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美国GPS只有24颗卫星而中国北斗有35颗,为何相差11颗?

2020-07-20 19:00阅读(72)

美国GPS只有24颗卫星而中国北斗有35颗,为何相差11颗?:首先你这个问题两者的卫星数量是不准确的,2020年6月23日,北斗三号最后一颗全球组网卫星在西昌卫星发射

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首先你这个问题两者的卫星数量是不准确的,2020年6月23日,北斗三号最后一颗全球组网卫星在西昌卫星发射中心点火升空,北斗卫星再添新成员!截止目前,北斗卫星数已有45颗了(在轨的),而GPS是32颗(8颗备用),北斗多出13颗,主要分布在距地35786公里的GEO和IGSO轨道。



先简单讲讲GPS。GPS需要24颗卫星只是最基本的数目。这个数目可以保证全球每个地方任何时刻至少能看见4颗卫星,通过4个方程可以解出空间三维坐标和时间四个变量。这24颗卫星分布在6个轨道面,每个轨道面有4颗卫星。 GPS系统的接收机都是采用无源定位方式(就是接收机不需要发送信号)。




我们再来讲一下,北斗为什么要45颗卫星?

北斗的发展目标是:建设世界一流的卫星导航系统,满足国家安全与经济社会发展需求,为全球用户提供连续、稳定、可靠的服务;发展北斗产业,服务经济社会发展和民生改善;深化国际合作,共享卫星导航发展成果,提高全球卫星导航系统的综合应用效益。





第一:首先轨道越高,所需的卫星总数就越少,北斗会适当的增大卫星发射功率以保证地面接收到信号的信噪比而不是增加卫星数!

第二:其次美国的GPS六个轨面,并不比北斗的三轨面设计更优,事实上全球四大导航系统中,就只有GPS用的是六轨面,其他三个都是用的三轨面设计!

北斗导航系统现在可以说是世界上第一精密的卫星导航系统,遍布在宇宙中,但是其组成十分的复杂,由近道卫星,远道卫星以及同步轨道卫星三种不同的类型的卫星组成。


能够在星基,精密单位点定位等特色服务上发挥关键作用,而北斗系统现在已经基本上接近于完整。全面覆盖,能够精准的定位到我们的位置,而与GPS的相同,北斗系统更加的精密准确。至于北斗系统都是用无缘接收工作,但是北斗系统多了一个独特的功能,那就是有源接收,地球已同步轨道卫星运动轨迹一致,可以看到卫星静止不动,但是能看到星星在。周围天空划出轨迹。这个就是北斗系统的独特之处。而北斗系统需要35颗卫星的原因,因为覆盖了整个全球,实现了全球定位,系统一和二两部分卫星主要覆盖中国以及周边国家。提高了国内的定位精度与提供服务有重要作用。北斗系统相对于之前美国的那些GPS来说,更加的精准,精确,而且功能更加的复杂完整。实现了真正的全球GPS定位。够更加精准精确的定位到每个人的位置以及提供更好的帮助。北斗系统将是一个独立的,完整的系统,而很多国家正是因为有了GPS才能够实现精准的导弹射击,而北斗系统更加的强大,精准,所以才需要这么多的卫星

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抛砖引玉,简单回答一下。

美国的GPS只有24颗卫星,其实这个是不准确的,应该是32颗卫星,其中8颗是备用卫星,目前工作卫星是24颗而已。

首先说一下,只是GPS定位的话,是需要四颗卫星才能校准的,也就是说开始必须搜索到四颗卫星才可以正常工作,后续移动的时候搜索到三个卫星就可以工作了。

当初美国的设计是尽快全球铺开,GPS可以全球覆盖,于是设计了24颗卫星,分布在6个轨道面,这样设计在地球上任何一个位置可以看到四颗卫星,就可以正常工作了。

北斗卫星发射的晚一点儿,卫星的轨道就要比美国GPS卫星高一点,但是理论上24颗卫星也可以和GPS一样做无源定位。

但是实际上北斗使用了27颗中轨道卫星进行定位,一方面是高了一点儿,需要多一点儿卫星进行定位。另外一方面就是北斗的卫星只有3个轨道面,轨道面夹角是120度,这样一来就需要9颗卫星一组了,3*9=27颗。

