GPS与北斗系统原理与对比
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庞大的卫星星座和地面控制系统需要连续不 停的资金投入。
三、北斗一号系统
导航与定位是与交通、能源、通信等
并列的信息基础性产业之一，对国民经济
的发展和国防力量的建设具有非常重要的
意义。
现在，我国自主研制的“北斗一号”
卫星导航定位系统已经开始正式运转，我
国的卫星导航定位事业进入了一个崭新的
蓬勃发展的阶段。
• 美 国 —— GPS • 俄罗斯 —— GLONASS
• 中 国 —— COMPASS（北斗）
现在，我国自主研制的“北斗”卫星导 航定位系统已经开始正式运转，我国的卫星 导航定位事业进入了一个崭新的蓬勃发展的 阶段。
我国成为继美国、俄罗斯之后第三个拥 有自主卫星导航定位系统的国家。
• “北斗一号”系统由 是我国自己建设的具 有完全自主知识产权 的第一代卫星定位和 通信系统。它能为用 户提供快速定位、简 短数字报文通讯和授 时三项服务。
系统的主要指标
► 快速定位（导航）：
同时向用户及主管部门提供定位导航信息 定位精度：20米/100米 （有标校/无标校）
► 简短数字报文通信：
用户与用户、用户与指挥中心之间 每次最多可以传送120个汉字或1680比特 特快通信每次最多13个汉字 信息速率：入站8kbps，出站16kbps
► 授时：
工作在L波段 L1: 1575.2 MHz
L2: 1227.60 MHz
►导航战考虑：SA（选择可用性）、Anti-Sproof
• GPS 系统的特点
与北斗一号双星定位系统的区别
一、无源定位
由用户机自己计算定位结果，无需发射信号
二、没有报文通信能力
用户机只有接收链路，不能双向互通信息
三、耗资巨大，维护费用高
北斗一号系统
► 缺点：
1.用户设备成本较高
2.信号强度较弱，城市环境应用受限
3.用户容量及服务频度受限
4.传送数据量及速率与GSM相当且受限
在地球不规则球面的基础上增加用户高程，
获得一个“加大”的不规则球面； 圆与不规则球面相交，得两个点，分别位 于南北半球，取北半球点。
北斗卫星
北斗卫星
空 间 段
中心站系统 地 面 段
E 112°52’23.8’’ N 28°12’58.2’’
用 户 段
用户机
定位流程
1. 2.
3.
4.
5.
中心站通过卫星持续广播出站信号； 用户机接收出站信号，向卫星发射入站信号（等效 于反射），卫星转发至中心站。入站信息中同时包 含用户机高程信息； 中心站测得信号往返时间，求出卫星到用户机距离， 同时解调出用户高程信息，利用三球交会原理计算 用户位置； 中心站将用户位置信息加入出站广播电文中，通过 卫星发送给用户； 用户接收出站信号，解调出定位信息。
“北斗一号”卫星导航定位
系统是利用地球同步卫星为用户
提供快速定位、数字报文通信和 授时服务的一种新型、全天候、
区域性的卫星定位系统。
同步卫星1
同步卫星2
定位位置
“北斗一号”卫星导航定位系统的“三球交汇”定位原理
以两颗同步卫星为球心，以卫星到用户接
收机天线距离为半径，构成两个球面
两球面相交得一圆，该圆垂直于赤道平面
单向授时精度100ns 双向授时精度20ns
系统其它基本指标
►卫星覆盖区域：
东经70度～145度，北纬5度～55度 ►系统容量： ≥ 54万个用户 ► 重叠入站信号分辨率 ≥ 0.7微秒 ►系统出站容量 300个用户/秒
用户机分类
► 按用途可分为：
定位通信型、通信型、授时型、OEM专 用型和指挥型。
二、控制整个系统运行的控制部分；
三、各种类型的 GPS 接收机组成的用
户部分。
• GPS 系统的组成
• GPS 系统的组成
空间部分-星座
（Space Segment-Satellite Constellation）
► 24
颗工作卫星 ► 3 颗备份卫星 ► 地表 20230Km 近圆轨道 ► 约 12 小时的运行周期 ► 6 个轨道平面: 55° 倾角 每个轨道4颗卫星
• “北斗一号”系统服务区覆盖我国和周边地区，可以保证 我国重点用户在导航定位方面不依赖于美国的 GPS 或俄罗 斯的GLONASS系统。 • “北斗二号”系统将扩展为全球卫星导航定位系统。 • 这是我国全部自主研发的卫星导航定位系统，是我国卫星 导航应用产业的基础。
• 美国GPS系统
