摘要：采用高灵敏、高定位精度、高可靠性的北斗-GPS双模车载导航系统，可以很大程度上弥补GPS的技术应用弊端，提升整体汽车产业的技术水平，增强中国汽车行业在国际上的影响力和话语权。

    自GPS问世以来，许多领域由于GPS的出现而产生革命性变化。电力、有线电视、城市地下管道采用GPS来布设线路，公安、银行、医疗、出租车等行业用GPS营建紧急救援或报警系统。但是，美国GPS不保证“非常时期”提供服务，中国国防需要自主卫星提高战略打击和协同能力，以及综合保障能力；以通信、电力为代表的国家命脉行业需要自主的北斗系统来提供通信、授时服务，以保证全网同步运营；由于GPS顶层算法不公开，中国卫星设备和服务商无法占据产业价值链的有利位置，出于扶持国内卫星产业的考虑，需要加快北斗卫星系统的发展。
    北斗卫星导航系统是中国独立发展、自主运行，并与世界其它卫星导航系统兼容互用的全球卫星导航系统。系统除了能够提供高精度、高可靠的定位、导航和授时服务外，还具备短报文通信、差分服务和完好性服务特色，是我国国家安全、经济和社会发展不可或缺的重大空间信息基础设施。
    截至2012年12月27日，北斗卫星导航系统组网卫星已达到16颗，在中国和周边地区已经可以独立地提供卫星导航、定位、授时服务，2020年将形成由30多颗卫星组网具有覆盖全球的能力。北斗的汽车导航精度和GPS不相上下，且抗干扰能力更好，能克服GPS经常出现的盲点，至此中国正在步入北斗应用时代。
    在诸多应用中，汽车导航无疑是卫星导航系统最亲民的用场，也是北斗与GPS竞争的主战场之一。进入21世纪以来，中国汽车工业发展迅速，至2012年，中国汽车产销量双双突破1900万辆，连续4年位居世界首位。中国汽车工业成为世界汽车工业重要组成部分。近年来，随着移动互联、远程通信、语音技术、汽车数据总线技术的快速发展，以及新一代信息技术与汽车技术的结合，世界各国的汽车产业重心正在从传统汽车制造向汽车信息服务快速转移，汽车信息服务业得到发达国家及其汽车公司的高度重视。发展汽车信息服务系统将本着产业融合、技术融合、军民融合的原则，北汽将军车开发的成功经验移植到民用车型上，使北斗与GPS在应用上形成优势互补。

    1 北斗卫星导航定位系统
    1.1应用特点
    北斗卫星导航定位系统由空间卫星、地面主控站（控制中心）与标校站和用户终端设备三大部分组成，它具有快速二维定位、双向简短报文通信和精密授时三大基本功能。北斗卫星导航定位系统主要应用特点如下：①系统覆盖中国全部国土及周边地区。②系统定位、授时精度能满足导航定位需要。重点区域（PROP≤4）：水平≤10M，高程≤10m；非重点区域：水平误差≤20 m （95%，双频定位，HDOP≤ 5 ），高程误差≤20 m （95%，双频定位，VDOP≤5）。③系统双向报文通信功能应用优势明显。
    北斗系统的上述特点，适合中国全境范围内的使用要求，在测绘、电信、水利、交通运输、勘探等相对较低的民用领域进行导航定位、报文通信和授时服务等应用。

    1.2系统工作原理
    北斗卫星定位系统解算出用户到第一颗卫星的距离以及用户到两颗卫星距离之和，从而知道用户处于以第一颗卫星为球心的一个球面、以两颗卫星为焦点的椭球面的交线上。中心控制系统从存储在电脑内的数字化地形图查询到用户高程值，并可知用户出于某一与地球基准椭球面平行的椭球面上。从而，中心控制系统可计算出用户所在点的三维坐标，此坐标经加密由出站信号发送给用户。

    1.3优势
    同时具备定位与通信功能，无须其他通信文件支持；融合北斗导航定位系统和卫星导航增强系统两大资源，提供更丰富的增值服务；覆盖中国及周边国家和地区，24小时全天候服务，无通信盲区，特别适合于大范围移动目标监控与管理自主系统；高密度加密设计安全、可靠、稳定，适合关键部分应用。