北斗的剩余8颗卫星中,有3颗是倾斜同步轨道卫星,起到快速辅助北斗系统组网成型的作用。

另外5颗卫星是静止卫星,是中国北斗独有的功能,是使用有源接收机和收发短报文作用的。

27+3+5=35,所以中国的北斗卫星系统现在就有35颗卫星了。

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在解释这个问题之前,我们先来了解一下卫星定位的原理,其实没什么高大上的,原理很容易理解,当然了不好做。假如地面上有一个点A,我想确定它的位置,现在告诉你A点距离B点5米,这样我们就能大致确定A点在以B为圆心,5米为半径的圆上,再告诉你A点距离C点8米,我们再画出以C为圆心,8米为半径的圆,A点也一定在这个圆上,这样以B点和C点做出的圆要么相交要么相切,如果相切,A点的位置就是切点,如果相交,A点的位置就有两个,不能确定。此时,再告诉你A点距离D点3米,我们再以D点为圆心,3米为半径做出一个圆,这三个圆一定有一个共同的交点,这个交点是唯一的,就是A点的位置。全球卫星定位系统就是这样定位的,只是较为复杂一些。如果粗略的定位,接收到三颗卫星的信号就够了;如果要精确定位,接收到发信号的卫星数量越多就越精确。

美国的GPS定位系统的卫星数目前确实只有24颗,其中21颗为运行卫星,3颗为备用卫星(人教版高中地理必修3教材上的数据)。它们分布在距离地面约2万千米的中圆轨道上,共占用了6个轨道,每个轨道上有4颗卫星。由于美国的GPS系统是上世纪70年代开始研制,90年代初建成,当时对它的功能定位主要是空间定位、导航、授时。所以只要在全球任何时间任何位置能够接受到至少4颗卫星的信号就能进行空间定位了,不需要太多的卫星数量。

而我们的北斗三号卫星定位系统的组网卫星数量为30颗,并不是35颗。其中24在2万多千米的中圆轨道上运行,是进行全球定位服务的核心星座,这和美国的相同,不同的是,我们还有3颗在3.5万千米的地球静止轨道(赤道上空)上运行的卫星,它们有一个非常重要的作用就是短报文通信,这是美国的GPS所不具有的功能,另外还有3颗在3.5万千米的倾斜地球同步轨道上运行的卫星,它们3个时时刻刻都在亚太地区的上空,使北斗系统在亚太地区的卫星数量更多,性能更优。

所以,我们的卫星数量比美国多,主要是功能增多了,并为重点地区(亚太地区,毕竟中国在这里)增强了服务。这就是后发优势。

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北斗卫星建设是中国战略事业重要的一环。当然,国防安全是建设北斗最重要的原因。在地理信息如此重要的战场,必须握有自己的知识技术产权和产品。虽说GPS的民用在中国是免费的,但是如果战时美国关闭或者利用其“SA政策”对GPS“做手脚”,那么对到时依赖GPS的国家来说,无疑是致命的。

北斗卫星起步在1992年,在2012年实现区域覆盖能力,可谓亚洲国家提供服务,如今也已经走出国门,受到东南亚国家的欢迎。

1.三频信号

北斗使用的是三频信号,GPS使用的是双频信号,这是北斗的后发优势。虽然GPS从2010年5月28日发射了第一颗三频卫星,但等到GPS卫星全部老化报废更换为三频卫星还好几年。这几年就是北斗的优势期。三频信号可以更好的消除高阶电离层延迟影响,提高定位可靠性,增强数据预处理能力,大大提高模糊度的固定效率。而且如果一个频率信号出现问题,可使用传统方法利用另外两个频率进行定位,提高了定位的可靠性和抗干扰能力。北斗是全球第一个提供三频信号服务的卫星导航系统。

