论外界因子对北斗与GPS导航系统接收信号衰减的影响

王凯

2016年12月，由教育部科学技术司、共青团中央学校部、中国科协青少年科技中心、中国卫星导航系统管理办公室组织的“北斗领航梦想活动”在湖南省长沙市第一中学举行。作为北斗的爱好者，我有幸参加了这个活动，在老师的指导下，探究了外界因子對北斗与GPS导航系统接收信号衰减的影响。

实验前几天，我和同学们一起精心准备了北斗多模接收机及其相关软件、电脑、10%黄色络合碘溶液、15%深黄色络合碘溶液、20%淡红色络合碘溶液、25%深红色络合碘溶液、0.5mol/L NaCl溶液、1.5mol/L NaCl溶液、手机、及木盒、纸盒、铁盒、塑料盒等器材。

实验选在周六下午5点，天气晴朗，操场周围无建筑物、树木的遮挡，地带开阔。我们接通北斗接收机及笔记本电脑，启动测试软件，采集了当地北斗及GPS定位信息、信号强度、星空图及端口监控（导航电文）数据。

接着实验小组利用外界因子干扰，进行了三个实验，并将测试定位情况绘制成图表，分析环境对定位的影响。

实验一：探究溶液颜色对北斗和GPS信号衰减。

从表1、图1可以看出：

（1）在可测定的卫星数量方面，北斗略少于GPS，这与北斗现阶段所在轨的数量少有一定的关系。

（2）从信号的衰减来看，不同溶液颜色对北斗和GPS信号都有一定程度的衰减，北斗呈现的是一直升高的趋势，而GPS呈现的是先升高，到达一定浓度后再下降的趋势，且整体衰减情况是北斗更加明显，同时出现一半以上的卫星消失、不能测定的现象。

实验二：探究溶液浓度对接收器信号的影响。

从表2和图2可以看出：

（1）整体卫星数量，GPS明显优于北斗。

（2）从浓度梯度来看，随着浓度升高，GPS与北斗信号都出现一定程度的衰减，但是北斗的衰减度略为低点。

实验三：探究不同材料的覆盖情况对GPS和北斗接收器信号的影响。

从表3可以看出：

（1）所有的覆盖物都对GPS和北斗的信号有影响，其中纸盒的影响最小。

（2）整体来看，GPS在塑料盒实验中信号误差较为严重，而北斗较好。

（3）在木盒和铁盒中GPS信号衰减程度较小。

最后我们通过实验结论分析出北斗的整体优势不如GPS，抗干扰能力稍弱，主要体现在：①溶液有颜色会使接收器信号明显减弱，溶液颜色的深浅对接收器信号的影响较大，且溶液颜色越深，信号衰减程度越大；②所有覆盖物都会使GPS和北斗的信号有一定的衰减，但以塑料物尤为明显。

造成上述的原因是多样的，但是我认为主要有以下两个方面：

（1）卫星本身时钟不一致以及星历参数造成的误差。我国的卫星原子钟现有的水平和国外还是有一定的差距，这是北斗接收信号弱的原因。

（2）用户使用不同接收机，定位精度也不同（包括接收机本身钟差、位置点因素、接收天线）。虽然是同一个多模接收机，但是由于本接收机的钟差与北斗可能存在不一致性，造成北斗信号差。

（3）北斗本身的卫星数量太少，导致接收信号差。