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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。
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。
![](https://www.soolun.com/img/pic.php?url=http://img.resource.qikan.cn/qkimages/zdka/zdka201705/zdka20170556-1-l.jpg)
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:
![](https://www.soolun.com/img/pic.php?url=http://img.resource.qikan.cn/qkimages/zdka/zdka201705/zdka20170556-2-l.jpg)
(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。