不是最早的方案，最早的方案是采用地球同步衛星和美國GPS一樣大MEO衛星，這個(gè)方案已經(jīng)上報給***，而且得到了首肯。

4GEO+12MEO效果是一樣，我們最關(guān)心就是北半球，也就是說(shuō)用16顆衛星還趕不上10顆衛星的性能好，就是我們重新發(fā)揮了IGSO和GEO利用率高的特點(diǎn)。總結起來(lái)就是前面的避短揚長(cháng)，避開(kāi)我們的瓶頸，揚長(cháng)高利用率。

區域系統有區域系統的優(yōu)勢，系統級的廣域差分，這個(gè)是美國人為了降低民用精度搞的SA，這個(gè)就是人為加入軌道誤差和鐘差誤差，就是從30米降低到100 米，美國民用最開(kāi)始測試是30米，結果達到的是20多米。但是美國軍方認為這個(gè)不行，因為民用美國人可以用，那世界其他軍方也可以用，那就是降低到100 米，當時(shí)為了解決這個(gè)問(wèn)題，其實(shí)也是美國先提出來(lái)的，就是差分。最后發(fā)現比較好就是廣域差分，廣域差分原理很簡(jiǎn)單，就是布測一些參考站，這些站我是精確知 道的，我也是利用GPS定位，利用你不對我來(lái)反求出來(lái)衛星軌道偏了多少。為了做到這一點(diǎn)，需要建立差分參考站，像我們國家需要20來(lái)個(gè)。

另外需要計算中心，還要通過(guò)注入站向地球同步衛星發(fā)射，把數據發(fā)射給衛星，地球同步衛星再告訴用戶(hù)，這個(gè)同步衛星是GPS以外的。參考站觀(guān)測衛星，通過(guò)注入同步衛星向用戶(hù)發(fā)播修正參數，精度從100m提高至5m左右。

廣域差分有一個(gè)特點(diǎn)，就是區域的，不是全球的，我的用戶(hù)在監測站范圍之內用這個(gè)東西，另外是用戶(hù)級的系統，GPS系統已經(jīng)建成了，如果要增強，就是進(jìn)差 分站搞注入中心，再發(fā)同步衛星，但是發(fā)播的信號是一樣的，所以不是原來(lái)的系統級，是一個(gè)用戶(hù)級的系統。它的功能是可以提高軌道和鐘差的精度。

它只能提供參 考站內的用戶(hù)，站外就不靈。你是靠站來(lái)監測衛星，求出修正值，我們說(shuō)MEO衛星是東西轉的，如果轉到東邊，你東邊用戶(hù)可以看到這個(gè)衛星，但是你監測站測不 到這顆衛星，因此就沒(méi)有修正值，用起來(lái)就不太好用，用戶(hù)跑到美國在我們這毫無(wú)辦法。

美國人像歐洲搞的系統都是這樣，要建立廣域差分系統，需要建立參考站、計算中心、注入站、同步衛星，我們計算中心有了、導航系統本身有計算中心，導航系 統本身有注入站，導航系統本身就有五顆地球同步衛星，因此我們就建立一個(gè)系統級的廣域差分的系統，就在建北斗系統的時(shí)候，就把廣域差分系統融在里面。一般 叫做二級監測站，指的就是這個(gè)。

應該說(shuō)這是我們建成的第一個(gè)系統級的廣域差分系統，顯然這個(gè)投資要少的多，性能也會(huì )好的多。同時(shí)不僅僅是對一個(gè)系統，只對北斗進(jìn)行廣域差分服務(wù)，因為同 步衛星多，因此在信號編排格式的時(shí)候，既可以為北斗發(fā)播差分信息，也可以為GPS，同樣也可以為伽利略發(fā)播差分信息，就是有可能能夠為三個(gè)系統服務(wù)的廣域 差分系統。

同時(shí)可以為北斗全覆蓋區提供差分服務(wù)，就是我們覆蓋區是比我們國土要大的多的區域，按照一般的廣域差分你必須在國土內。不管用戶(hù)在最東邊還是在西邊，你 看到的衛星就是十顆IGSO和GEO，這十顆在國內監測站隨時(shí)隨地都可以監測，我可以為廣大的區域提供廣域差分服務(wù)，這個(gè)是以前的廣域差分系統所沒(méi)能做到 的，當然只限北斗，對GPS不靈，對伽利略也不靈，也就是監測站的范圍之內，對北斗可以更廣泛一些。