电离层会影响电磁波传播,是卫星导航定位的最大误差源,必须消除。电离层的干扰与卫星信号频率相关,因而采用至少双频信号可以构建电离层延迟修正模型最大限度去除这部分干扰因素,对定位精度的提升非常显著,三频则可以构建更复杂模型消除高阶影响。北斗在三个频段上发射也增加了不同信号(军用、民用)的调制选项,抗干扰能力得到提升,也提高定位可靠性。

2.有源定位及无源定位

有源定位就是接收机自己需要发射信息与卫星通信,无源定位不需要。北斗一代的有源定位,有源定位技术只要两颗卫星就可以完成定位,但需要信息中心DEM(数字高程模型)数据库支持并参与解算。它在北斗二代上被保留下来,但不作为主要的定位方式。而北斗二代使用的是无源定位,和GPS是一样的,不需要信息中心参与解算,有源定位则作为补充功能。

这个功能的好处是当你观测的卫星质量很差,数量较少时(理论上,无源定位至少要4颗卫星才能解算 XYZ 和时间四个未知参数,实际需要的更多),仍然可以定位。这个功能对于紧急情况会比较有用,比如在山谷中,观测条件非常差,能知道大概位置也是非常重要的。坏处是在战争中会暴露你的位置信息。

需要信息中心参与解算是因为\"“资源有限”,比如,某北斗一代手持机,每 60秒可以定位一次,不能频繁定位,以保证信息中心不能过载。但是北斗一代不能民用的主要原因却不是因为这个。

北斗一代称为北斗卫星实验系统(RDSS),北斗二代称为北斗卫星导航系统(RNSS),“一代,二代”是为方便称呼。从名字上就可以知道,北斗一代只是做个内部实验而已,检验一下我们的理论、技术是否可行,定位精度如何,再进行后续改进,设计的初衷根本没打算民用啊。

3.短报文通信服务

北斗还有一个独门绝活:短报文系统,简而言之是通过卫星实现天地双向通信。其他三大系统都不存在接收机和卫星之间的双向通讯,只是单向接收。北斗这功能意味着卫星可以向拥有此项授权服务的接收机发送专属讯息,例如大洋之上、深山老林等特殊情况并没有任何手机信号,发生紧急情况时高轨北斗卫星可以及时与地面互动。对于军事行动的意义更是无法形容08年汶川地震的时候,震区唯一的通讯方式就是北斗一代。这一特色功能毫不意外在二代中保留下来。但是这个功能也是有容量限制的,所以并不适合作为日常通信功能,而是作为紧急情况通信比较合适。

4 境内监控

卫星定位系统一般由三部分组成:空间星座部分,地面监控部分和用户接收机部分。其中,地面地面监控部分又由三大部分组成:监控站,主控站,注入站。

GPS系统在全球建 5个监控站,1个主控站和3个注入站以保证卫星运行,这些站都设在美国国土上,并且在全球分布很均匀。包括美洲大陆的美国本土,太平洋的关岛和夏威夷、印度洋的迭哥枷西亚以及大西洋的阿森松群岛。中国没法把监控站建到全球,所以中国在设计北斗系统时必须考虑到,地面监控部分只建在中国境内,就能够保证整个系统的正常运行。在境外建站也不是不可以,只是就算建了,也只起到提高精度的作用,绝对不能作为控制功能。这本来是北斗的劣势,境内监控是被逼出来的,没有其他选项,但现在成了北斗的安全优势,不用受制于其他国家。

如今中国境外的首个陆地遥感卫星数据接收站 “北极站 ”,将于今年在瑞典开工建设,预计两年建成。中国将在南美洲的阿根廷建造首个境外卫星跟踪站。从南美到北极,中国卫星产业开启全球化模式。

