美国GPS卫星导航系统

轨道

高度约20200公里，分布在6条交点互隔60度的轨道面上；

精度

约为10米；

用途

军民两用；

进展

1994年全部建成，正在实验第二代卫星系统，计划发射20颗卫星，定位精度将达1毫米。

2003年5月25日，我国第三颗“北斗一号”卫星发射成功，6月1日，我国自主研发的“北斗运营服务平台”正式开通，这标志着我国已经拥有了完全自主的卫星导航系统，北斗导航定位系统的大规模应用进入了实质性阶段。 我国为何要建自主卫星导航系统？与全球定位系统（GPS）相比，北斗系统有哪些优势和劣势？市场前景如何？北斗星通卫星导航技术公司总裁周儒欣回答了上述问题。

空间部分

GPS的空间部分是由24 颗工作卫星组成,它位于距地表20 200km的上空,均匀分布在6 个轨道面上(每个轨道面4 颗) ,轨道倾角为55°。此外,还有3 颗有源备份卫星在轨运行。卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4 颗以上的卫星,并能在卫星中预存的导航信息还可用一段时间,但导航精度会逐渐降低。

地面控制系统

地面控制系统由监测站(Monitor Station)、主控制站(Master Monitor Station)、地面天线(Ground Antenna)所组成,主控制站位于美国科罗拉多州春田市(Colorado Spring)。地面控制站负责收集由卫星传回之讯息,并计算卫星星历、相对距离,大气校正等数据。

用户设备部分

用户设备部分即GPS 信号接收机。其主要功能是能够捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星，并跟踪这些卫星的运行。当接收机捕获到跟踪的卫星信号后，就可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率,解调出卫星轨道参数等数据。根据这些数据，接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算，计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息。接收机硬件和机内软件以及GPS 数据的后处理软件包构成完整的GPS 用户设备。GPS 接收机的结构分为天线单元和接收单元两部分。接收机一般采用机内和机外两种直流电源。设置机内电源的目的在于更换外电源时不中断连续观测。在用机外电源时机内电池自动充电。关机后，机内电池为RAM存储器供电，以防止数据丢失。各种类型的接受机体积越来越小，重量越来越轻，便于野外观测使用。其次则为使用者接收器,现有单频与双频两种,但由于价格因素,一般使用者所购买的多为单频接收器。

从2004年GPS导航仪在我国被应用到汽车领域始，由于GPS产品的便捷性和实用性，在很短的时间内就被广大消费者所接受和追捧。在市场需求量大，产品利润空间大等有利条件的促使下，中国GPS汽车导航仪等相关产品迅速走上高速发展道路。据不完全统计，至2006年，该年GPS产品销售额已达近50亿元。环比上年增长50.8%以上。

基于GPS产品的快速崛起，这个新兴的产业立即吸引了大量的厂商参与，来角逐和分食这块巨大的蛋糕。从2007年开始，中国GPS产业已进入相对成熟期，这时期市场的需求量进一步扩大，消费者对于GPS产品的认识程度进一步提升。随着大量的厂商参与，激烈的市场竞争环境使得各厂商不得不使尽各路手段来占有市场份额，其中最显著的一点就是压缩利润空间，控制生产成本，降低销售价格，以此来扩大销售额。因而GPS产品的价格呈现出垂直下降的趋势，至2007年，部分品牌产品已接近千元大关。

从大的视野来看，这是不利于GPS产业良性发展的，原因在于大量不具备GPS产品研发和制造的厂商挤进这个行业，带来了制造工艺上的不统一，大量厂商采用OEM代工的方式，从而直接产生了产品质量参差不齐，售后服务不完善等严重制约GPS产业良性发展的后果。表现在产品上除了产品质量不稳定以外，另一方面就是功能款式同质化倾向的滥觞。这些都在极大程度上成为了GPS产品前进的绊脚石。

发展到2009年，市场格局发生了新的变化，中国GPS产业开始呈现出两极化发展趋势。进入新的时期，消费者对于产品的需求开始转向价值上，单纯价格消费固然占据主流模式，但也渐渐出现两极分野。从品牌上看，亦分为两极化发展倾向，一类是以OEM等厂商为代表的加工型品牌，依然利用价格优势走低价路线，其产品依然缺乏创新，质量依然不稳定，资源依然不丰富。随着消费开始趋向理性，单纯以价格取胜的模式将渐渐退出历史舞台。而另一类则是以行业知名品牌如新科、Anygo等为代表的企业，注重在产品研发和程序优化上，为用户带来更人性化、更方便的使用享受。这些品牌注重以质量取胜，以采用加强企业管理，控制生产成本等不影响产品品质的方面降低产品销售价格，从而真正让利于消费者。成为车载GPS发展新的方向，新产品以及新的营销思路将推动整个产业走上理性发展道路。

载波

GPS卫星所用的两个载波均位于微波的L波段，分别称为载波L1和载波L2两个相关的载波信号和相位噪声。载波信号的频率为基本频率的整数倍。

采用L波段的高频率载波可以较为精确的测定多普勒频移和载波相位，提高测速和定位精度。使用两个频率还可以测定电离层延迟。

测距码

测距码有两种，都属于伪随机噪声码（Pseudo Random Noise，简称 PRN）：C/A 码（Coarse/Acquisition Code）和P码（Precise Code）。

C/A码（Coarse/Acquisition Code）是用于进行粗略测距和捕获P码的粗码，也称捕获码。周期为1毫秒，一个周期含有码元即码长=2 - 1=1023，每个码元持续的时间即码元周期=1ms/1023=0.977517微秒，相应的码元宽度为293.05米。C/A码是一种公开的明码，可供全球用户免费使用。但C/A码一般只调制在载波上，所以无法精确地消除电离层延迟。测距精度一般为±（2~3）米。

是开放给民间使用的GPS卫星传送标准定位信号，它包含有GPS接收机用来确定其定位与时间方面的讯息，精确度在100米左右。

这里所提的C/A码是指GPS所散布的序列，以下只讨论L1信号部分。在GPS中用的C/A码是一个群集，它们通常又被叫做伪随机噪声（Pseudorandom Noise,PRN）序列，因为它们有着噪声的部分性质，GPS的C/A码里有着1023个元素，这里面含有512个1与511个0，他们的排列是看起来仿佛随机的，但是却是完全可决定的，因此叫做伪随机噪声序列。

这些序列最重要的性质有两个：

利用这两个性质，可以做GPS信号撷取

P码

P码是精确测定从GPS卫星到用户接收机距离的测距码，也称精码。实际周期为一周，码长为6.1871 × 10码元，码元周期0.097752微秒，相应码元宽度为29.3米。P码同时调制到载波和载波上，测距精度为0.3米。因其巨大的军事价值，1994年起美国实施了AS政策，故目前只有美国及其盟友的军方以及少数美国政府授权的用户才能够使用到P码。普通用户可以先捕获C/A码，在通过导航电文提供的数据计算出P码在整个序列码中的位置。

导航电文

光有测距码用户还不能够得到每颗卫星的详细信息。因此GPS系统将导航电文调制在测距码前，导航电文中包含了反应卫星在空间位置、卫星钟的修正参数、电离层延迟改正数等GPS定位所必要的信息，因此导航电文也称数据码（Data Message，D码）。

导航电文是具有一定格式的二进制码，以“帧”为单位向用户发送。每帧电文含有1500bit，传输速率为50bit/s。每个主帧包含5个子帧：