原标题：你早已用上了北斗，自己都不知道！
北斗真相（一）
转载自科学大院（ID：kexuedayuan）作者：董工
虽然已经是年了，但说起“北斗系统”，很多人的印象可能还停留在年——汶川地震救灾时，是北斗一代设备发出了来自震区的第一条消息。
带着这样的印象，不少人在后台向我们提问：
总的说来，北斗导航有三项基本功能：定位、授时以及独门绝活短报文。大家最关心的可能是这两个问题：1.什么时候能用上北斗？2.北斗好用吗？有多好用？
今天开始，大院er将推出“北斗”系列文章，告诉你几个让人吃惊的真相！
我的手机是用北斗导航的？
就拿最常用的手机为例，你真以为手机上的“打开GPS”就是只用GPS？
北斗信号的获取主要取决于手机处理器（SOC）中集成的定位芯片，目前大多SOC都能同时支持GPS、北斗和GlONASS：高通骁龙、、系列，其中目前常见的、、高端型号是支持北斗的，中低端的、、、，甚至更老的一些型号也都是支持。联发科类似，目前常见的P10、P15、P20、X20，之前的X10都支持接收北斗信号。华为海思很早就支持了北斗。从麒麟开始，集成的Hi四合一芯片可以同时接收GPS、北斗和GLonass三种信号。也就是说，除了任性的苹果，采用这些SOC的华为、OV、小米、一加、魅族、HTC、努比亚等品牌的大部分型号手机都支持北斗定位！
不信的话可以给你的手机装个测试软件试试，比如“GPS状态”、“北斗伴”、“AndroiTSGPSTestPro”等等，以AndroiTSGPSTestPro为例：找个户外开阔的地方，打开手机的“位置服务”，。然后运行AndroiTSGPSTestPro软件，效果如下：
结果是收到10颗GPS，10颗GLONASS，10颗北斗，都参与了定位，收到一颗日本的QZSS，解出了方位角仰角，没有用来定位，所以说啊，北斗离你一点也不远，只要用手机的位置服务，导航也好，找附近的外卖也好，北斗都在参与其中……
惊不惊喜？意不意外？其实手机界算是北斗进入的比较晚的了，你知道“两客一危”么？
“两客一危”早已用上北斗！
两客一危，是指从事旅游的包车、三类以上班线客车和运输危险化学品、烟花爆竹、民用爆炸物品的道路专用车辆。
自年8月1日起，新出厂的“两客一危”车辆，在车辆出厂前应安装符合《道路运输车辆卫星定位系统车载终端技术要求》的卫星定位装置。
交通运输部发出《通知》，明确规定：从年1月1日起，各示范省份在用的旅游包车、大客车、危险品运输车辆需要更新车载终端的，应安装北斗兼容车载终端；所有新进入运输市场的重型载货汽车和半挂牵引车应加装北斗兼容车载终端，并接入道路货运车辆公共监管与服务平台；鼓励农村客运车辆安装北斗兼容车载终端；自年6月1日起，所有新进入示范省份运输市场的以上三类车辆及重型载货汽车和半挂牵引车，在车辆出厂前应安装北斗兼容车载终端。凡未按规定安装或加装北斗兼容车载终端的车辆，不予核发或审验道路运输证。
国家如此支持，还说身边没有北斗？现任中国卫星导航系统管理办公室主任、北斗系统新闻发言人冉承其给出一组数据：过去5年，我国万辆营运车辆上线“北斗”，建成全球最大的北斗车联网平台，全国4万余艘渔船安装“北斗”。他以北京为例，已有辆出租车、辆公交车安装“北斗”，实现“北斗”定位全覆盖；辆物流货车及名配送员，使用“北斗”终端和手环接入物流云平台，实现实时调度。
怎么样，看了以上这些是不是对现在北斗在身边的应用有了新的认知，颠覆了世界观，对此我想说：都坐下，这只是基本操作！
北斗卫星一直在天上跑，只要你能收到就能根据自己的需要解算出定位结果，达到米级的定位精度，除了接收设备的钱，是不用花使用费的，但是，你想获得更多吗？想不想要厘米级甚至毫米级的精度？请看下文。
交通、农业、测绘…北斗都要忙不过来了！