另外在建設階段可以規避一些風(fēng)險，最主要的技術(shù)風(fēng)險就是軌道開(kāi)始的時(shí)候可能測不準，我們的鐘差也可能測不準，廣域可以進(jìn)行很好的修正，可以規避一時(shí)達不 到設計指標所帶來(lái)的影響，達到很好的結果。正像我們前面講的，在GPS做廣域差分的時(shí)候，我們可以從100 米提高到5米，我們開(kāi)始做也不至于差到這個(gè)程度，從某種意義上講，這個(gè)是很主要的規避風(fēng)險的的措施。

我們講到北斗的情況，盡管是很簡(jiǎn)略的，我們可以把北斗的特點(diǎn)綜合的講的敘述一下。實(shí)際上衛星導航系統是很復雜的系統，有很多方方面面的問(wèn)題。

第一個(gè)是繞過(guò)發(fā)展階段技術(shù)瓶頸，充分利用區域的有利條件。

第二個(gè)是性能投入比比較高的系統。

第三個(gè)是具有系統級廣域差分的系統，覆蓋最大的差分導航系統。

另外能夠規避主要的技術(shù)風(fēng)險，具有位置報告的功能。位置報告北斗1號就具備，北斗2號繼續使用下來(lái)。位置報告就是搞GPS，如果一個(gè)車(chē)出去了，我可以知 道我現在在哪？但是我家里不知道，要想讓我家里知道，那就需要通訊設備。但是作為一個(gè)系統本身，就具備這樣的功能，這個(gè)是很重要的。

如果說(shuō)我需要位置報告，需要把我的位置報告給指揮部，比如我漁船出海了，我需要把位置隨時(shí)報告給指揮部，如果有臺風(fēng)指揮部會(huì )隨時(shí)告訴我，這個(gè)就很重要 了。手機系統到海上都不靈了，因為沒(méi)有基站，衛星系統可以，可以通過(guò)衛星系統。但是衛星設備有多大呢？GPS用戶(hù)機手掌這么大，GPS輔助設備大很多，我 說(shuō)的是衛星通訊設備，而不是手機。如果沒(méi)有基站怎么辦？還有就是很重要的備份手段。

比如說(shuō)汶川地震的時(shí)候，很多通訊手段不靈了，所以中央不知道汶川震到什么程度，災情怎么樣，多大范圍都不知道。最早把消息傳出來(lái)的是我們搶險部隊帶的北斗接收機，相當于短信發(fā)播出來(lái)的，這個(gè)是最早得到的消息。當然也有遺憾，這種消息報了幾天就沒(méi)有了，因為沒(méi)電了。當然北斗1號耗電量比較大，這個(gè)也是不足 的地方，這個(gè)也是具有優(yōu)勢的地方。

北斗是第一個(gè)實(shí)現三頻發(fā)播的衛星導航系統，美國人GPS現代化要增加一個(gè)頻率，為什么發(fā)播這個(gè)頻率，因為民用用處很大，只有一個(gè)頻率，消除不了電頻層。 當然第三頻還有一個(gè)作用就是搜索。盡管美國人第一個(gè)提出來(lái)的，但是很可能我們是第一個(gè)實(shí)現的。美國人這么早提出來(lái)，為什么實(shí)現不了呢？這里我猜可有點(diǎn)原 因，因為美國系統已經(jīng)發(fā)上去了，壞一個(gè)發(fā)一個(gè)三頻衛星上去，要全壞了，那得壞30個(gè)。那倉庫存了十幾、二十個(gè)衛星，那些存的衛星不是第三代的，不是現代化 的，因此從經(jīng)濟上考慮，現在把庫存放上去，開(kāi)始達到壽命期的衛星補發(fā)還不是現代化的，這樣看來(lái)可能還需要一段時(shí)間，但是我們現在就是三頻發(fā)射。

