論外界因子對北斗與GPS導(dǎo)航系統(tǒng)接收信號衰減的影響

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、中國科協(xié)青少年科技中心、中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室組織的“北斗領(lǐng)航夢想活動”在湖南省長沙市第一中學(xué)舉行。作為北斗的愛好者，我有幸參加了這個活動，在老師的指導(dǎo)下，探究了外界因子對北斗與GPS導(dǎo)航系統(tǒng)接收信號衰減的影響。

實驗前幾天，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。

實驗選在周六下午5點(diǎn)，天氣晴朗，操場周圍無建筑物、樹木的遮擋，地帶開闊。我們接通北斗接收機(jī)及筆記本電腦，啟動測試軟件，采集了當(dāng)?shù)乇倍芳癎PS定位信息、信號強(qiáng)度、星空圖及端口監(jiān)控（導(dǎo)航電文）數(shù)據(jù)。

接著實驗小組利用外界因子干擾，進(jìn)行了三個實驗，并將測試定位情況繪制成圖表，分析環(huán)境對定位的影響。

實驗一：探究溶液顏色對北斗和GPS信號衰減。

從表1、圖1可以看出：

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

實驗二：探究溶液濃度對接收器信號的影響。

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

實驗三：探究不同材料的覆蓋情況對GPS和北斗接收器信號的影響。

從表3可以看出：

（1）所有的覆蓋物都對GPS和北斗的信號有影響，其中紙盒的影響最小。

（2）整體來看，GPS在塑料盒實驗中信號誤差較為嚴(yán)重，而北斗較好。

（3）在木盒和鐵盒中GPS信號衰減程度較小。

最后我們通過實驗結(jié)論分析出北斗的整體優(yōu)勢不如GPS，抗干擾能力稍弱，主要體現(xiàn)在：①溶液有顏色會使接收器信號明顯減弱，溶液顏色的深淺對接收器信號的影響較大，且溶液顏色越深，信號衰減程度越大；②所有覆蓋物都會使GPS和北斗的信號有一定的衰減，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)為主要有以下兩個方面：

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

（2）用戶使用不同接收機(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）。雖然是同一個多模接收機(jī)，但是由于本接收機(jī)的鐘差與北斗可能存在不一致性，造成北斗信號差。

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