如何在原北斗系统10米设计精度指标的基础上提升定位精度呢，这个问题可以从两个部分下手：
一个方向是从天上，类似于美国的DGPS(DifferentialGPS)，日本的多功能卫星增强系统（MSAS），印度的GPS辅助型静地轨道增强导航（GAGAN），通过广域差分，建设星基增强系统（Satellite-BasedAugmentationSystem简称SBAS）。简单说来就是通过地球静止轨道（GEO）卫星搭载卫星导航信号增强转发器，向用户播发星历误差、卫星钟差、电离层延迟等多种修正信息，实现对于原有卫星导航系统定位精度的改进。目前，北斗三代已经由北斗系统监测站观测北斗信号并计算差分改正数，通过GEO卫星播发，能够为中国区域提供米级甚至分米级的定位服务；
另外一个方向是在地面，通过建设北斗地基增强系统来实现厘米级以上的定位精度。北斗地基增强系统由基准站网络、数据处理系统、运营服务平台、数据播发系统和用户终端五部分组成。基准站接受卫星导航信号后，通过数据处理系统形成相应信息，经由卫星、广播、移动通信等手段实时播发给应用终端，实现精准定位服务。
最近大家有没有发现身边，特别是高层建筑物房顶上多了很多这种东西：
这玩意就是连续运行（卫星定位服务）参考站（ContinuouslyOperatingReferenceStations），缩写为CORS，各地都在如火如荼的建设这东西。
以前这些CORS站都是各地方政府自己建的，接收GPS，现在随着北斗地基增强系统铺开，各地把现有CORS站升级增加北斗功能，并入北斗地基增强系统，提升现有区域CORS站网的功能、性能和经济效益。
以北京为例，现在有CORS站超过20座，基本能实现覆盖全市区的厘米级定位。厘米级定位什么概念？
考驾照时，场地上什么也不用安装，随便去哪块空地上都可以考，不用花钱搞建设，在地上画几条白线也是为了给你看的，考官只需要在软件上设置好考试车上北斗定位天线的移动轨迹坐标的边界，超出几毫米，对不起GAMEOVER……
拿了驾照上了路，想要出去浪迹天涯，你得用导航软件吧，前面说的普通的位置服务能提供10米的精度，10米只能保证大致路径和方向是对的，有了广域增强位置服务，就能提供米级的位置精度，米级就能实现车道级别的导航了，遇到这种地方10米精度真心没啥用……
如果再花点钱，购买厘米级的高精度定位服务，还能做什么？答案是：无人驾驶，也就是不需要你了……怎么，老司机表示不服？你觉得你能做到不借助倒车雷达和影像，实现°无死角厘米级的微操么……
当然现在无人驾驶还在测试、验证，不过在物流中心、码头，无人驾驶技术早就用起来了，甚至在农田里，无人驾驶的收割机收庄稼、机械臂洒水施肥、无人机农药喷洒各司其职运行的有条不紊，这就是精准农业。
精准农业是啥，知道花盆监测仪么？能监测光照、温度、水肥，这就有精准农业的一点缩影了。
在你眼里那是一片庄稼，在精准农业数据库里，都是坐标，都是数值。从播种开始，种子撒在哪个位置，就都计算好了，收割机怎么走，水肥怎么送过来，都是活生生的数据计算结果，厘米级的位置服务可以让那些看似笨重的机械精确的按照设定好的路线行动，而不会伤到农作物。
有了高精度的位置服务，农业都能变得那么高大上了，当然买这些服务的主要还是企业或者测绘用户，以前我们跟测绘的人谈合作的时候，人家说不行，你们精度太低我们用不了，现在：
““北斗地基增强系统数据中心已经和交通运输部、国家测绘地理信息局、中国地震局、中国气象局、中国科学院和自然资源部进行了互联互通，实现了在国家的主要骨干部门开始使用北斗的增强数据。已在地震预报、全国水气反演、交通部的车道级导航、自然资源部的雅安地质调查中开始发挥作用。”
——国家北斗地基增强系统总师蔡毅