系统设计合理，功能强大；发展时间长，系统稳定；应用 广泛，接收机技术成熟。 • 唯一劣势就是系统不包含通信信道 必须与其他数传通信系统合作进行，这增加了系统的复杂 性，降低了系统的实用性 • 中国的“北斗”卫星导航定位系统自身包含了通信信道， 定位与位置报告可以在同一信道中完成。
• GPS 的发展历史 1973 美国国防部（DoD）开始部署研制 GPS ，GPS项目启动 1978 第一颗 GPS Block I 卫星发射成功 1989 开始发射新一代 GPS Block II 卫星 1992 GPS 系统开始正式全负荷运行，星 座中布满 24 颗导航卫星 1993 系统达到初始工作能力（IOC）
系统技术特点
► 有源主动定位系统，可实现双向数字报文通信。 ► 用户按ID号分为三类。 ► 系统为通信链路提供了一次一密的加密功能（机密
级）。 ► 用户机必须进行入网认证，入站必须进行身份验证。 ► 采用短突发伪码直接扩频通信体制，抗截获、抗干 扰、抗反辐射导弹。
系统的主要功能
（ 1 ）定位（导航）：快速确定用户所 在点的地理位置，向用户及主管部门提 供导航信息。 （ 2 ）通信：用户与用户、用户与中心 控制系统之间均可实行双向简短数字报 文通信。 （ 3 ）授时：中心控制系统定时播发授 时信息；为定时用户提供时延修正值。
GPS+GSM
► 优点：
1.用户端设备便宜且成熟可靠
2.GPS在城市环境中可用性高
3.系统集成方案已很成熟，并且被普遍应用
4.用户容量和服务频度不受限制
5.入网手续简单，只需申请GSM服务ID （即手机号码）
GPS+GSM
► 缺点：
1.在手机GSM网络覆盖不足的地区，该系 统功能失效，指控中心失去目标 2.GSM信道在传输大量数据时性能不佳
二、 GPS系统概述
• GPS 系统 GPS (Global Position System)，是美国 导航星 NAVSTAR/GPS 系统的简称，又称 作全球卫星定位系统，是由美国国防部负 责研制、主要满足军事需求，用于地球表 面及近地空间用户（载体）的精确定位、 测速和作为一种公共时间基准的全天候星 基无线电导航定位系统。
卫星导航定位系统
一、 卫星导航定位系统
• 卫星导航定位系统是一个国家的信息基础设施。
• 卫星导航产业已成为全球发展最快的三大信息产业之一。
• 卫星导航定位产业是 一个蓬勃发展的高科 技信息产业，是继通 信 、 互 联 网 之 后 的 IT 产业第三个新增长点。 • 其市场增长率普遍以 20%的速度递增。 • 卫星导航产业已经成 为 21 世 纪 最 热 门 的 投 资和创业领域之一。
空间部分-星座
同步轨道
13,000 km
Zone of space junk
20,230 km 35,420 km
GPS 卫星轨道
• GPS 系统的组成
控制部分（Control Segment）
• GPS 系统的组成
用户部分（User Segment）
• GPS 系统的特点
整体特点
• GPS 的发展历史
1995 系统达到军用完全工作能力（FOC）
1999 欧盟决定构建 GALILEO
2000年5月1日:
美国国防部决定停止全球 SA 性能降级， 增强 GPS 的民用可用性。
GPS的建设，历经20年，耗资100亿美元
• GPS 系统的组成
GPS 系统由三部分组成：
一、广播信号的卫星组成的空间部分；
GPS+GPRS
► 优点：
1.信息传送速度和容量较GSM高很多
2.GPS＋GSM的优点全有
► 缺点：
1.用户设备成本上升，服务费用也上升
2.同样在手机GSM网络覆盖不足的地区，该 系统功能wenku.baidu.com效
北斗一号系统
► 优点：
1.定位和通信在同一个信道中完成，系统结 构简单 2.全部使用卫星系统（未使用基站系统）， 系统覆盖面广，无盲区 3.控制中心建设相对简单
► 按装载方式可分为：
手持式、车载式、舰载式和机载式等。
► 按用户使用级别可分为：
军用1级、军用2级和民用。
我国二代卫星导航定位系统概况 （1）GEO+MEO或IGSO （2）被动定位 （3）保留、加强短消息功能 （4）兼容“北斗一号” （5）走跨越式发展之路 （6）存在大量技术和管理问题
四、车辆管理组网方案
一、全球覆盖
任何地方至少能同时看到6到11颗卫星
二、全天候
不受气象条件和昼夜变化的影响
三、高精度
四、多用途
• GPS 系统的特点
技术特点
►定位精度（无SA）
C/A码（SPS）: P码 （PPS）: 测速精度 测时精度
