¿Cuáles son las diferencias entre el sistema independiente de posicionamiento de propiedad intelectual de China y el GPS estadounidense?

Comparación del rendimiento del sistema de posicionamiento Beidou de China y el GPS de EE. UU.

El sistema de posicionamiento y navegación por satélite Beidou es un sistema regional activo de comunicación y posicionamiento por satélite tridimensional (CNSS) de forma independiente. desarrollado por China, es el tercer sistema de navegación por satélite maduro después del GPS estadounidense y el GLONASS ruso.

Concepto de sistema GPS

El Sistema de Posicionamiento Global (NAVSTAR GPS, NAVigation Satellite Timing And Ranging Global Positioning System, en lo sucesivo denominado GPS) es un sistema de posicionamiento por satélite en órbita circular de media distancia. . Puede proporcionar posicionamiento preciso, medición de velocidad y estándares de tiempo de alta precisión para la mayoría de las áreas (98%) de la superficie terrestre. El sistema consta de 24 satélites GPS en el espacio; 1 estación de control principal, 3 estaciones de inyección de datos y 5 estaciones de seguimiento en tierra, además de receptores GPS como terminales de usuario. Se necesitan al menos 4 de los satélites para determinar rápidamente la ubicación y la altitud del usuario en la Tierra; cuantos más satélites se puedan conectar, más precisa será la posición decodificada.

El sistema fue desarrollado por el gobierno de EE. UU. en la década de 1970 y completamente completado en 1994. Fue desarrollado originalmente por el Departamento de Defensa de EE. UU. con fines de sincronización, posicionamiento y navegación militares, con la esperanza de utilizar la navegación por satélite. como base. La tecnología puede constituir el principal sistema de radionavegación del futuro y satisfacer las aplicaciones del próximo siglo. El primer satélite GPS se lanzó en 1978. Los primeros diez satélites se denominaron satélites experimentales BLOQUE I. Los satélites lanzados entre 1989 y 1993 se denominaron satélites de producción en masa BLOQUE II/IIA. El vigésimo cuarto BLOQUE II después del lanzamiento del satélite IIA. En 1994, el GPS alcanzó la capacidad operativa inicial (IOC). 24 satélites GPS proporcionan información de navegación y posicionamiento las 24 horas en todo el mundo. El Comando Espacial de la Fuerza Aérea de EE. UU. anunció que el GPS había alcanzado su capacidad operativa total el 27 de abril de 1995. Los satélites BLOQUE I fueron reemplazados y los 24 satélites eran satélites BLOQUE II/IIA. Posteriormente se lanzaron cuatro satélites BLOQUE más IIA y un BLOQUE IIR. El satélite cumple con éxito las operaciones de asuntos militares.

Debido al rápido desarrollo de esta tecnología, la demanda de aplicaciones privadas aumenta día a día, lo que tiene un impacto más revolucionario en los métodos de navegación tradicionales.

Introducción al Sistema Global de Posicionamiento por Satélite

El Sistema Global de Posicionamiento por Satélite en realidad está compuesto por 24 satélites, 3 de los cuales son satélites de respaldo. Estos satélites se encuentran distribuidos a 20.200 kilómetros sobre la superficie terrestre. Pertenece a 6 planos orbitales; el plano orbital del satélite tiene un ángulo de inclinación de 55 grados, proporcionando señales de posicionamiento globales continuas, una vez por segundo, para todo clima. Estos satélites orbitan la Tierra una vez cada 11 horas y 58 minutos, es decir, dos veces al día por encima de su cabeza. Giran constantemente alrededor de la Tierra como la Luna y su velocidad es de aproximadamente 1,8 millas por segundo. Estos satélites requieren estaciones de control terrestres para monitorear si los satélites GPS están en la órbita correcta y funcionando normalmente en cualquier momento. Además, el centro de monitoreo puede cargar datos a los satélites, y los satélites luego transmitirán esta información a los usuarios de GPS. La estación de ataque terrestre tiene cinco centros de monitoreo, cuatro estaciones de carga de datos y un centro de control. Estas estaciones de control dividen los satélites que controlan por latitud. Conceptualmente, el GPS representa el sistema completo, incluidos los satélites en el cielo, las estaciones de control terrestre y los receptores GPS. Pero en términos generales, GPS significa un receptor GPS, porque la mayoría de nosotros sólo entramos en contacto con los receptores GPS en uso. Los receptores GPS de uso general reciben 4 o más satélites en cualquier momento. Los usuarios sólo necesitan poseer un receptor GPS y no necesitan pagar tarifas adicionales. Las señales GPS se dividen en dos categorías: servicio de posicionamiento estándar civil (sps, servicio de posicionamiento estándar) y servicio de posicionamiento de precisión militar (pss, servicio de posicionamiento preciso). Se agregan errores a las señales civiles y la precisión del posicionamiento final es de unos 100 metros, la precisión de las regulaciones militares es de menos de diez metros.