剛才說(shuō)了優(yōu)勢的地方，也有不足的地方。一個(gè)是GEO衛星工作期間有斷點(diǎn)，按照規定GEO需要軌道微調，因為天上只有一個(gè)赤道，高度是三萬(wàn)六千公尺，所有 通訊衛星都擠在圓弧上，所以國際電聯(lián)有規定，每個(gè)衛星有一個(gè)規定，你向左、右不能偏出一度，衛星一偏0.1 度，就馬上調整回來(lái)。這是按照規定要做的，這個(gè)不是我們的事，我們只是遵守。但是有一段時(shí)間會(huì )影響到定軌精度，我們能夠達到衛星導航的系統，需要兩天到三 天的觀(guān)測數據，但是只要進(jìn)行軌道微調，這個(gè)從現在開(kāi)始就不是原來(lái)的軌道，而是新的軌道。對于新的軌道必須觀(guān)測兩天到三天的數據，你才能訂出比較準確的有滿(mǎn) 足條件。那這三天你衛星怎么辦？這衛星不能用了，這就是一個(gè)問(wèn)題。

對于這個(gè)問(wèn)題，現在的辦法就是快速定軌，就是精度差這么一點(diǎn)，但是我也能用，而且這個(gè)工作還再繼續進(jìn)行，我們爭取更短的時(shí)間，使得工作的斷點(diǎn)盡量縮短。 我們通過(guò)系統級廣域差分，新軌道廣域差分不需要很長(cháng)的時(shí)間，很短時(shí)間就可以測出來(lái)，甚至幾秒鐘就可以測出來(lái)，這時(shí)候一旦發(fā)生軌道微調，我就可以用這套系統 及時(shí)發(fā)布修正值，這個(gè)需要更高的數據更新率，原來(lái)就不太適用，這個(gè)是可以解決的技術(shù)。

第二位置報告或者短信通信含有小功率的發(fā)射，這個(gè)比北斗1號壓縮更短了，而且資源有限。我們在北斗1號宣傳的時(shí)候講，通訊可以進(jìn)行短報文，用戶(hù)真的發(fā)展 起來(lái)，你會(huì )發(fā)現不夠用。那時(shí)候說(shuō)是150萬(wàn)/小時(shí)次服務(wù)，但是我們時(shí)間每小時(shí)的數還除3600秒，就是每秒可以服務(wù)多少，這樣的容量大家都用，都用就塞滿(mǎn) 了，就服務(wù)不了。北斗2號同步衛星5個(gè)，另外在報文上可以做點(diǎn)文章。

還有一個(gè)問(wèn)題，因為發(fā)射功率，就容易暴露。從軍事來(lái)講容易被對方偵查到，或者有被偵查到的可能。再有就是功耗體積都不容易下來(lái)，解決辦法就是按需求分 配。并不是所有的用戶(hù)都需要報告，并不是所有的用戶(hù)都需要短信，你不必都拿這種接受器，也不必都生產(chǎn)這種接受器，而且我也不是每秒都來(lái)發(fā)報，或者每分鐘都 報告，你汽車(chē)跑出去了，三五分鐘報告一次足夠了，有的甚至半小時(shí)都沒(méi)有動(dòng)。比如我指揮全球的系統，就沒(méi)有必要幾秒鐘報告一次，這個(gè)也是按需求分配。另外合 理的控制和利用資源，這個(gè)資源是有限的，就是怎么樣合理的控制。

比如普遍的短信不能發(fā)了，這個(gè)不是笑話(huà)，真有這種事。還有局部地區功率增強遜于GPS，我在天津地區的信號可以增強，GPS可以增強30分貝，我們只可以增強15分貝的樣子，我們抗干擾能力不如GPS，這個(gè)等待二期工程的改進(jìn)。

還有就是一些技術(shù)細節和銜接的問(wèn)題，作為一個(gè)復雜系統，需要發(fā)現和改進(jìn)的磨合期，請大家耐心一點(diǎn)，不是系統發(fā)在天上就達到系統指標，對于復雜的系統不大 容易做到這一點(diǎn)。我們的技術(shù)指標是按照美國GPS差不多的指標來(lái)定的，但是美國人從發(fā)射衛星開(kāi)始，到達到所謂的技術(shù)指標，是發(fā)展二三十年，一開(kāi)始就沒(méi)有這 個(gè)精度，也沒(méi)有這個(gè)性能，所以對于各級領(lǐng)導和級別用戶(hù)要有耐心。

