緊追北鬥！SpaceX發射第三顆GPSIII衛星，同是三代到底誰更領先？

8天後，緊隨我國北鬥三號組網收官衛星的成功發射，北京時間2020年7月1日凌晨（弗洛裡達當地時間6月30日下午），美國卡角發射場，GPSIII第三顆衛星搭載SpaceX公司獵鷹9號運載火箭成功發射。

Space X公司獵鷹9號火箭

我國的北鬥三號系統啟動建設於2009年，於2020年6月23日已完成組網。GPSIII，即美國第三代全球衛星導航系統，啟動建設於2000年，其衛星項目由美國著名航空航天公司洛克希德·馬丁負責開發，單顆造價高達5億美元，首顆已於2018年完成發射，初期計劃在2023前完成總計十顆GPSIII衛星的發射。

第三代GPS衛星

已經完成組網的北鬥三號和GPS三代相比我們到底是處於領先還是落後，通過如下幾點核心技術的對比，或許我們不難得到答案。

定位精度之比

• 北鬥三號的定位精度：全球範圍服務的精度是10米，亞太地區可達5米。亞太地區精度的提高得益於我們獨創的三種軌道混合應用，將全球服務和地域增強有機的結合。
• GPS三代的定位精度由二代的5-10米提高到1米，和歐洲的伽利略衛星導航系統持平。

上面說的定位精度都是針對民用需求，對於軍用，在輔助裝置的加持增強下，全球四大導航系統都能輕鬆實現釐米，甚至毫米級的定位精度。

北鬥衛星導航系統為地面提供服務示意圖

釐米級定位精度的意義：

有科學家做過這樣一個模擬實驗。在完成一次精準打擊任務過程中，定位精度同彈數量、當量的關係是：

（1）當定位精度提高1倍，相當於提高彈數量3倍，當量提高7倍；

（2）當定位精度提高2倍，相當於提高彈數量8倍，當量提高26倍；

（3）當定位精度提高3倍，相當於提高彈數量15倍，當量提高63倍；

看了這個，相信大家也就能理解各國不斷提高導航定位精度的意義了！

東風26

衛星定位的「心臟」—原子鐘之比

以銫的固有頻率作為基準頻率定義1秒的長度

• 北鬥三號：採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，頻率穩定度，較北鬥二號提高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。同時北鬥三號還配置了精度高、穩定性好的氫原子鐘，它的缺點是體積大能耗高。
• GPS三代衛星：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中的基準頻率，可用於世界準時鐘的計量。銫原子鐘精度和穩定性極高，幾乎無老化，當然缺點也很明顯，價格昂貴，能耗高、體積大也在所難免。

衛星是怎麼實現定位的？

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、導航衛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系。

每個衛星的坐標是已知的，衛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，這樣根據空間幾何的相關公式，我們就可以得到坐標和兩點距離之間的方程式，因為一個坐標有三個未知參數，所以理論上需要三顆衛星組成一個方程組就能求出（X，Y，Z），但由於衛星（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星信號的時間是12:00:02，但由於精度差異，地面接收衛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星再列一個方程式，就能準確解得（X，Y，Z）的具體值，也就知道了我們的位置。

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

多顆衛星定位

抗幹擾能力對比

北鬥則採用了我國首創三種（中圓軌道＋地球靜止軌道＋傾斜地球同步軌道）混合軌道，加上我國自主研發的抗幹擾載荷，極大的增強了衛星的抗幹擾能力，同時北鬥系統和其他導航系統的兼容和數據共享進一步提升其抗幹擾能力。

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

GPSIII衛星

雙向通信功能對比

北鬥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星導航系統。當我們身陷險境時，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，這時北鬥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鬥還是純屬巧合，GPS 三代衛星也將配置雙向通信的功能。

獵鷹9號運載火箭

GPS雖然已經普遍應用到我們生活生產當中，但作為後起之秀的北鬥三號，我們確實也不差，有些方面確實也處於國際領先水平比如獨創混合軌道星座、短報文通信等，但在核心技術如原子鐘、運行穩定性、民用普遍化等方面還有一定的優化空間。同時我們也堅信，今後在更多的關鍵技術領域我們都可以實現全面的領先。

關於同是「星」三代的北鬥和GPS，您有什麼看法，歡迎評論區留言探討。

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