GPS也有伴儿 解析四大卫星定位系统技术

  纠错  2011/4/1 12:05:00  纠错 推荐指数: ★★★   加入收藏

  如果说到汽车定位导航技术,你首先想到是什么?没错,答案就是美国佬的全球定位系统(Global Positioning System,简称GPS)。自从GPS系统完善之后,人们对卫星定位的依赖也越来越严重,无论是民众需求还是企业需求,或者是更高级的军事与科研需求。所以其他势力非常需要完全属于自己的卫星定位系统,经过多年的努力,终于诞生了其他三种卫星定位系统:伽利略定位系统(欧盟;2014),GLONASS全球卫星定位系统(俄罗斯;未知),北斗卫星导航系统(中国;2012之后)。虽然A-GPS也能定位,但是它并不是卫星定位的原理。

四大卫星定位系统参数对比:

四大定位系统参数比较(以下参数均为民用等级)
 

卫星数量建成之后

轨道高度 位置精度 授时精度 速度精度
GPS(美国)  24颗以上 20200km 6m 20ns 0.1m/s
伽利略(欧盟)  30颗以上 24126km 1m 20ns 0.1m/s
GLONASS(俄罗斯)  24颗以上 19100km 12m 25ns 0.1m/s
北斗卫星导航(中国)  30颗以上 21500km 10m 50ns 0.2m/s

  我们可以在卫星数量上面看出伽利略与北斗卫星系统需要的卫星数量最多,而在轨道高度伽利略定位系统使用的卫星轨道高度最高,所以伽利略系统的覆盖面积是最大的。在位置精度方面伽利略许诺了民用能够达到1米的误差(不过建成实际使用情况不知能否想承诺的一样)。由于北斗系统拥有双向通信的功能,在授时精度方面要差一些,为50纳秒。同时速度精度一样受到授时精度的影响,为0.2米/秒。

  轨道高度:轨道高度是指卫星运行的轨道离地面高度,高度越高代表卫星覆盖的地球表面的面积越大,就是覆盖面越广。

  授时精度:卫星发送报文时里面会存在两个内容,一是卫星自己所处的轨道坐标,二是卫星里面存储的标准时间。授时精度就是从卫星传到地面后可能发生的误差,简单的说就是授时精度越高,定位的精度就越高。

定位原理对比:


目前这三家都使用了单向、终端自定位的方案

  目前这三家都使用了单向、终端自定位的方案。暨卫星发送报文,终端只负责接收,然后由终端自己解码算出自己所处的位置。这种方式非常方便,无论身在地球何处,只要不是在天空被覆盖的地方,就能够定位,包括海洋,沙漠。不过缺点是就不能把自己所在的位置分享出去,如果需要分享,必须要通过其他途径,比如WIFI,GPRS等等。


北斗卫星的工作模式

  北斗卫星导航系统的定位方式不同,他并不是由终端直接接收卫星广播信号去定位的。而是通过终端发送定位请求到地面的服务基站,再由基站沟通卫星,计算终端到地球地心的距离,卫星到终端的距离,最后解码算出坐标之后发送给终端。换句话说,就是地面基站会保存每个终端的位置,不能去地面基站沟通就无法提供定位服务。

四大定位系统定位方式对比(以下参数均为民用等级)
  系统定位方式 可提供定位服务区域
GPS(美国)

单向式,独立式。终端自己解码与定位。

全球全天候
伽利略(欧盟)
GLONASS(俄罗斯)
北斗卫星导航(中国) 双向通信,通过发送定位请求到地面基站,由基站沟通卫星解码定位,并且发送结果到终端上,并且每个终端可以交互位置信息。 中国附近亚洲区域全天候

  虽然北斗系统的定位方式比较复杂,但是它不同于传统的方式就是基站知道每个终端所在的位置,并且能提供120个文字简短报文双向通信。能够在终端发生事故紧急通知基站从而得到救助。同时,北斗系统短距离的与基站的通信方式很有可能能够保证我们在桥底,隧道还能够继续定位。

终端的成本差别:

  终端的价格自然不是小编能够预估的,但是成本肯定是可以通过技术与实现方式猜到。GPS的民用终端就不用说了,一般一个模块大概在100元左右,甚至40元都能够买到一个NOKIA手机的拆卸模块。

  GLONASS/伽利略 与GPS的定位实现方式都基本相同,都是通过接收卫星的广播信号来进行自运算解码定位,那么接收天线、半导体芯片自然是少不了。他们都不具备传出信号的能力,所以不需要其他设备,只不过是接收模块、解码与运算模块。随着方案公司的提供,这些模块完全能够组合在一起,价格估计和GPS差不多,甚至更加便宜。

  但是北斗不同,它除了要接收信号之外,还需要发射模块,目前并不清楚北斗卫星系统的地面基站即将建立的密集度,如果密集度足够的话(如同手机基站一样多的话),那么北斗的终端将不需要太大功率的发射装置,如果基站少的话,那么需要大功率的发射装置,在移动终端上面使用的想法自然就不可能了。而且涉及到大功率发射终端的话,价格自然会上来,而且能耗也会加大。但是北斗的终端由于不需要自己计算位置,所以在芯片的成本有可能会便宜那么一丁点。

四大定位材料与成本比较(以下参数均为民用等级)
  需要使用的材料 成本估计
GPS(美国)

接收天线、解码与运算芯片

接收天线是属于模拟电路的工艺,而且不是大功率,所以价格不会太贵,解码芯片以目前半导体的生产技术自然不会太贵。
伽利略(欧盟)
GLONASS(俄罗斯)
北斗卫星导航(中国) 接收天线,解码芯片、发送模块 除开接收天线与半导体芯片不说,多一个发送模块成本自然会多一点,加上北斗中国特有,加工厂商有限,物以稀为贵,成本自然会比较高。

总结:
  虽然目前还是GPS一家独大的局面,但是随着时间的推移,其他三大定位系统正式开放之后,我们就可以选择更多的定位系统,随着他们竞争的激烈话,降价是必然的事情。最终受益的也是我们车主,因为我们不但拥有了更多的选择方式,还拥有了更加便宜的产品。

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