Después del año 2000, la administración Clinton decidió eliminar el error añadido a las señales civiles. Por lo tanto, el GPS civil ahora también puede alcanzar una precisión de posicionamiento de unos diez metros.

El sistema GPS tiene las siguientes ventajas: todo clima, no afectado por ningún clima; cobertura global (hasta 98%); velocidad y sincronización tridimensionales de alta precisión; alta eficiencia; amplia aplicación, posicionamiento extraíble; a diferencia del sistema de posicionamiento de doble estrella, el receptor no necesita enviar ninguna señal durante el uso, lo que aumenta la ocultación y mejora la eficiencia de su aplicación militar.

Con el fin de mejorar la precisión para uso civil, la comunidad científica ha desarrollado otra tecnología llamada Sistema de Posicionamiento Global Diferencial (GPS Diferencial), o DGPS para abreviar. Es decir, utilizar puntos de coordenadas de referencia conocidos cercanos (obtenidos de otros métodos de medición) para corregir errores de GPS. Al tener en cuenta este valor de error en tiempo real en el cálculo de las coordenadas, se puede obtener un valor más preciso.

El GPS tiene navegación 2D y navegación 3D. Cuando la señal del satélite es insuficiente, no puede proporcionar servicios de navegación 3D y la precisión de la altitud es obviamente insuficiente, llegando a veces a 10 veces el error. Sin embargo, el error mejorado en términos de longitud y latitud es muy pequeño. Un localizador de satélite tarda mucho en capturar señales de satélite en zonas con muchos edificios de gran altura.

Beidou Satellite

El sistema de posicionamiento y navegación por satélite Beidou es un sistema de comunicación y posicionamiento por satélite tridimensional activo (CNSS) regional desarrollado de forma independiente por China. El tercer sistema de navegación por satélite maduro después de GLONASS. . El sistema consta de tres satélites de posicionamiento Beidou (Beidou-1) (dos satélites de trabajo y un satélite de respaldo), la parte terrestre compuesta principalmente por el centro de control terrestre y la terminal de usuario de Beidou. Puede proporcionar a los usuarios servicios de posicionamiento en tiempo real las 24 horas, en cualquier clima. La precisión del posicionamiento puede alcanzar una precisión de sincronización de decenas de decenas de segundos (ns), lo que equivale al GPS.

Las horas de lanzamiento de los tres satélites de navegación y posicionamiento son:

31 de octubre de 2000;

21 de diciembre de 2000;

El 25 de mayo de 2003, el tercer satélite era un satélite de respaldo

Composición del sistema y principio de funcionamiento

La composición del sistema de navegación y posicionamiento por satélite Beidou es: dos satélites en órbita geoestacionaria, estaciones centrales terrestres, terminales de usuario. El principio de funcionamiento básico del sistema de posicionamiento y navegación por satélite Beidou es el "posicionamiento de doble estrella": tomando las coordenadas conocidas de los dos satélites en órbita como el centro del círculo y la distancia medida desde el satélite hasta el terminal de usuario como el radio. formando dos esferas, el terminal de usuario estará ubicado en el arco de intersección de estas dos esferas. La estación central terrestre está equipada con un mapa de elevación electrónico, que proporciona una superficie esférica no uniforme con el centro de la Tierra como centro de la esfera y la altura desde el centro de la esfera hasta la superficie de la Tierra como radio. . La posición del usuario se puede obtener resolviendo matemáticamente el punto de intersección del arco y la superficie terrestre.

Debido a que el terminal de usuario necesita enviar una señal de posicionamiento al satélite de posicionamiento durante el posicionamiento, y la posición del usuario se calcula a partir de la diferencia en el tiempo cuando la señal llega al satélite de posicionamiento, se denomina "posicionamiento activo". .

Comparación entre el sistema de navegación Beidou y el sistema GPS

1 Cobertura: El sistema de navegación Beidou es un sistema de navegación regional que cubre China continental. El área de cobertura es de aproximadamente 70° a 140° de longitud este y 5° a 55° de latitud norte. El GPS es un sistema de navegación para todo clima que cubre todo el mundo. Puede garantizar que se puedan observar de 6 a 9 satélites en cualquier momento y en cualquier lugar de la Tierra (en realidad, se pueden observar hasta 11 satélites).