當然也有性急的同行，去年我就聽(tīng)到這樣的報告，就是北斗和GPS放在一起比，北斗不如GPS，這個(gè)話(huà)不是這么說(shuō)的。我說(shuō)你做實(shí)驗的時(shí)候，北斗做實(shí)驗的時(shí) 候有幾顆，他說(shuō)有5顆，如果用GPS相比，你用GPS12顆衛星和北斗5顆比，這個(gè)怎么對比？這個(gè)就是年輕同志太性急，如果對比我建議放在見(jiàn)面，這種實(shí)驗做的很有意義，但是不能用來(lái)對比，而是證明北斗系統可以工作的，至于精度以后再說(shuō)。

也就是說(shuō)北斗系統不會(huì )像GPS這么成熟，也就需要一定的磨合期。我認為優(yōu)勢的地方和不足的地方都如實(shí)報告給大家。

我們2020年要搞全球系統，北斗2號的二期工程，我們區域增強的全球系統，全球都可以導航，就是在我所關(guān)心的區域的精度最好、性能最好超出其他地區。 因為軍用、民用都是我國在內的較大的區域性，我們增強就是把類(lèi)似于GPS的系統，比如27顆MEO全球轉的衛星，又把IGSO和GEO加起來(lái)了，這樣就是 兩個(gè)區域星座的疊加，這個(gè)性能要好多了。

比如說(shuō)GPS衛星27顆我可以全都看到，再疊加這8顆衛星我就可以看到35顆衛星。

星際鏈路示意，我們衛星對衛星進(jìn)行測距，這樣就構成一個(gè)高精度的多面體，我監測站觀(guān)測可以看的見(jiàn)的衛星，中心站對諸衛星進(jìn)行定軌，這就是一種方式。

還有就是對衛星地面的標靶，主衛星對諸衛星定軌，計算各個(gè)衛星的軌道再發(fā)給各個(gè)衛星，這個(gè)解決了跟蹤比地面站跟蹤更高，因為天空衛星對衛星的觀(guān)測沒(méi)有大氣的影響，而且頻率更高，也可以很穩定的工作，這個(gè)就意味著(zhù)分辨率增高了。

這兩種模式究竟采用哪種，現在都在討論當中。這個(gè)首先是美國人提出來(lái)的，到現在恐怕提出來(lái)快30年了，他是叫做衛星自主定軌，就是衛星自己就把軌道定 了。但是到現在為止，從提出來(lái)看已經(jīng)30年了，沒(méi)見(jiàn)它有像樣的成果公布。測距很容易實(shí)現，但是跟地面建立不起聯(lián)系，從坐標系統的定義來(lái)講，你只進(jìn)行測距是 相視性，就是可以轉和跑，但是跟地面沒(méi)有聯(lián)系，從軌道來(lái)講，沒(méi)有定向。作為這么遠衛星，兩萬(wàn)多公里，衛星跟衛星之間的距離超過(guò)這個(gè)數，定向是非常困難的， 精度是千分之幾秒，這樣理論上可以做到，太空望遠鏡可以做到，但是如果每各衛星都裝太空望遠鏡，這個(gè)成本和工藝都帶來(lái)相當大的問(wèn)題。美國人說(shuō)，我們理論上 是可以做到自主定軌，但是代價(jià)比較大。

我們不是為了自主定軌，我們要解決的是不能全球布站的問(wèn)題，我們把問(wèn)題簡(jiǎn)化了，指標落地了。為什么不提自主定軌呢，現在很多人還在提我們是自主定軌，其實(shí)也不完全是，還是靠地面站。

美國的出發(fā)點(diǎn)是什么，我一旦地面站遭到對方攻擊，我可以自主定軌，不影響導航。首先中國把衛星打掉了，美國俄羅斯都打，至少這三個(gè)國家都具備摧毀衛星的 能力，在這種情況下，如果把你衛星摧毀了，還搞什么自主定軌，所以情況變了，觀(guān)點(diǎn)也要變，當然這是我個(gè)人的看法。

十年來(lái)我們原子鐘取得快速發(fā)展，屆時(shí)渴望取得突破，預計2020年實(shí)現。

最后一個(gè)問(wèn)題是北斗與相關(guān)產(chǎn)業(yè)，標題列出來(lái)了，我發(fā)現我沒(méi)有能力把問(wèn)題講下去，因為需要又懂得北斗系統，知道技術(shù)很清楚，又對產(chǎn)業(yè)很熟悉，又對用戶(hù)很熟悉，這個(gè)是要掛兩頭的，上掛系統，下掛用戶(hù)。