20－40 米 10 厘米 1－3 米/秒 0.1 微秒
►双频接收技术消除电离层折射影响
三、北斗一号系统
导航与定位是与交通、能源、通信等
并列的信息基础性产业之一，对国民经济
的发展和国防力量的建设具有非常重要的
意义。
现在，我国自主研制的“北斗一号”
卫星导航定位系统已经开始正式运转，我
国的卫星导航定位事业进入了一个崭新的
蓬勃发展的阶段。
• 美 国 —— GPS • 俄罗斯 —— GLONASS
• 中 国 —— COMPASS（北斗）
现在，我国自主研制的“北斗”卫星导 航定位系统已经开始正式运转，我国的卫星 导航定位事业进入了一个崭新的蓬勃发展的 阶段。
我国成为继美国、俄罗斯之后第三个拥 有自主卫星导航定位系统的国家。
• “北斗一号”系统由 是我国自己建设的具 有完全自主知识产权 的第一代卫星定位和 通信系统。它能为用 户提供快速定位、简 短数字报文通讯和授 时三项服务。
系统的主要指标
► 快速定位（导航）：
同时向用户及主管部门提供定位导航信息 定位精度：20米/100米 （有标校/无标校）
► 简短数字报文通信：
用户与用户、用户与指挥中心之间 每次最多可以传送120个汉字或1680比特 特快通信每次最多13个汉字 信息速率：入站8kbps，出站16kbps
► 授时：
工作在L波段 L1: 1575.2 MHz
L2: 1227.60 MHz
►导航战考虑：SA（选择可用性）、Anti-Sproof
• GPS 系统的特点
与北斗一号双星定位系统的区别
一、无源定位
由用户机自己计算定位结果，无需发射信号
二、没有报文通信能力
用户机只有接收链路，不能双向互通信息
三、耗资巨大，维护费用高
北斗一号系统
► 缺点：
1.用户设备成本较高
2.信号强度较弱，城市环境应用受限
3.用户容量及服务频度受限
4.传送数据量及速率与GSM相当且受限
在地球不规则球面的基础上增加用户高程，
获得一个“加大”的不规则球面； 圆与不规则球面相交，得两个点，分别位 于南北半球，取北半球点。
北斗卫星
北斗卫星
空 间 段
中心站系统 地 面 段
E 112°52’23.8’’ N 28°12’58.2’’
用 户 段
用户机
定位流程
1. 2.
3.
4.
5.
中心站通过卫星持续广播出站信号； 用户机接收出站信号，向卫星发射入站信号（等效 于反射），卫星转发至中心站。入站信息中同时包 含用户机高程信息； 中心站测得信号往返时间，求出卫星到用户机距离， 同时解调出用户高程信息，利用三球交会原理计算 用户位置； 中心站将用户位置信息加入出站广播电文中，通过 卫星发送给用户； 用户接收出站信号，解调出定位信息。
“北斗一号”卫星导航定位
系统是利用地球同步卫星为用户
提供快速定位、数字报文通信和 授时服务的一种新型、全天候、
区域性的卫星定位系统。
同步卫星1
同步卫星2
定位位置
“北斗一号”卫星导航定位系统的“三球交汇”定位原理
以两颗同步卫星为球心，以卫星到用户接
收机天线距离为半径，构成两个球面
两球面相交得一圆，该圆垂直于赤道平面
单向授时精度100ns 双向授时精度20ns
系统其它基本指标
►卫星覆盖区域：
东经70度～145度，北纬5度～55度 ►系统容量： ≥ 54万个用户 ► 重叠入站信号分辨率 ≥ 0.7微秒 ►系统出站容量 300个用户/秒
用户机分类
► 按用途可分为：
定位通信型、通信型、授时型、OEM专 用型和指挥型。
二、控制整个系统运行的控制部分；
三、各种类型的 GPS 接收机组成的用
户部分。
• GPS 系统的组成
• GPS 系统的组成
空间部分-星座
（Space Segment-Satellite Constellation）
► 24
颗工作卫星 ► 3 颗备份卫星 ► 地表 20230Km 近圆轨道 ► 约 12 小时的运行周期 ► 6 个轨道平面: 55° 倾角 每个轨道4颗卫星
• “北斗一号”系统服务区覆盖我国和周边地区，可以保证 我国重点用户在导航定位方面不依赖于美国的 GPS 或俄罗 斯的GLONASS系统。 • “北斗二号”系统将扩展为全球卫星导航定位系统。 • 这是我国全部自主研发的卫星导航定位系统，是我国卫星 导航应用产业的基础。
• 美国GPS系统
系统设计合理，功能强大；发展时间长，系统稳定；应用 广泛，接收机技术成熟。 • 唯一劣势就是系统不包含通信信道 必须与其他数传通信系统合作进行，这增加了系统的复杂 性，降低了系统的实用性 • 中国的“北斗”卫星导航定位系统自身包含了通信信道， 定位与位置报告可以在同一信道中完成。