    2 GPS导航与北斗-GPS双模导航对比分析
    北斗-GPS双模导航，即采用北斗卫星导航系统和GPS全球卫星定位系统相结合进行双系统导航。下面介绍其导航特点及定位原理。
    2.1 GPS导航
    GPS系统主要由空间星座部分、地面监控部分和用户设备三大部分组成。
    GPS空间部分是由24颗卫星组成，即21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星。这24颗卫星分布在6个倾角为55°的轨道上绕地球运行，各个轨道平面之间相距60°，轨道平均高度20 200 km。卫星的运行周期（即绕地球一周的时间）约为12恒星时（11 h58 min）。为了计算监测站的三维坐标，必须观测4颗GPS卫星，每颗卫星都发出用于定位导航的信号，用户利用这些信号进行定位。
    GPS卫星空间星座的分布保证了在地球任何地点、任何时刻至少有4颗卫星同时被观测，加之卫星信号的传播和接受不受天气的影响。因此，GPS是一种全球性、全天候的连续实时定位系统。
    GPS控制部分由分布在全球的若干个跟踪站所组成的监控系统构成，根据其作用不同，这些跟踪站又被分为主控站、监控站和注入站。
    GPS的用户部分由GPS接收机、数据处理软件及相应的用户设备等组成。GPS接收机主要接收GPS卫星发射的信号，能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，并跟踪这些卫星的运行，获得必要的导航和定位信息及观测量；对接收到的GPS信号进行变换、放大和处理，以便测量出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时计算出测站的三维位置，甚至三维速度和时间。并经过简单的处理实现实时的导航和定位。
      其工作原理是以GPS卫星和用户接收机天线之间距离（或距离差）的观测量为基础，根据已知的卫星瞬间坐标来确定用户接收机所对应的点位三维坐标（x ，Y ，z）。GPS定位的关键是测定用户接收机天线至GPS卫星之间的距离。

    2.2北斗-GPS双模导航
    北斗-GPS模双系统导航技术，实际上在“双保险”的情况下能保证卫星更多，在城市复杂交通情况下，更能准确导航。经过实际路试，信号覆盖较弱的山林地区、道路复杂的立交桥等地运行轨迹对比，双模导航精度更有优势。
    在中国境内，北斗地基差分增强系统正在快速建设当中，目前已经在某些区域开始投入使用。GPS的空基差分系统在中国有时候收不到，定位精度飘忽不定。北斗-GPS双模可以接收中国境内的地基增强系统，提高定位精度达到2m以内；而且因为地基站的密集，使这种差分定位的稳定性相当高，在一些纯GPS道路识别难度大的地方就会明显体现出优势；在城市峡谷、遮挡较严重的地方，增加可见的卫星数量。对于导航引擎，卫星是北斗或GPS是不去区分的，拿到卫星信号以后一起参与计算。例如，在一片天空下有2颗GPS卫星、1颗北斗卫星，那么纯GPS不能定位，北斗-GPS双模则可以进行2D定位。又例如，只可见3颗GPS卫星、1颗北斗卫星，则纯GPS只能2D定位，北斗-GPS双模则可以进行3D定位。2.3对比分析
    1）卫星数量和轨道特性北一斗导航系统是在地球赤道平面上设置2颗地球同步卫星，2颗卫星的赤道角距约60°。 GPS是在6个轨道平面上设置24颗卫星，轨道赤道倾角55°，轨道面赤道角距60°。卫星为准同步轨道，绕地球一周11 h58 min
    2）定位原理北斗导航系统是主动式双向测距二维导航。地面中心控制系统解算，供用户三维定位数据。GPS是被动式伪码单向测距三维导航。由用户设备独立解算自己三维定位数据。
    3）定位精度北斗导航系统三维定位精度约几十米，授时精度约100 ns。 GPS三维定位精度P码目前己由16m提高到6 m， C/A码目前己由25～100m提高到12m，授时精度口前约20 ns。

    3 军用车型应用
    某军车车型为满足信息平台的要求，装配北斗-GPS车载双模一体机，通过北斗卫星导航定位系统的应用终端，连接用户和上级指挥系统的重要环节，是该系统发挥预定战术技术指标、达到实战应用目标的关键设备。它不但具有北斗定位、通信、导航和校时的功能，还具有GPS导航定位的功能。其主机和显示屏如图1所示。

    1）定位功能具有BD-2系统单频点和双频点定位功能；提供位置报告、定位坐标地图标示、接收和显示友邻位置功能。
    2）通信功能用户机提供汉字、代码和混合3种电文的收发功能，用户之间可以互发短信；提供通讯录管理功能，支持拼音首字母查询。
    3）导航功能支持民用导航图、军用地形图和影像图等多种地图；具有道路导航功能，支持模拟导航，可进行语音和文字的导航导引；具有航线导航、航迹保存和回放功能；基于地图的距离量算、方位量算、面积量算和道路规划功能；关键字查询、分类查询、领域查询和坐标查询等多种地址查询功能；定位信息的地图显示、道路匹配纠正功能。
    4）电源管理过流、过压、欠压或偶然极性反接时自动保护功能；内部数据掉电安全保护功能。
    5）数据同步数据的导入导出和地图数据的下载；支持软件升级功能。
    6）辅助功能提供坐标点距离计算、坐标转换、图号计算、日历、计算器等辅助功能。
    7）操作方式支持键盘和触摸屏两种操作方式；提供拼音、笔划、数字、字母和手写等输入方式。
    8） RNSS部分可接受BD-2卫星信号及GPS信号，实现实时导航、定位、定时等功能；具有BD-2系统一单频（B3）、双频（B3、B1频点）和GPS/BD-2兼容定位等多种定位方式；支持精密测距码直接捕获和引导捕获两种方式，可按指定方式进行；支持系统完好性信息处理和自主完好性监测（RAIM）及告警功能。
9） RDSS部分定位：用户机实现定位申请和定位信息的接收。通信：用户机实现通信申请和通信信息的接收。位置报告：响应RDSS中心控制系统“抑制”和“永久关闭”指令的功能。

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