有些想法提供給客戶(hù)，與其他系統相比，北斗的區域在于優(yōu)勢，不是全局的優(yōu)勢，而是區域的優(yōu)勢。就像解放戰爭的時(shí)候，國軍兵力200萬(wàn)，共軍30萬(wàn)，就全 局來(lái)講國軍是有優(yōu)勢，但是在局部來(lái)講，共軍聚集大量人群，這樣可以取得局部?jì)?yōu)勢。我們說(shuō)北斗的優(yōu)勢，目前來(lái)看就是在這里，我并不是全面比GPS怎么樣，而 是我在關(guān)鍵區域和GPS相差不多，甚至還比他強。

北斗比較安全，舉一個(gè)例子，我們現在的通訊系統，不管GSM還是CDMA都需要時(shí)間同步和頻率校準，都用的GPS，有一些在河南省某地區，兩三天手機全 不靈了，就是因為有一個(gè)研究所做了一個(gè)時(shí)間，把GPS干擾了，所以時(shí)間同步都不行了，因此系統就不干活了，事后發(fā)現是時(shí)間同步問(wèn)題。如果美國人搞一點(diǎn)小貓 膩的話(huà)，那就不是兩三天問(wèn)題，也不是局部地區的問(wèn)題。

另外我們具備開(kāi)發(fā)雙系統應用的有利條件，雙系統就是我的模片既可以做GPS又可以做北斗，并不是做雙系統。去年有一個(gè)學(xué)者說(shuō)，做雙系統是北斗“傍大款” 這個(gè)問(wèn)題不能這么說(shuō)，雙系統應用最早是美國人先搞的，那個(gè)是GPS和另一個(gè)系統雙應用，雙系統一方面是一個(gè)系統出問(wèn)題，一個(gè)做補充，兩個(gè)系統同時(shí)用會(huì )有提 高，性能會(huì )提高很多。用戶(hù)不關(guān)心精度是7.8米還是8.7米，還是很關(guān)心在北京用很好，但是在天津為什么不行。這種問(wèn)題就可以大大緩解，我們做過(guò)實(shí)驗，作 為GPS高度角大于35度的衛星，需要四顆衛星才能定位，所以在城市經(jīng)常出現這個(gè)問(wèn)題，對于打仗復雜地形也容易出現。這個(gè)就不是三顆多，而是變成七顆，這 個(gè)問(wèn)題就可以大大緩解。

主要看性能提高上，實(shí)際上GLONASS一開(kāi)始是在1990年，20年前就已經(jīng)有了雙系統，所以說(shuō)“傍大款”我是不同意的，不知道年輕同志對于A(yíng)shtech開(kāi)發(fā)雙系統怎么看，我估計那個(gè)時(shí)候他還太小。

應用雙系統比任何一個(gè)單系統更具有優(yōu)勢，不單純的是補缺。國內有目前唯一的廣域差分，當時(shí)國內廣域差分沒(méi)有健全，GLONASS根本沒(méi)有，我們可以對GPS和伽利略都可以進(jìn)行差分。對于產(chǎn)業(yè)來(lái)講，我希望要充分利用系統的優(yōu)勢，來(lái)創(chuàng )造優(yōu)勢的產(chǎn)業(yè)，謝謝大家！

 

解答三

首先，軌道越高，所需衛星總數越少，因為每個(gè)衛星覆蓋的面積更大。原答案中"需要略多數目保證衛星離接收機不太遠"是完全錯誤的。北斗和 Galileo 會(huì )適當增大衛星發(fā)射功率以保證地面接收到信號的信噪比，而不是增加衛星數。

其次，GPS 六個(gè)軌面，并不一定比北斗和 Galileo 的三軌面設計更優(yōu)。事實(shí)上，四大 GNSS 系統，只有 GPS 用了六軌面，其他三個(gè)系統都采用了三軌面。下面這篇論文詳細說(shuō)了為什么 Galileo 選擇了三軌面。