• GPS 的发展历史 1973 美国国防部（DoD）开始部署研制 GPS ，GPS项目启动 1978 第一颗 GPS Block I 卫星发射成功 1989 开始发射新一代 GPS Block II 卫星 1992 GPS 系统开始正式全负荷运行，星 座中布满 24 颗导航卫星 1993 系统达到初始工作能力（IOC）
系统技术特点
► 有源主动定位系统，可实现双向数字报文通信。 ► 用户按ID号分为三类。 ► 系统为通信链路提供了一次一密的加密功能（机密
级）。 ► 用户机必须进行入网认证，入站必须进行身份验证。 ► 采用短突发伪码直接扩频通信体制，抗截获、抗干 扰、抗反辐射导弹。
系统的主要功能
（ 1 ）定位（导航）：快速确定用户所 在点的地理位置，向用户及主管部门提 供导航信息。 （ 2 ）通信：用户与用户、用户与中心 控制系统之间均可实行双向简短数字报 文通信。 （ 3 ）授时：中心控制系统定时播发授 时信息；为定时用户提供时延修正值。
GPS+GSM
► 优点：
1.用户端设备便宜且成熟可靠
2.GPS在城市环境中可用性高
3.系统集成方案已很成熟，并且被普遍应用
4.用户容量和服务频度不受限制
5.入网手续简单，只需申请GSM服务ID （即手机号码）
GPS+GSM
► 缺点：
1.在手机GSM网络覆盖不足的地区，该系 统功能失效，指控中心失去目标 2.GSM信道在传输大量数据时性能不佳
二、 GPS系统概述
• GPS 系统 GPS (Global Position System)，是美国 导航星 NAVSTAR/GPS 系统的简称，又称 作全球卫星定位系统，是由美国国防部负 责研制、主要满足军事需求，用于地球表 面及近地空间用户（载体）的精确定位、 测速和作为一种公共时间基准的全天候星 基无线电导航定位系统。
卫星导航定位系统
一、 卫星导航定位系统
• 卫星导航定位系统是一个国家的信息基础设施。
• 卫星导航产业已成为全球发展最快的三大信息产业之一。
• 卫星导航定位产业是 一个蓬勃发展的高科 技信息产业，是继通 信 、 互 联 网 之 后 的 IT 产业第三个新增长点。 • 其市场增长率普遍以 20%的速度递增。 • 卫星导航产业已经成 为 21 世 纪 最 热 门 的 投 资和创业领域之一。
空间部分-星座
同步轨道
13,000 km
Zone of space junk
20,230 km 35,420 km
GPS 卫星轨道
• GPS 系统的组成
控制部分（Control Segment）
• GPS 系统的组成
用户部分（User Segment）
• GPS 系统的特点
整体特点
• GPS 的发展历史
1995 系统达到军用完全工作能力（FOC）
1999 欧盟决定构建 GALILEO
2000年5月1日:
美国国防部决定停止全球 SA 性能降级， 增强 GPS 的民用可用性。
GPS的建设，历经20年，耗资100亿美元
• GPS 系统的组成
GPS 系统由三部分组成：
一、广播信号的卫星组成的空间部分；
GPS+GPRS
► 优点：
1.信息传送速度和容量较GSM高很多
2.GPS＋GSM的优点全有
► 缺点：
1.用户设备成本上升，服务费用也上升
2.同样在手机GSM网络覆盖不足的地区，该 系统功能wenku.baidu.com效
北斗一号系统
► 优点：
1.定位和通信在同一个信道中完成，系统结 构简单 2.全部使用卫星系统（未使用基站系统）， 系统覆盖面广，无盲区 3.控制中心建设相对简单
► 按装载方式可分为：
手持式、车载式、舰载式和机载式等。
► 按用户使用级别可分为：
军用1级、军用2级和民用。
我国二代卫星导航定位系统概况 （1）GEO+MEO或IGSO （2）被动定位 （3）保留、加强短消息功能 （4）兼容“北斗一号” （5）走跨越式发展之路 （6）存在大量技术和管理问题
四、车辆管理组网方案
一、全球覆盖
任何地方至少能同时看到6到11颗卫星
二、全天候
不受气象条件和昼夜变化的影响
三、高精度
四、多用途
• GPS 系统的特点
技术特点
►定位精度（无SA）
C/A码（SPS）: P码 （PPS）: 测速精度 测时精度
20－40 米 10 厘米 1－3 米/秒 0.1 微秒
►双频接收技术消除电离层折射影响