”使用地基增强系统，能监测到厘米甚至毫米级的位移，监测山体滑坡、建筑形变、路基沉降都很方便，测绘用的高精度北斗设备更是一年能卖出百万套量级，可见现在的北斗测绘不再是“不能用”而是“很好用”了。
北斗PKGPS，谁能赢？北斗真相（二）
转载自科学大院（ID：kexuedayuan）作者：董工
看了上一篇文章，不少小伙伴才恍然大悟，原来北斗早就深入了日常生活。
不过新的问题又来了：北斗跟GPS比，到底谁更强？北斗到底能不能“甩开”GPS，独立定位？
北斗PKGPS，谁能嬴？
作为GNSS（GlobalNavigationSatelliteSystem全球导航卫星系统）俱乐部的一员，导航定位是基本功能。先来看看，定位功能是怎么比较的：
接收机使用卫星定位的过程可以在二维抽象成在一个黑板上选至少四个点（卫星），以每个点为圆心，分别用粉笔画圆（接收机测量的到卫星距离），这些粉笔迹的重叠区域就是定位的结果。因为各种误差的存在，对每颗卫星测距的结果更像是一条粉笔画出来的带，而不是一条没有宽度的线。
粉笔的粗细受各种误差机制的影响，北斗和GPS比较，主要是星上原子钟的精度不同，北斗二代使用的是铷原子钟，GPS使用的是铯原子钟组合铷原子钟，在这点上是GPS更优，也就是粉笔迹更细一些。而现在北斗三代卫星使用的是氢原子钟，频率准确度由5×10-13提高到6×10-14，频率稳定度由2×10-14（1d）提高到6×10-15（1d），相比二代卫星都提高了一个数量级，达到世界领先水平，定位精度也将进一步的提高。
除了受粉笔粗细的影响，显然画圆的点越多，也就是卫星数越多，重叠区域也就越小，也就是定位越精确，但是，如果这些点都在一侧集中，甚至重叠的话，它们画出的粉笔迹的重叠区域会变得很大，反之这些点越分散，画出的粉笔迹重叠度也就越低，也就表示接收机得出的定位结果也就越精确。这个衡量位置分布的参数就是所谓的PDOP值，越低代表分布越佳，定位结果越精确。
北斗一代时候确实定位速度慢一些，精度差一些，怎么都十多年过去了还有人觉得北斗就是不好使，说什么“卫星少”、“还在建”、“精度比GPS差远了”？
其实从北斗二代开始，星座就是针对亚太地区设计的，不同于美国MEO为主的模式，采用了GEO+IGSO+MEO的模式。优点是用较少卫星快速在重点服务区域达到高精度，缺点是高纬度地区对GEO接收效果不好，精度因子值偏大，还有就是地球另外一边收不到，随着北斗卫星的增多，这些问题以后都会解决的。
即便如此，在三代还没用上的今天，看看现在的北斗精度如何吧，我们在中国最北边选个点：
北纬52.°，够北了吧，官方公布的北斗二代服务区域可是只在南北纬55°之间，这个位置一天24小时北斗卫星的可见性如何呢：
如图可见，全天可用的仰角在10°以上的北斗卫星至少有8颗，谁说星少来着？
对比现在GNSS俱乐部“一哥”GPS，在此地的卫星可见性：
是不是发现可见卫星数还不如北斗多？感觉是不是可以搞个诸如“GPS在中国被北斗完败”的大新闻……
当然，盲目自大也是不可取的，总有一些北斗各种“秒杀GPS”的假新闻，对于民众认识北斗只有坏处没有好处。除了使用自己导航系统的安全性以外，GNSS俱乐部四家谁也秒杀不了谁好吗，前不久中美都签了《北斗与GPS信号兼容与互操作联合声明》，互为备份多和谐……
刚才说到北斗卫星数多，但是定位不能只看星数，吃星座设置的亏，这里收到的北斗GEO仰角太低，几何分布不佳，所以精度因子要差：
北斗几何精度因子最大达到6.0而且波动较大，相比来说GPS的最大也就4.4：
这是因为北斗GEO卫星悬在赤道上方，在这里收到的仰角都不足30°，IGSO卫星轨道倾角55°，走到这也就到了“8”字型轨迹的头了，所以1、4象限大部分区域基本就没什么星，这些因素加起来，导致北斗的DOP值较大，不过满足10m精度还是没啥问题的。
