科学空间站|紧追北斗！SpaceX发射第三颗GPSIII卫星，同是三代到底谁更领先？
#北斗三号##GPS#
8天后 ， 紧随我国北斗三号组网收官卫星的成功发射 ， 北京时间2020年7月1日凌晨（弗洛里达当地时间6月30日下午） ， 美国卡角发射场 ， GPSIII第三颗卫星搭载SpaceX公司猎鹰9号运载火箭成功发射 。
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Space X公司猎鹰9号火箭
我国的北斗三号系统启动建设于2009年 ， 于2020年6月23日已完成组网 。 GPSIII ， 即美国第三代全球卫星导航系统 ， 启动建设于2000年 ， 其卫星项目由美国著名航空航天公司洛克希德·马丁负责开发 ， 单颗造价高达5亿美元 ， 首颗已于2018年完成发射 ， 初期计划在2023前完成总计十颗GPSIII卫星的发射 。
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第三代GPS卫星
已经完成组网的北斗三号和GPS三代相比我们到底是处于领先还是落后 ， 通过如下几点核心技术的对比 ， 或许我们不难得到答案 。 定位精度之比
北斗三号的定位精度：全球范围服务的精度是10米 ， 亚太地区可达5米 。 亚太地区精度的提高得益于我们独创的三种轨道混合应用 ， 将全球服务和地域增强有机的结合 。
GPS三代的定位精度由二代的5-10米提高到1米 ， 和欧洲的伽利略卫星导航系统持平 。
上面说的定位精度都是针对民用需求 ， 对于军用 ， 在辅助装置的加持增强下 ， 全球四大导航系统都能轻松实现厘米 ， 甚至毫米级的定位精度 。
【科学空间站|紧追北斗！SpaceX发射第三颗GPSIII卫星，同是三代到底谁更领先？】
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北斗卫星导航系统为地面提供服务示意图
厘米级定位精度的意义：
有科学家做过这样一个模拟实验 。 在完成一次精准打击任务过程中 ， 定位精度同弹数量、当量的关系是：
（1）当定位精度提高1倍 ， 相当于提高弹数量3倍 ， 当量提高7倍；
（2）当定位精度提高2倍 ， 相当于提高弹数量8倍 ， 当量提高26倍；
（3）当定位精度提高3倍 ， 相当于提高弹数量15倍 ， 当量提高63倍；
看了这个 ， 相信大家也就能理解各国不断提高导航定位精度的意义了！
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东风26卫星定位的“心脏”—原子钟之比
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以铯的固有频率作为基准频率定义1秒的长度
北斗三号：采用铷原子钟搭配氢原子钟的完美自主解决方案 。 铷原子钟体积小、能耗低 ， 频率稳定度 ， 较北斗二号提高10倍 ， 定位精度和授时精度均提高一个量级 ， 它的缺点是有一定老化率 。 同时北斗三号还配置了精度高、稳定性好的氢原子钟 ， 它的缺点是体积大能耗高 。
GPS三代卫星：使用的是依旧是铯原子钟 ， 众所周知 ， 铯的固有频率是各系统中的基准频率 ， 可用于世界准时钟的计量 。 铯原子钟精度和稳定性极高 ， 几乎无老化 ， 当然缺点也很明显 ， 价格昂贵 ， 能耗高、体积大也在所难免 。
卫星是怎么实现定位的？
我们知道 ， 在一个三维空间中通常用（X ， Y ， Z）来表示一个点的位置 ， 如果我们把地球、地球上的人和物体、导航卫星放在一个大的三维空间中 ， 这样形成一个以地心为原点的坐标系 。
每个卫星的坐标是已知的 ， 卫星到地球上人和物体的距离可以通过光速和时间的乘积得到 ， 这样根据空间几何的相关公式 ， 我们就可以得到坐标和两点距离之间的方程式 ， 因为一个坐标有三个未知参数 ， 所以理论上需要三颗卫星组成一个方程组就能求出（X ， Y ， Z） ， 但由于卫星（原子钟）和地面（石英钟）时间精度的差异（例如地面显示的接收卫星信号的时间是12:00:02 ， 但由于精度差异 ， 地面接收卫星信号的真实时间是12:00:01） ， 为了消除这个误差 ， 还需要引入第四颗卫星再列一个方程式 ， 就能准确解得（X ， Y ， Z）的具体值 ， 也就知道了我们的位置 。
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