為什麼北斗衛星和 GPS 衛星定位系統的高精度定位不向普通用戶開放?

　　為什麼北斗衛星和 GPS 衛星定位系統的高精度定位不向普通用戶開放?

　　他們都只開放低精度的。高精度定位只有特許用戶才能用。

　　為什麼? 如果是高精度定位成本高, 那麼可以讓普通用戶繳納一定費用使用

　　攻城獅

　　一直以來，大部分人對北斗/GPS衛星導航定位系統都有一種誤解，認為我們使用的民用信號精度要比軍用信號的低。實則不然，不管軍用還是民用，兩者的精度是相差不大的。下圖是GPS官網對軍用和民用的說明，民用接收機由於其尺寸和費用的考慮，大都採用一個頻率，而軍用接收機採用兩個頻率。用兩個頻率的軍用接收機可以消除掉地球大氣層引起的誤差。

　　

　　要明白民用和軍用信號定位精度相差不大，需要先明白民用信號和軍用信號的區別是什麼。我們用戶接收到的導航信號包括3部分：1、載波頻率，下圖中的1575.42MHz和1227.60MHz就是指頻率，頻率是非常重要的資源，我國北斗和歐洲伽利略就曾因頻率資源進行了一段長達8年的協調。2、擴頻碼，下圖的C/A Code和P Code就是指擴頻碼，擴頻碼是用來識別衛星編號的。3、信息，就是Message，包括衛星的位置、時間等信息。

　　

　　我們知道，通過衛星導航系統定位的時候需要4顆衛星的幫助，通過4顆衛星，我們得到了自己的經度、緯度、高度及與標準時間的差等4個數據。那麼4顆衛星分別告訴我們的是它們在空間中的位置、它們與標準時間的差等信息，我們再通過測量我們到它們的距離，建立4個方程，解4個未知數。所以，不管軍用信號還是民用信號，我們從衛星中得到的信息都是一樣的，就是這顆衛星處於哪裡、這顆衛星跟標準時間差多少等信息。

　　

　　而軍用信號和民用信號，它們的載波頻率又是可以是相同的，如下圖是各個導航系統的信號頻率分佈，以第一行的GPS為例，其紅色的軍用信號和綠色的民用信號是可以處於同一頻率的。

　　

　　那麼，剩下用來區分軍用和民用信號的就只有擴頻碼了，擴頻碼代表了衛星的編號。比如，GPS長期工作的衛星共24顆，它們對我們的編號一般是1～24。那麼同一顆衛星對軍用和民用的用戶來說，編號是不一樣的嘛？舉個栗子，這跟我們區分人的方法是一樣的，特朗普，對於我們公眾來說，他的代號就是「美國總統」，但在他家庭內部，他是伊萬卡「Daddy」。特朗普做了什麼、說了什麼，並不會因為他對不同人的屬性不同而不同。導航衛星的擴頻碼編號也是一樣的，對於公眾來說，它的編號可能是1，對於軍隊內部，它的編號可能是A，但不同的編號並不影響它最終要告訴用戶的內容。那麼同一顆衛星不同的民用和軍用編號最終會影響用戶什麼呢？還是以特朗普為例，世界上那麼多人，可能存在和特朗普長相相似的人，對於我們民用用戶，我們可能會錯認特朗普，但是伊萬卡這個軍用用戶不會，也就是說，我們定位特朗普的精度會比伊萬卡略低。導航衛星也是一樣，同一顆衛星民用和軍用不同的編號，影響的是民用和軍用用戶測量其離這顆衛星的距離誤差，但是兩個測量誤差的差別並不會決定性地影響用戶最終的定位精度。

　　

　　為什麼軍用民用不同衛星編號造成的測量距離誤差並不決定性影響定位精度？這要從定位精度的誤差來源到底有多少說起。在我們用戶測量我們與衛星間的距離時，外界誤差主要包括6個來源：1、軌道誤差，就是衛星告訴你的位置和其真實的位置有偏差。2、時鐘誤差，就是衛星告訴你的時間和標準時間有偏差。3、電離層延遲，就是衛星信號在從太空穿越大氣層，經過電離層時其速度會變慢，而我們卻不知道它慢了多少時間。4、對流層延遲，與電離層延遲相似。5、多徑，就是衛星信號碰到一些反射物體，發射的信號會對實際信號有影響，讓用戶誤判到底哪個才是真正想要的信號。6、接收機雜訊，就是接收機自己在測量距離時也會帶入自己的誤判。

　　

　　那麼外界的6個誤差源對用戶測量其與衛星間的距離到底造成多大的誤差，如下圖。

　　

　　時鐘誤差和軌道誤差都是1米，電離層延遲是10米，對流層延遲是1米，多徑是0.5米，接收機雜訊是1米。上圖中還有兩個誤差，一個就是選擇可用性selective availability，這個誤差是10米。這是2000年5月1日前，美國為了防止敵方民用信號精度過高而人為引入的誤差，現在已經取消。下圖就是這個政策取消前後民用信號的定位精度變化。

　　

　　另外一個誤差是pseudo-range noise，直譯叫做偽距雜訊，是1米。這個偽距雜訊就是我們用民用編號和軍用編號造成的誤差。上面所有的誤差的均方差就是我們的測量距離誤差，可以看到，我們得到的均方差rms error在15米左右，這是2000年5月1日前還有選擇可用性時的精度，怎麼算出來的？就是每個誤差都自己平方一下，然後都加起來，再開方。2000年5月2日去掉選擇可用性造成的人為誤差后，rms error就變成了10.2米。就算我們認為軍用信號足夠好，把軍用編號造成的誤差pseudo-range noise改成0米，也不會對最終的誤差有多大影響，rms error還是在10.16米。

　　那麼我們剛剛在文章開頭說到，軍用接收機一般會用兩個頻率，兩個頻率有什麼用？兩個頻率的好處就是能把最大的誤差源--電離層延遲降低到0米左右。這樣，我們再來看看軍用編號的精度有什麼變化，rms error變成1.8米了。所以，大家看到了吧，軍用信號和民用信號在精度上沒什麼太大區別，它們的區別僅僅在於軍用信號擴頻碼編號是保密的，只有軍方知道。就跟伊萬卡叫特朗普是什麼一樣，我們也不知道她到底是叫「Daddy」還是「Papa」，抑或是還有其他稱呼。而民用信號接收機為了省錢跟接收機小型化，大都只用一個頻率，所以還是保留了電離層延遲的10米誤差，所以總體來說最終表現會比軍用信號接收機差。

　　既然軍用信號和民用信號精度差不多，那為什麼要特地開發軍用信號呢？保密！！！沒錯，民用信號是完全對外公布的，別人可以偽造，發射一個假的信號，欺騙你，比如下面這個案例。而軍用信號編碼是保密的，別人無法偽造，也就沒法用假信號欺騙你了。