2. Número de satélites y características orbitales: El sistema de navegación Beidou coloca dos satélites geosincrónicos en el plano ecuatorial de la Tierra. La distancia angular ecuatorial de los satélites es de aproximadamente 60°. El GPS tiene 24 satélites dispuestos en 6 planos orbitales, con una inclinación orbital ecuatorial de 55° y una distancia angular ecuatorial de 60°. El satélite se encuentra en una órbita casi sincrónica y orbita la Tierra en 11 horas y 58 minutos.

3. Principio de posicionamiento: el sistema de navegación Beidou es una navegación bidimensional activa de dos vías. El sistema de control del centro de tierra resuelve el problema y proporciona a los usuarios datos de posicionamiento tridimensionales. El GPS es un pseudocódigo pasivo de navegación tridimensional de alcance unidireccional. El dispositivo de usuario calcula de forma independiente sus propios datos de posicionamiento tridimensional. Este principio de funcionamiento del "Beidou-1" trae dos problemas. Uno es que el usuario pierde la ocultación de la radio durante el posicionamiento, lo cual es bastante desventajoso en el ámbito militar. Por otro lado, debido a que el equipo debe contener un transmisor, es voluminoso. en desventaja en términos de peso, precio y consumo de energía.

4. Precisión de posicionamiento: la precisión de posicionamiento tridimensional del sistema de navegación Beidou es de aproximadamente decenas de metros y la precisión de sincronización es de aproximadamente 100 ns. La precisión del posicionamiento tridimensional GPS del código P se ha mejorado de 16 ma 6 m, el código C/A se ha mejorado de 25-100 ma 12 m y la precisión de sincronización es actualmente de aproximadamente 20 ns.

5. Capacidad de usuario: dado que el sistema de navegación Beidou es un sistema activo de respuesta a consultas de alcance bidireccional, el equipo del usuario y el satélite geoestacionario no solo necesitan recibir la señal de consulta del sistema de control del centro terrestre. , pero también requiere que el usuario El equipo transmita una señal de respuesta al satélite geoestacionario. De esta manera, la capacidad de usuario del sistema depende de la tasa de bloqueo de canales permitida por el usuario, la tasa de señal de interrogación y la frecuencia de respuesta del usuario. Por lo tanto, la capacidad del equipo de usuario del sistema de navegación Beidou es limitada. El GPS es un sistema de medición unidireccional. El equipo del usuario puede realizar mediciones y posicionamiento siempre que reciba mensajes de navegación enviados por satélites de navegación. Por lo tanto, la capacidad del equipo del usuario GPS es ilimitada.

6. Supervivencia: Como todos los sistemas de navegación y posicionamiento por satélite, "Beidou-1" se basa en el trabajo del sistema de control central y los satélites, pero "Beidou-1" obviamente depende más de la central. sistema de control. Mucho, porque la solución de posicionamiento se realiza allí y no por el dispositivo del usuario. Para compensar esta vulnerabilidad del sistema, GPS está desarrollando tecnología de enlace de datos horizontal interestelar para que los satélites GPS puedan operar de forma independiente si se destruye la estación de control principal. El sistema "Beidou-1" excluye en principio esta posibilidad. Una vez que el sistema de control central se daña, el sistema no puede seguir funcionando.

7. En tiempo real: la aplicación de posicionamiento del usuario "Beidou-1" debe enviarse de regreso al sistema de control central. El sistema de control central calculará los datos de posición tridimensionales del usuario y luego los enviará. De regreso al usuario, que debe pasar a través del satélite geoestacionario yendo y viniendo, junto con el reenvío y procesamiento del satélite por parte del sistema de control central, el retraso será mayor, por lo que para objetos en movimiento a alta velocidad, el error de posicionamiento será. ser incrementado. Además, el sistema de navegación por satélite "Beidou-1" también tiene algunas características propias:

1. "Beidou" tiene funciones duales de posicionamiento y comunicación, y tiene funciones de comunicación por SMS que el GPS no tiene. .

2. La precisión de posicionamiento de "Beidou" es de 1,2 metros.

3. El precio del terminal "Beidou" es de aproximadamente 20.000 yuanes.

4 No es necesario utilizar un terminal receptor. Colocación de estaciones base terrestres

5. El barco en el centro de desastres puede enviar un mensaje en un segundo

Comparación:

Aunque el GPS se ha utilizado ampliamente, de ninguna manera es perfecto.

1. Su escala es demasiado grande y su costo demasiado alto, lo que dificulta que otros países lo imiten, Rusia y la Agencia Espacial Europea son ejemplos típicos.