所以你要非说在这里北斗不如GPS是可以勉强接受的，当然随着三代组网，这点差距很快就没了，多发几颗MEO就好了……下边是该地GPS的卫星轨迹分布：
接下来，咱在中国南方随便选个点：
北纬26.°，东经.°，这坐标目测是在湖南，这里北斗卫星可见性如何呢：
最少也有十颗星可见，再看看GPS的：
还是老样子，南北差别不大，重点是DOP值，可以一战否？北斗的DOP值如下：
最大不超过3.4，再看看GPS的：
可以忽略特别高的那点，基本还是在4.4以内，但是明显北斗的更平滑！
之所以能够在全天各时段保持较好的位置分布，是因为在此可以稳定的接收到北斗GEO卫星和IGSO卫星信号，MEO卫星只占少数，而非像GPS全由MEO组成，随着时间变化会不断地更换参与定位的卫星，而北斗则少了在更换定位卫星的过程中带来的计算结果跳变和低仰角时大量误差的引入，卫星仰角越低时信号穿过的大气越多，所引入的误差也就越多，同时信号衰落也越多，受多径等因素的影响也越大。
在这里北斗的GEO卫星全天可视，IGSO卫星半程以上可视，而MEO卫星不在一个地方呆着，就是绕着地球转它们自己的圈圈，因此它们会不断地、一颗颗地重复从低仰角进入视野范围，升到一定高度，再降低仰角离开视野范围的循环过程。
综合这些因素后从定位精度上来看，北斗肯定是不比GPS差的。所以作为身在北方的工程师我要吐槽一下：现阶段搞北斗的在广东测试和在黑龙江测试完全是两个概念好嘛，同样的东西去海南测随便都能过，去哈尔滨就很费劲了……等三代组网完了我们就不用再吃这个亏了。
因此总体来看，在目前北斗二代服务区域内，北斗的全天可视星数超过GPS，在星座分布上大部分区域也优于GPS，但考虑到原子钟精度差异和中高纬度星座分布等问题，说北斗与GPS不相上下还是靠谱的，也是符合实际测量结果的。但是现在三代组网建设正在进行中，北斗卫星数正稳定增加，而且最关键的原子钟问题在三代上也解决了，到那时候咱就不用谦虚了！
谁说北斗不能独立定位？
然而又有人怼我了：“GPS才是定位的主力，你家北斗只是用来给GPS凑数的，自己没有独立定位的能力，没了GPS你家北斗啥也不是。”等等你这说的是QZSS吧，不能独立使用国家花钱搞这个干嘛？
道理很显然，但是证明起来并不简单，为啥？对于手机来说卫星接收通道硬件是客观存在的，除非对外开放了芯片的底层控制指令，所谓“关GPS”并不是真正的关闭接收通道，只是不采信GPS定位结果，不能完全的确保要求验证的“北斗能否独立定位”，毕竟芯片的底层算法不可控啊，万一设计导航芯片的人非要偷摸的用GPS引导怎么办？
证明方法就是借助一种特种微波暗室——GNSS测试暗室！
GNSS测试暗室的原理与普通的微波暗室相似，都是屏蔽外边的电磁波信号，暗室里发射的信号照到墙上不会有反射，只是重点防护的频段不同。相比于测试雷达或者大型阵列天线的微波暗室，GNSS测试暗室净区不用太大，因为GNSS接收机尺寸都不大，最重要的区别就是，GNSS导航信号模拟器，及成套测试评估系统，有了这套东西可以模拟地球上任意一点天空的GNSS卫星情况，想发什么信号就发什么信号，想发哪个位置就发哪的，想动就动，想停就停，并且能够对被测设备的定位结果进行评估，给出权威的精度测试结果。
在暗室里可以保证只能收到北斗卫星信号，功率也是标校到与露天相一致的，能够排除所有不可控因素，如果在这种情况下还能定位，那就可以证明该手机确有“北斗独立定位”之能力。结果如何呢：
当然是没什么悬念的啦：
收到十颗卫星全是北斗，9颗参与定位，没有GPS，没有可以辅助的，北斗卫星真的“独立定位”了。北斗志在全球，年北斗三代组网完成后，在这个星球上任意一个点，我们都可以依靠北斗独立完成定位。
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