5.分步开通

GPS必须整个系统建成后才能使用。目前北斗的14颗在轨卫星使用了5颗地球静止轨道(GEO)卫星,5颗倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星,4颗中高度圆轨道(MEO)卫星。北斗的星座方案来之不易,许院士说当时有几个方案参与竞争,光是方案的修改论证就持续了整整三年,最后确定的这个方案不敢说没有缺点,但绝对是所有方案里最好的一个。言归正传,北斗卫星导航系统在这个创新的空间星座支持下,仅仅发射了16颗卫星,就于2012年12月27日在亚太地区正式开通运行。这有利于加快北斗的商用进程,有利于对后续的系统做进一步改进,有利于加快北斗产业链的成熟。毕竟北斗的最大市场肯定是中国嘛,先让北斗系统在亚太地区发展几年,让芯片成熟几年,想推广到全球的时候也会相对容易。而且亚太地区的卫星利用效率肯定也更高,更值得优先投资。

6.局部加强,逐步成熟

理论上 GPS在全球的定位精度是相当的。北斗系统针对中国及其周边地区是特别加强过的,在国内卫星的几何条件比较好。单点定位的精度取决于两个方面:一是观测量精度,二是所观测卫星的空间几何分布。

目前魅族MX4,MX4pro,小米4,华为G7,三星S5,NOTE4现在均已支持 GPS、GLONASS、北斗。可以看到,兼容三大导航系统已经是大势所趋,相信在不久的将来,兼容北斗的终端将会越来越多。

7.定位精度

北斗系统定位精度由水平25m、高程30m,提高至目前水平10m、高程10m,测速精度由每秒 0.4米,提高至0.2m,受时精度优于20ns,目前在中国及周边地区,北斗系统服务性能与GPS相当。 许院士讲座时说,他们的实测精度(按中误差算)可以达到水平 4—5m,高程 5-6m的精度水平。许院士表示,北斗在刚投入使用就能达到如此精度,这连他们设计北斗系统的时候都没想到,已经非常满意了,而且北斗还有很大进步空间,精度还能进一步提高。

上述10m的精度,很多人认为应该是对亚太地区的平均精度。需要注意的是,北斗的平面精度与高程精度是基本相当的,而GPS系统的水平精度确实不错,但是它的高程精度是软肋,比水平精度差得比较多,一般1.5倍到2倍。

GPS定位精度可以达到mm级,这是能实现的,但是不能脱离限制条件而谈。卫星定位方法有很多种形式,如果按用户卫星测量设备在作业中的状态,可分为静态定位与动态定位,若按参考点的位置不同,可分为绝对定位和相对定位。差分技术是基于同步同轨性原理,使用已知点的基准站,计算出改正信息,再发送给流动站,进而改正流动站的瞬时位置。这是针对动态测量的技术,把定位精度由10-40m 提高到小于3m。精度达到mm级应该是静态的长时间的优质观测条件下的绝对定位。具体解释一下,静态,就是要专门建一个房子,专门建一个固定观测墩,这时三脚架精度已经不够,而且还容易被移动。长时间,就是24小时,365天不间断观测,这就肯定要保证有电源,而且要求还很高,不能断电,备用电源神马的一定要有。优质观测条件,就是要没有电磁干扰,没有高达建筑遮挡,人不能随意靠近GPS天线,附近不能有平静水面(会有多路径效应),没有大的山坡。不可或缺的是一台高精度,高稳定性,高品质的 GPS 接收机及其他附属设施(保存、处理数据等功能)。要满足这些条件只能远离城市,在有一定条件的农村,建一个永久的高精度观测站。不是随随便便就能满足这样苛刻条件的,建设和运行成本都非常高。北斗要这么观测,精度肯定也不是10m了,不要随便道听途说了一个数据就说比北斗强,请说明观测条件。特别说明一下,GPS系统使用的是WGS-84坐标系,北斗使用的是CGCS2000坐标系,所以二者的数值不能直接进行比较,需要进行坐标转换,而坐标转换一般会带来精度上的损失。精度是可以在各自坐标系下直接比较的,不用进行坐标转换。

