8天后，緊隨我國北斗三號組網(wǎng)收官衛(wèi)星的成功發(fā)射，北京時間2020年7月1日凌晨（弗洛里達當(dāng)?shù)貢r間6月30日下午），美國卡角發(fā)射場，GPSIII第三顆衛(wèi)星搭載SpaceX公司獵鷹9號運載火箭成功發(fā)射。

Space X公司獵鷹9號火箭

我國的北斗三號系統(tǒng)啟動建設(shè)于2009年，于2020年6月23日已完成組網(wǎng)。GPSIII，即美國第三代全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，啟動建設(shè)于2000年，其衛(wèi)星項目由美國著名航空航天公司洛克希德·馬丁負(fù)責(zé)開發(fā)，單顆造價高達5億美元，首顆已于2018年完成發(fā)射，初期計劃在2023前完成總計十顆GPSIII衛(wèi)星的發(fā)射。

  已經(jīng)完成組網(wǎng)的北斗三號和GPS三代相比我們到底是處于領(lǐng)先還是落后，通過如下幾點核心技術(shù)的對比，或許我們不難得到答案。

定位精度之比

北斗三號的定位精度：全球范圍服務(wù)的精度是10米，亞太地區(qū)可達5米。亞太地區(qū)精度的提高得益于我們獨創(chuàng)的三種軌道混合應(yīng)用，將全球服務(wù)和地域增強有機的結(jié)合。

GPS三代的定位精度由二代的5-10米提高到1米，和歐洲的伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)持平。

上面說的定位精度都是針對民用需求，對于軍用，在輔助裝置的加持增強下，全球四大導(dǎo)航系統(tǒng)都能輕松實現(xiàn)厘米，甚至毫米級的定位精度。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)為地面提供服務(wù)示意圖

厘米級定位精度的意義：

有科學(xué)家做過這樣一個模擬實驗。在完成一次精準(zhǔn)打擊任務(wù)過程中，定位精度同彈數(shù)量、當(dāng)量的關(guān)系是：

（1）當(dāng)定位精度提高1倍，相當(dāng)于提高彈數(shù)量3倍，當(dāng)量提高7倍；

（2）當(dāng)定位精度提高2倍，相當(dāng)于提高彈數(shù)量8倍，當(dāng)量提高26倍；

（3）當(dāng)定位精度提高3倍，相當(dāng)于提高彈數(shù)量15倍，當(dāng)量提高63倍；

看了這個，相信大家也就能理解各國不斷提高導(dǎo)航定位精度的意義了！

東風(fēng)26

衛(wèi)星定位的“心臟”—原子鐘之比

以銫的固有頻率作為基準(zhǔn)頻率定義1秒的長度

北斗三號：采用銣原子鐘搭配氫原子鐘的完美自主解決方案。銣原子鐘體積小、能耗低，頻率穩(wěn)定度，較北斗二號提高10倍，定位精度和授時精度均提高一個量級，它的缺點是有一定老化率。同時北斗三號還配置了精度高、穩(wěn)定性好的氫原子鐘，它的缺點是體積大能耗高。

GPS三代衛(wèi)星：使用的是依舊是銫原子鐘，眾所周知，銫的固有頻率是各系統(tǒng)中的基準(zhǔn)頻率，可用于世界準(zhǔn)時鐘的計量。銫原子鐘精度和穩(wěn)定性極高，幾乎無老化，當(dāng)然缺點也很明顯，價格昂貴，能耗高、體積大也在所難免。

衛(wèi)星是怎么實現(xiàn)定位的？

我們知道，在一個三維空間中通常用（X，Y，Z）來表示一個點的位置，如果我們把地球、地球上的人和物體、導(dǎo)航衛(wèi)星放在一個大的三維空間中，這樣形成一個以地心為原點的坐標(biāo)系。

每個衛(wèi)星的坐標(biāo)是已知的，衛(wèi)星到地球上人和物體的距離可以通過光速和時間的乘積得到，這樣根據(jù)空間幾何的相關(guān)公式，我們就可以得到坐標(biāo)和兩點距離之間的方程式，因為一個坐標(biāo)有三個未知參數(shù)，所以理論上需要三顆衛(wèi)星組成一個方程組就能求出（X，Y，Z），但由于衛(wèi)星（原子鐘）和地面（石英鐘）時間精度的差異（例如地面顯示的接收衛(wèi)星信號的時間是12:00:02，但由于精度差異，地面接收衛(wèi)星信號的真實時間是12:00:01），為了消除這個誤差，還需要引入第四顆衛(wèi)星再列一個方程式，就能準(zhǔn)確解得（X，Y，Z）的具體值，也就知道了我們的位置。

從導(dǎo)航衛(wèi)星定位的過程我們也能看出影響導(dǎo)航衛(wèi)星定位精度的因素，一般有：衛(wèi)星上原子鐘時間的準(zhǔn)確度、衛(wèi)星的空間分布、接收端信號的延遲情況等。

多顆衛(wèi)星定位

抗干擾能力對比

北斗則采用了我國首創(chuàng)三種（中圓軌道＋地球靜止軌道＋傾斜地球同步軌道）混合軌道，加上我國自主研發(fā)的抗干擾載荷，極大的增強了衛(wèi)星的抗干擾能力，同時北斗系統(tǒng)和其他導(dǎo)航系統(tǒng)的兼容和數(shù)據(jù)共享進一步提升其抗干擾能力。

GPS三代，新增加的M碼（軍碼）的配置，官方通告稱抗干擾能力比二代提高了8倍。

GPSIII衛(wèi)星

雙向通信功能對比

北斗三號是目前世界上第一個融合定位、授時和報文通信為一體的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。當(dāng)我們身陷險境時，僅僅知道我們在那往往是不夠的，我們還需要救援人員知道我們的精確位置，這時北斗的短報文通信就顯得格外珍貴。

無獨有偶，不知道是參考咱們的北斗還是純屬巧合，GPS 三代衛(wèi)星也將配置雙向通信的功能。

獵鷹9號運載火箭

GPS雖然已經(jīng)普遍應(yīng)用到我們生活生產(chǎn)當(dāng)中，但作為后起之秀的北斗三號，我們確實也不差，有些方面確實也處于國際領(lǐng)先水平比如獨創(chuàng)混合軌道星座、短報文通信等，但在核心技術(shù)如原子鐘、運行穩(wěn)定性、民用普遍化等方面還有一定的優(yōu)化空間。同時我們也堅信，今后在更多的關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域我們都可以實現(xiàn)全面的領(lǐng)先。