Article Abstract

最后，我來(lái)簡(jiǎn)單回答一下為何北斗衛星導航系統需要 35 顆衛星才能覆蓋全球，而 GPS 只要 24 顆就夠了。關(guān)鍵在于如何定義"夠"。

在設計 GPS 的時(shí)候，"夠"的定義是保證地球上任何地點(diǎn)任何時(shí)間都可以定位——能看到至少 4 顆衛星。按照這個(gè)要求，在六軌面和軌道高度 20,200km 的前提下，只要 21 顆衛星就夠了。所以，GPS 選擇了 21 工作衛星 + 3 備份衛星的基礎星座。同時(shí)代的 GLONASS 的設計是三軌面 21 工作衛星 + 3 備份衛星，同樣可以保證全球任何時(shí)間都能看到至少 4 顆衛星。

在實(shí)際運行中（1990 年到現在），GPS 衛星數總是多于 24 顆，很多時(shí)候有 32 顆在天上，超過(guò) 30 顆可用。這樣，地球上很多地方都能看到 8 顆以上衛星（開(kāi)闊地、無(wú)遮擋）。人們發(fā)現多出來(lái)的衛星可以提高 Geometric Dilution of Precision (GDOP) 進(jìn)而提高準確度（accuracy），并且可以通過(guò) RAIM (Receiver autonomous integrity monitoring) 提高完好度（integrity）。RAIM 需要至少 6 顆衛星才能有較好的性能。

所以，在設計北斗和 Galileo 時(shí)，"夠"就不僅僅是任何地點(diǎn)任何時(shí)間都可以定位，而是要提供盡可能高的 RAIM 可用性（availability），所以 Galileo 和北斗 MEO 都使用了 27 工作衛星 + 3 備份衛星的星座設計。北斗額外加了 5 顆 GSO 衛星提高亞太地區的性能。

總結：GPS 24 顆衛星只能保證基本的定位，北斗 30 顆（或 35 顆）保證了更準確、更可靠的定位。

 

解答四

第一代北斗衛星導航定位系統

一代的北斗屬于區域性的有源導航定位系統，特點(diǎn)是投資小、建成快，只需要兩顆地球同步衛星即可進(jìn)行導航定位。在有源導航定位系統中，用戶(hù)終端對兩顆衛星發(fā)射信號，通過(guò)記錄時(shí)間差和兩顆衛星在空間的距離，地面中心站通過(guò)距離交會(huì )法求得用戶(hù)的平面位置（注意是只有平面位置，沒(méi)有海拔高程），地面中心站再通過(guò)衛星將計算結果告訴用戶(hù)。以上就是有源導航定位系統的工作原理，我們不難發(fā)現這里面有三個(gè)很?chē)乐氐膯?wèn)題：1、地面中心站承擔了很大部分的任務(wù)，資源占用高，結果就是用戶(hù)數量收到限制，無(wú)法推廣開(kāi)來(lái)；2、用戶(hù)終端必須發(fā)射信號，這在戰時(shí)很容易就會(huì )暴露位置，也很容易使系統失效（只要向衛星發(fā)送錯誤的信號即可）；3、計算速度慢，而且進(jìn)度不高。

第二代北斗衛星導航定位系統

二代的北斗基本就和GPS一樣了，由于是用偽距絕對定位模型進(jìn)行定位，所以自然不需要地面中心站進(jìn)行計算，用戶(hù)數量沒(méi)有限制，于是便能推廣開(kāi)來(lái)。但二代北斗并沒(méi)有拋棄有源導航定位的方法而是作為一種特殊功能保留了下來(lái)（一般的接收機不會(huì )有這種功能就是了），所以就看到了4*6顆中軌衛星+12/13顆傾斜軌道地球同步衛星+3——5顆地球靜止衛星這樣的空間衛星星座組成。

可能有人會(huì )問(wèn)，為什么一開(kāi)始要用有源導航定位系統這種精度不高實(shí)用意義不強的技術(shù)？答案其實(shí)是為了占坑，但不是占空間位置的坑，而是占無(wú)線(xiàn)電頻率坑。實(shí)際上所有全球導航定位系統都是使用L波段進(jìn)行廣播，而L波段中效果好的就只有有限的幾個(gè)頻率，誰(shuí)先占用了就歸誰(shuí)。所以先用一代北斗占著(zhù)坑，然后再慢慢發(fā)展。