8.促进整个制造业的升级

(1)GPS的芯片那么好用,难道我们北斗系统的芯片不好用就不去努力进步了吗?答案肯定是否定。

建成北斗系统,中国芯片厂商春天到了!虽然目前存在着差距,但是中国的芯片厂商终于可以有机会和国外的芯片厂商在北斗芯片上一较高低,这是完全有可能的。反倒是让国内的芯片厂商生产 GPS 的芯片和国外厂商竞争,那才叫几乎不可能。这就叫打破GPS的垄断地位。专家预测,到2020年,仅北斗卫星导航市场将达到年产值4000亿元人民币,年复合增长率达到 40% 以上。

北斗很赚钱,国家给你创造机会了,这个钱要怎么拿,就看各自的本事了。看看全国遍地开花的北斗产业园就知道机会多难得。整个系统国家只负责空间星座和地面监控部分,这两部分耗资巨大,技术要求高,且具有唯一性,系统性能指标主要取决于这两部分。用户接受设备部分则主要交给市场完成,这部分决定了导航系统的易用性,生态链的活力等,但这部分是人人都可以参与的,替代性非常强。不能提高自身竞争力的产品终究会被替换下场。

(2)北斗系统的精度不够高很大一部分的原因是中国的原子钟不行。

卫星导定位中,时间系统有着极其重要的意义,在由跟踪站对卫星进行定轨时,要求卫星位置的误差小于1cm时,相应的时刻误差应小于2.6μs(1微秒=10-6秒);如果要求测量的距离误差小于1cm时,则信号传播时间的测定误差应小于 0.03ns(1纳秒=10-9秒)。中国的原子钟相对国外产品,体积大、质量重、精度还差了一个量级,这种高精尖的技术国外是对中国禁运的,我们只能靠自己。为什么不行?因为有一段时间原子钟是可以从国外买的,相比起自己研制成本还不高,质量很好,国内直接放弃研制原子钟了。等中国说要建导航系统,国外立刻对中国实施禁运,中国这个时候才赶紧又开始原子钟的研制工作,暂停研制这几年对中国的原子钟发展多可惜,本来技术虽然不算先进,但也勉强跟上世界潮流,现在却拉下一大截,如果中国一直坚持自己研制原子钟,现在的北斗系统精度更高。要不是北斗系统,中国的原子钟技术更是悲剧了。

9.建设速度快

欧洲早在1999年2月10日就提出建设GALILEO系统,在2005年发射了第一颗实验卫星,2008年4月27日,发射第二颗实验卫星,进度比最初的计划推迟了整整五年,2012年10月发射第3第4颗卫星。这四颗卫星组成网络,初步发挥地面精确定位的功能。

北斗的第一颗卫星在2007年4月14日发射升空,2012年10月25日第16颗北斗卫星发射,这是北斗区域网最后一颗卫星,北斗导航工程区域组网顺利完成, 2013年12月27日正式发布了《北斗系统公开服务性能规范(1.0版)》和《北斗系统空间信号接口控制文件(2.0版)》两个系统文件,这是北斗正式商用的标志,所有的厂商都可以根据这两个文件来开发自己的产品。

北斗与GALILEO在使用频率上是有竞争关系的(有重叠),根据“谁先使用谁先得”的国际法原则,中国在 2009 年发射三颗\" 北斗 \" 二代卫星,正式启用该频率,而欧盟连预定的三颗实验卫星都没有射齐。败下阵来,失去对频率的所有权。

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你的情报不准确??美国定位值班的24颗还有替补几颗先后他发射了50多颗。中国现在没有完全确定需要对少颗。我们先后研发了3代定位卫星。现在公布的要发射60多颗卫星完全达到全是3代组网。我们和美国导航不是一个模式所以我们要比他卫星多。我们还可以兼容通信所以我们比他先进不少。

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美国的GPS卫星只有24颗,是固为美国的卫星定位系统左有较好的近地空间,而近地空间卫星轨道资源是有限的,既然最好的卫蜜轨道资源被美国古有了,我国要建立全球卫星定位系统,就只能运用离地球较远的卫星轨道,而这样要覆盖全球做到全球定位所需要的卫星就要比美国的卫星多一倍以上,经测试总体设计需要55颗。这就是为什么我国的北斗卫星导航系统是55颗卫星。