網上營業廳
掌上營業廳
在信息化的社會里，衛星導航系統已然成為人們日常生活中的重要基石，無論在導航指引、精準定位，還是應急通信服務領域，它都扮演著舉足輕重的角色。
自20世紀末以來，GPS作為全球衛星導航系統領域的先驅便以其全球覆蓋、高精度定位等優勢成為了導航技術的“代表”。它的出現極大推動了軍事、航空、航海等領域的導航精確度，深刻改變了人們的日常生活，可以說從智能手機的地圖導航到物流運輸的精準追蹤，GPS無處不在！
而北斗作為中國航天科技的重要成果，它在發展中逐漸形成了自己的獨特優勢。北斗不僅提供了與GPS相媲美的全球定位服務，更在短報文通信、星基增強等特色功能上獨樹一幟，其精度與可靠性在亞太區域內得到了廣泛認可。
那么，北斗和GPS有什么區別？它們各自的優點又是什么呢？如果之前“北斗”對你來說還只是一個名詞，那么看完今天的文章，你就不再是一個北斗“小白”了！
一、全球衛星導航系統是什么？
在深入探討GPS與北斗之前，讓我們首先理解一個基礎而關鍵的概念——全球衛星導航系統（Global Navigation Satellite System, 簡稱GNSS）。它是一種通過衛星提供定位、導航和授時（PNT）服務的系統。系統可以通過利用在軌衛星的電波信號，實現測距、三維定位和測速等功能，能在地球表面或近地空間的任何地點為用戶提供全天候的三維坐標、速度和時間信息。
根據全球衛星導航系統國際委員會公布，全球共有四大衛星導航系統供應商，他們分別是：中國北斗衛星導航系統（BDS）、美國全球定位系統（GPS)、俄羅斯格洛納斯衛星導航系統（GLONASS）以及歐盟伽利略衛星導航系統（GALILEO），它們之間是兼容和互操作的關系，不是非此即彼。
二、GPS與北斗的核心區別
全球定位系統GPS（Global Positioning System）由美國國防部于1973年組織研制，歷經20年，耗資高達300億美元。于1994年問世。雖然該系統最初是為軍事導航與定位而生，它卻在發展中走進了千家萬戶，并逐漸具備了全球性、全天候、高精度、快速實時的三維導航、定位、測速和授時功能。
北斗衛星導航系統（BDS,BeiDou Navigation Satellite System）由中國自主建設、獨立運行，是一種著眼于國家安全和經濟社會發展需要，與世界其他衛星導航系統兼容共用的全球衛星導航系統。它旨在為全球用戶提供全天候、全天時、高精度的定位、導航和授時服務。
01 衛星數量與布局
在衛星布局上， GPS目前在軌衛星31顆，均勻分布在6個軌道平面內，以55°的傾角環繞地球，平均高度達20200公里，運行周期精準控制在11小時58分鐘，確保了全球定位系統的連續覆蓋和準確性。
而北斗系統則采用了更為復雜的衛星構成。截至目前，北斗系統在軌衛星已達59顆。這些衛星分別位于中圓地球軌道、傾斜地球同步軌道和地球靜止軌道，通過精密的布局與協同工作，確保了北斗系統在全球范圍內的穩定覆蓋與高效服務。
02 定位精度
作為目前商業應用最廣的衛星導航，GPS系統的衛星定位精度在2023年10月份達到了0.1米的水平，也就是說，GPS系統能夠測量出用戶位置的誤差在0.1米以內（根據美國國家空間政策委員會（NSpC）的報告）。
根據中國衛星導航系統管理辦公室（CSNO）的報告，北斗系統的衛星定位精度在2023年10月份達到了2.5米的水平，這意味著北斗系統能夠測量出用戶位置的誤差在2.5米以內，這是目前世界上第三高的衛星定位精度，也是中國在衛星導航領域的技術成就。 同時，結合地基增強技術，北斗可以提供厘米級甚至毫米級的定位服務。這主要依賴于地面上的高精度增強網，該網絡通過實時處理和事后處理，能夠顯著提高定位精度。
作為全球第一個采用三頻信號定位的衛星系統，北斗系統隨著技術的不斷進步和地面基站等輔助設施的完善，其定位精度也可比肩GPS。
03 定位原理