2. El GPS solo se puede utilizar para navegación pero no puede implementar funciones de comunicación, por lo que no puede satisfacer las crecientes necesidades de los usuarios. Si solo confía en el GPS, otros lo controlarán fácilmente. "Sistema de posicionamiento por satélite de plástico, el negocio de aplicaciones en esta área acaba de comenzar y se han llevado a cabo algunos proyectos piloto para uso civil durante más de un año.

La principal diferencia entre "Beidou-1" y El GPS se divide en dos. Por un lado, existen diferencias en los sistemas técnicos. El GPS es un sistema de posicionamiento de recepción que solo transmite señales y los usuarios pueden realizar el posicionamiento después de recibirlas, es bidireccional y tiene posicionamiento existente. También existen sistemas de comunicación, pero hay limitaciones de capacidad. El GPS es un sistema utilizado por gobiernos militares y civiles controlados por el ejército estadounidense y está abierto al mundo. Lo que los chinos llamamos GPS puede recibir sus señales de forma gratuita. Los estados pueden recibir sus señales de forma gratuita. No prometemos garantizar su uso. No cobra por ellas ahora, pero no promete que nunca cobrará por ellas. , el GPS en los Estados Unidos era mucho más caro que el "Beidou-1". Cuando la gente usaba el sistema GPS a finales de los 80 y principios de los 90, el receptor GPS más barato costaba decenas de miles de dólares y los más caros. Cuesta cientos de miles de dólares y el precio de los terminales de usuario actuales de Beidou es más bajo que el del GPS. El precio actual de un sistema de navegación GPS general es de decenas de miles a cientos de miles de yuanes. , y el precio de un terminal de usuario de Beidou ronda actualmente los 20.000 yuanes.

Otro problema es que sus usos y características son diferentes. El GPS soluciona el problema de posicionarme donde estoy, como en el desierto o en el desierto. el océano.

Beidou no solo resuelve el problema de dónde estoy, también resuelve el problema de dónde estás aquí. El terminal de usuario de Beidou en realidad tiene una función de envío y recepción, mientras que el GPS solo tiene una función de recepción. Solo conoce la ubicación a través de la recepción. Beidou tiene función de transceptor, su posicionamiento debe transmitirse y luego se obtiene la posición. Al mismo tiempo, su posición puede transmitirse a usted o a las personas que se preocupan por usted. De hecho, Beidou es un dispositivo con funciones duales de posicionamiento. y comunicación No es adecuado para el grupo de usuarios. Lo mismo, pero la situación de recepción es diferente.

PD: Cuando se estaba demostrando Beidou, un investigador del Instituto de Sismología de la Administración Sismológica Nacional emitió un informe de demostración que discutía este tema. El sistema Beidou se convertirá en un proyecto salvavidas, que está relacionado con los humanos. Para algunos proyectos relacionados, como terremotos importantes, todos nuestros sistemas cableados pueden perder su función después del terremoto. Como sistema de monitoreo satelital, el sistema Beidou no solo puede proporcionar informes de posición oportunos, sino también comunicarse. causado por Beidou es muy útil para las operaciones de rescate causadas por terremotos. Puede enviar información de ubicación e información relacionada con la ubicación de manera oportuna, y podemos enviar la información a los departamentos relevantes. La cuestión del precio en realidad está relacionada con la cantidad de usuarios. En comparación con 1.000 usuarios, 10.000 o 100.000 usuarios, el costo de los terminales de usuario será muy diferente. Ahora el costo principal está en el terminal de usuario, Beidou Como se mencionó hace un momento, los terminales de usuario. tanto enviando como recibiendo. A medida que se desarrollen los servicios al usuario, los costos definitivamente bajarán. Por lo tanto, "Beidou" es para civiles

El potencial de "Beidou One" radica principalmente en el campo integral de posicionamiento y comunicación. Los campos que demandan funciones tan integrales se aplicarán por completo actualmente. quienes necesitan posicionamiento no tienen una necesidad urgente de Beidou, pero para los usuarios que necesitan tanto ubicación como entrega de ubicación, el sistema de posicionamiento y navegación por satélite de Beidou es muy útil

La precisión de posicionamiento de Beidou es generalmente equivalente a la de GPS Ambos miden alrededor de 1,2 metros. Según las regulaciones, el sistema de navegación Beidou está actualmente abierto para su uso en China.

PD: Se han distribuido dispositivos portátiles del sistema de navegación y posicionamiento de doble estrella de Beidou. empresas de defensa fronteriza y son ampliamente utilizados.