實(shí)際上在這個(gè)信息化的時(shí)代是有必要發(fā)展自己的全球導航定位系統的，畢竟戰時(shí)沒(méi)有了導航定位相當于兩眼瞎了，沒(méi)開(kāi)打就GG了，所以才會(huì )有歐盟的Galileo，俄羅斯的GLONASS，印度的IRNSS。

 

 

解答七

首先北斗衛星現在已經(jīng)發(fā)射的衛星數量并沒(méi)有比GPS的數量多，GPS的規劃是24顆衛星全球覆蓋，事實(shí)上GPS系統也在不斷的進(jìn)行更新?lián)Q代，現在天上可用的GPS衛星數也是超過(guò)30顆的，而最近北斗系統成功發(fā)射了第27顆衛星，而題目中所說(shuō)的北斗衛星數目比GPS數量多。

 

北斗衛星數量比GPS數量多，而北斗是區域性導航GPS是全球性導航？更多的可能是指北斗全球系統規劃中是35顆衛星覆蓋全球，GPS系統的規劃是24顆衛星覆蓋全球，而35顆的北斗衛星也是能夠實(shí)現全球覆蓋的，只是目前按照北斗系統的進(jìn)度并沒(méi)有實(shí)現全球覆蓋的衛星發(fā)射。

 

北斗衛星數量比GPS數量多，而北斗是區域性導航GPS是全球性導航？北斗系統的發(fā)展規劃是三步走，第一步是2003年左右實(shí)現北斗一號，也叫北斗雙星系統的建設，主要解決我國衛星導航系統的有無(wú)問(wèn)題，在這個(gè)過(guò)程中主要是由3顆衛星構成的，其中有一顆是備份星，如果雙星中有一顆衛星發(fā)生故障的話(huà)可以與另一顆星依然組成雙星定位系統。

 

北斗衛星數量比GPS數量多，而北斗是區域性導航GPS是全球性導航？第二步是2012年左右實(shí)現北斗二號，也叫北斗區域系統的建設，這個(gè)系統主要解決我國和周邊地區的導航定位問(wèn)題。第三步是2020年左右實(shí)現北斗全球系統的建設，也叫做北斗三號系統的建設，真正實(shí)現全球覆蓋，而北斗全球系統中規劃的衛星數目是35顆，包括5顆GEO衛星、27顆MEO衛星和3顆IGSO衛星。

 

北斗衛星數量比GPS數量多，而北斗是區域性導航GPS是全球性導航？另外，在北斗二號系統建設完成，到北斗三號系統開(kāi)始組網(wǎng)建設之前，北斗系統發(fā)射了5顆試驗星，對北斗三號的新體制等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行試驗。

 

解答八

衛星排布方式不同。

GPS是有6條軌道面，每條軌道有4顆衛星，所以共24顆。

俄羅斯的GOLONASS與美國的GPS排布類(lèi)似。

歐洲的伽利略系統，是3條軌道面，每條軌道9顆衛星，所以是27顆衛星。

我們的北斗脫胎于歐洲的伽利略系統，所以也是27顆衛星。

我國考慮到北斗網(wǎng)需要一定時(shí)間建立（原來(lái)認為是20年），在初期組網(wǎng)不完整時(shí)，可能無(wú)法使用。所以設置了3顆過(guò)渡時(shí)期的衛星，這樣衛星數不夠時(shí)也能先服務(wù)我國的區域，一共不到10顆我國國土范圍就能有完整信號。這3顆過(guò)渡主要是用在斜向同步軌道上。

另外北斗不同于伽利略系統的是，增加一個(gè)地球同步軌道，這條軌道上設立了5顆衛星。北斗之所以要設這5顆衛星，則是因為增加了通訊功能，就是有應答機制。這樣北斗能讓不同目標間，相互通知對方自己的位置。

這個(gè)功能很重要，比如物流系統，很多貨柜可能是被自動(dòng)機械搬運，而操控人員在自己的車(chē)輛上巡檢。那么如果系統都安裝北斗芯片，操控人員可以方便知道各貨柜都在哪里，都是怎么個(gè)運動(dòng)軌跡。GPS做不到，只能知道自己車(chē)輛的位置。

最后27+3+5=35顆。

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