王凱

2016年12月，由教育部科學(xué)技術(shù)司、共青團(tuán)中央學(xué)校部、中國(guó)科協(xié)青少年科技中心、中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室組織的“北斗領(lǐng)航夢(mèng)想活動(dòng)”在湖南省長(zhǎng)沙市第一中學(xué)舉行。作為北斗的愛(ài)好者，我有幸參加了這個(gè)活動(dòng)，在老師的指導(dǎo)下，探究了外界因子對(duì)北斗與GPS導(dǎo)航系統(tǒng)接收信號(hào)衰減的影響。

實(shí)驗(yàn)前幾天，我和同學(xué)們一起精心準(zhǔn)備了北斗多模接收機(jī)及其相關(guān)軟件、電腦、10%黃色絡(luò)合碘溶液、15%深黃色絡(luò)合碘溶液、20%淡紅色絡(luò)合碘溶液、25%深紅色絡(luò)合碘溶液、0.5mol/L NaCl溶液、1.5mol/L NaCl溶液、手機(jī)、及木盒、紙盒、鐵盒、塑料盒等器材。

實(shí)驗(yàn)選在周六下午5點(diǎn)，天氣晴朗，操場(chǎng)周?chē)鸁o(wú)建筑物、樹(shù)木的遮擋，地帶開(kāi)闊。我們接通北斗接收機(jī)及筆記本電腦，啟動(dòng)測(cè)試軟件，采集了當(dāng)?shù)乇倍芳癎PS定位信息、信號(hào)強(qiáng)度、星空?qǐng)D及端口監(jiān)控（導(dǎo)航電文）數(shù)據(jù)。

接著實(shí)驗(yàn)小組利用外界因子干擾，進(jìn)行了三個(gè)實(shí)驗(yàn)，并將測(cè)試定位情況繪制成圖表，分析環(huán)境對(duì)定位的影響。

實(shí)驗(yàn)一：探究溶液顏色對(duì)北斗和GPS信號(hào)衰減。

從表1、圖1可以看出：

（1）在可測(cè)定的衛(wèi)星數(shù)量方面，北斗略少于GPS，這與北斗現(xiàn)階段所在軌的數(shù)量少有一定的關(guān)系。

（2）從信號(hào)的衰減來(lái)看，不同溶液顏色對(duì)北斗和GPS信號(hào)都有一定程度的衰減，北斗呈現(xiàn)的是一直升高的趨勢(shì)，而GPS呈現(xiàn)的是先升高，到達(dá)一定濃度后再下降的趨勢(shì)，且整體衰減情況是北斗更加明顯，同時(shí)出現(xiàn)一半以上的衛(wèi)星消失、不能測(cè)定的現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)二：探究溶液濃度對(duì)接收器信號(hào)的影響。

從表2和圖2可以看出：

（1）整體衛(wèi)星數(shù)量，GPS明顯優(yōu)于北斗。

（2）從濃度梯度來(lái)看，隨著濃度升高，GPS與北斗信號(hào)都出現(xiàn)一定程度的衰減，但是北斗的衰減度略為低點(diǎn)。

實(shí)驗(yàn)三：探究不同材料的覆蓋情況對(duì)GPS和北斗接收器信號(hào)的影響。

從表3可以看出：

（1）所有的覆蓋物都對(duì)GPS和北斗的信號(hào)有影響，其中紙盒的影響最小。

（2）整體來(lái)看，GPS在塑料盒實(shí)驗(yàn)中信號(hào)誤差較為嚴(yán)重，而北斗較好。

（3）在木盒和鐵盒中GPS信號(hào)衰減程度較小。

最后我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)論分析出北斗的整體優(yōu)勢(shì)不如GPS，抗干擾能力稍弱，主要體現(xiàn)在：①溶液有顏色會(huì)使接收器信號(hào)明顯減弱，溶液顏色的深淺對(duì)接收器信號(hào)的影響較大，且溶液顏色越深，信號(hào)衰減程度越大；②所有覆蓋物都會(huì)使GPS和北斗的信號(hào)有一定的衰減，但以塑料物尤為明顯。

造成上述的原因是多樣的，但是我認(rèn)為主要有以下兩個(gè)方面：

（1）衛(wèi)星本身時(shí)鐘不一致以及星歷參數(shù)造成的誤差。我國(guó)的衛(wèi)星原子鐘現(xiàn)有的水平和國(guó)外還是有一定的差距，這是北斗接收信號(hào)弱的原因。

（2）用戶(hù)使用不同接收機(jī)，定位精度也不同（包括接收機(jī)本身鐘差、位置點(diǎn)因素、接收天線(xiàn)）。雖然是同一個(gè)多模接收機(jī)，但是由于本接收機(jī)的鐘差與北斗可能存在不一致性，造成北斗信號(hào)差。

（3）北斗本身的衛(wèi)星數(shù)量太少，導(dǎo)致接收信號(hào)差。