1. Composición de toda la máquina

Estructura de apariencia de la máquina portátil: la apariencia de toda la máquina está compuesta de verde militar y oscuro. gris; Tiene dos modos de funcionamiento: pantalla táctil y teclado; Dimensiones ≤225×8165×5850mm3, peso: 720g;

Estructura interna del dispositivo portátil: El interior del dispositivo portátil incluye antena , módulo de radiofrecuencia, placa base, batería, etc. La placa principal está equipada con un interruptor de encendido y luces indicadoras que muestran el estado de funcionamiento del terminal, a saber: luces indicadoras de estado de encendido y lanzamiento, luces indicadoras de señal de satélite de bloqueo (2) ; interfaz RS232 (1), cable de datos de interfaz de 2 metros; dentro de la máquina La batería configurada puede garantizar que el terminal continúe funcionando durante más de 88 horas (la frecuencia de transmisión no exceda de 1 vez/minuto);

2. Funciones básicas

1. Función de posicionamiento

El equipo debe poder proporcionar la longitud, latitud y altitud de su ubicación en tiempo real a través del comando de la aplicación de posicionamiento Beidou. La precisión de posicionamiento es inferior a 20 metros y se muestra en forma estándar (longitud, grados minutos y segundos), (latitud, grados minutos y segundos), (elevación, metros), (hora, año, mes, día, hora, minuto. , segundo).

Cuando el dispositivo recibe la información de posicionamiento de Beidou, emitirá indicaciones de sonido, luz o símbolos según la configuración, y puede ser conveniente convertir a otras interfaces. p>El dispositivo puede configurar la frecuencia de posicionamiento automático de Beidou. La frecuencia de posicionamiento está limitada por el nivel de usuario del terminal. El dispositivo aún puede comunicarse normalmente durante el posicionamiento automático.

Después de recibir el comando de posicionamiento del disparador de Beidou. el usuario autorizado (avión de mando), el terminal envía automáticamente una solicitud de posicionamiento

2. Función de comunicación

Los usuarios pueden transmitir hasta 120 caracteres chinos a la vez. solo puede enviar hasta 13 caracteres chinos a la vez

El dispositivo terminal en sí tiene las funciones de entrada, edición, envío, recepción y visualización de texto

Después de transmitir la información. , se requiere una función de recibo del sistema, esta función se puede configurar manualmente

Al recibir información de comunicación, emitirá indicaciones de sonido, luz o símbolos de acuerdo con la configuración y mostrará la hora de comunicación y la dirección de envío. y mensaje de comunicación en tiempo real.

Los números y caracteres en los mensajes de comunicación están codificados con código ASCII, y los caracteres chinos están codificados con GB 2312; los datos entrantes desde dispositivos periféricos no cambian la codificación y se transmiten de forma transparente; .

El requisito básico de fuente de caracteres chinos es la fuente de primer nivel estándar nacional GB 2312-80.

De acuerdo con el principio de primero en entrar, primero en salir, la información de comunicación recibida se almacena dinámicamente. La información de comunicación incluye el tiempo de comunicación, la dirección de envío y el mensaje de comunicación. La información de comunicación recibida se puede bloquear y desbloquear manualmente. y eliminado. La capacidad de almacenamiento es de 20 paquetes de datos, la capacidad de almacenamiento bloqueado es de 10 paquetes de datos y cada paquete de datos no supera los 200 bytes.

El terminal de usuario puede consultar el sistema de control central sobre mensajes de comunicación y recibos de comunicación enviados por otros usuarios al usuario.

3. Función de corrección de hora

El terminal está equipado con un reloj (año-mes-día-hora-minuto-segundo) y utiliza el sistema para recibir información para la corrección automática. .

4. Barómetro, termómetro y brújula electrónica integrados

5. Función de cierre remoto

Después de recibir el comando de cierre remoto desde el centro de control, el dispositivo terminal, cerrar el terminal permanentemente.

6. Función de interfaz de datos

Los terminales de usuario deben tener una interfaz de datos universal (puerto serie RS232) para facilitar la comunicación de datos con dispositivos externos.

7. Función de identificación de usuario

El terminal tiene una función de identificación multiusuario, que se implementa mediante el uso de una tarjeta IC inteligente para las regulaciones y protocolos relevantes de la tarjeta IC inteligente. , consulte la tecnología relevante de la estación de posicionamiento por satélite.

3 Entorno de trabajo:

Temperatura: -20～+55℃ Entorno de almacenamiento: -40～+80. ℃;

Humedad: 5 %～98 % Choque: 6 g/s

Vibración: 0,1 g/(20～100) Hz