GPS系統利用多顆衛星在空中連續發送帶有時間和位置信息的無線電信號，用戶設備接收這些信號，并通過測量信號從衛星傳輸到接收端的時間差來計算距離，進而利用三角定位原理確定自身的三維位置。在這個過程中，用戶設備需獨立解算定位數據，因此GPS定位的實時性較好。
而北斗導航系統則可以提供無源和有源兩種定位體制。無源定位即目前GPS系統的定位體制，其運行方式為衛星廣播定位信號，用戶端負責接收處理；而有源定位是允許用戶端發送定位請求，衛星收到信號后反饋定位信息，也就是與衛星進行雙向通信。
北斗導航系統的定位方式也和GPS不同，其定位原理是基于主動式雙向測距。終端不僅要接收來自衛星的信號，還要向衛星發射應答信號，通過終端發送定位請求到地面的服務基站，再由基站溝通衛星，計算終端到地球地心的距離，衛星到終端的距離，最后解碼算出坐標之后再發送給終端。由于這個過程中地面基站會保存每個終端的位置，因此北斗系統對用戶設備的容量有一定的限制。
04 功能特點
在功能方面，GPS和北斗系統都提供了定位、導航和授時服務。而北斗系統還具備獨特的雙向報文通信功能，這是其他導航系統不具備的。這意味著北斗系統的用戶終端可以發送包含40—60個漢字的短報文信息，這在某些特定場景下非常實用，比如應急通信或偏遠地區的通信。如果是在中國及周邊地區，一次可以發 1000 個漢字，它可以不受周圍基礎設施的限制，只要有衛星信號就能隨時隨地進行通信。比如，2021年云南“象群迷路”事件中，北斗系統就派上用場，默默守護著象群。
三、你的手機里有北斗嗎？
GPS原本是全球定位系統的通用稱呼，但由于美國率先開發了定位系統并使用了這個名字，讓它與美國全球定位系統緊密相連。但實際上，現在的手機芯片大多非常智能，它們能夠兼容并處理來自多個全球衛星導航系統的信號，比如中國的北斗、歐洲的伽利略等。
當你使用手機進行導航時，它其實是在綜合多個衛星系統的信息，為你提供最準確的定位服務。所以，你的手機是否在使用北斗，關鍵不在于你聽到了什么名字，而在于它的“心臟”——芯片。只要芯片能夠接收并解析北斗的信號，那么你的手機就是在用北斗來為你指引方向。
值得一提的是，現在中國市場上的智能手機對北斗的支持度非常高。2023年國內智能手機出貨量為2.76億部，其中 2.69億部智能手機支持北斗定位功能，占比約98%；支持北斗三號短報文功能的國產智能手機，年銷量已經達到數百萬部。部分國產新能源汽車也具備北斗定位或短報文通信功能，基于北斗高精度的車道級導航，已覆蓋全國超過100座城市的普通道路。
從某種程度上來說，北斗替代GPS將指日可待。國內大部分智能手機廠商都內置了北斗導航芯片，完全不需要下載任何軟件。只要手機支持北斗定位，你就可以使用北斗導航。當然，你也可以給你的手機裝個測試軟件試試，比如“GPS狀態”“北斗伴”“AndroiTS GPS Test Pro”等等，就能查看當前衛星狀態。
此外，大部分地圖軟件目前都支持北斗定位，例如高德地圖或百度地圖。
雖然人們可能對GPS的應用更為熟知，但可以預見的是，北斗衛星導航系統的應用前景將愈發廣闊，其市場版圖勢必持續擴張。同時，依托于其不斷強化的創新能力與發展潛力，北斗系統將有力推動社會經濟效益的顯著提升，在GPS長期主導的市場中穩步“開疆拓土”，為全球用戶帶來更加精準、高效、多元的定位導航服務新體驗。
參考資料：
1. 《調整北斗定位優先級，北斗有望取代GPS?》，來源：物聯傳媒，作者：朝霞；
2. 《中國北斗與美國GPS差距有多大？核心數據曝光，日媒驚嘆》，來源：每日經濟新聞；
3. 《42頁PPT，徹底看懂北斗衛星導航系統！》，來源：鮮棗課堂；
4. 《GPS工作原理》，來源：北斗衛星導航系統網站；
5. 《好消息！北斗高精度定位服務已進入大眾手機，精度可達2到3米》，來源：北京日報；
6. 《[科普中國]-北斗導航定位衛星系統》，來源：科普中國，內容貢獻者：徐恒山 - 講師 - 西北農林科技大學；
7. 《全球導航，中國北斗已和美國GPS并駕齊驅》，來源：科普中國。
新浪微博
今日頭條
騰訊微信
