一直以來，大部分人對北斗/GPS衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)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(wǎng)對軍用和民用的說明，民用接收機由于其尺寸和費用的考慮，大都采用一個頻率，而軍用接收機采用兩個頻率。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(qū)別是什么。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(xié)調(diào)。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(wèi)星編號的。3、信息，就是Message，包括衛(wèi)星的位置、時間等信息。
我們知道，通過衛(wèi)星導航系統(tǒng)定位的時候需要4顆衛(wèi)星的幫助，通過4顆衛(wèi)星，我們得到了自己的經(jīng)度、緯度、高度及與標準時間的差等4個數(shù)據(jù)。那么4顆衛(wèi)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(shù)。所以，不管軍用信號還是民用信號，我們從衛(wèi)星中得到的信息都是一樣的，就是這顆衛(wèi)星處于哪里、這顆衛(wèi)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(tǒng)的信號頻率分布，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于同一頻率的。
那么，剩下用來區(qū)分軍用和民用信號的就只有擴頻碼了，擴頻碼代表了衛(wèi)星的編號。比如，GPS長期工作的衛(wèi)星共24顆，它們對我們的編號一般是1～24。那么同一顆衛(wèi)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(qū)分人的方法是一樣的，特朗普，對于我們公眾來說，他的代號就是“美國總統(tǒng)”，但在他家庭內(nèi)部，他是伊萬卡“Daddy”。特朗普做了什么、說了什么，并不會因為他對不同人的屬性不同而不同。導航衛(wèi)星的擴頻碼編號也是一樣的，對于公眾來說，它的編號可能是1，對于軍隊內(nèi)部，它的編號可能是A，但不同的編號并不影響它最終要告訴用戶的內(nèi)容。那么同一顆衛(wèi)星不同的民用和軍用編號最終會影響用戶什么呢？還是以特朗普為例，世界上那么多人，可能存在和特朗普長相相似的人，對于我們民用用戶，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(wèi)星也是一樣，同一顆衛(wèi)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(wèi)星的距離誤差，但是兩個測量誤差的差別并不會決定性地影響用戶最終的定位精度。
為什么軍用民用不同衛(wèi)星編號造成的測量距離誤差并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(wèi)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(wèi)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(wèi)星告訴你的時間和標準時間有偏差。
3、電離層延遲，就是衛(wèi)星信號在從太空穿越大氣層，經(jīng)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(wèi)星信號碰到一些反射物體，發(fā)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、接收機噪聲，就是接收機自己在測量距離時也會帶入自己的誤判。
那么外界的6個誤差源對用戶測量其與衛(wèi)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，接收機噪聲是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(xiàn)在已經(jīng)取消。下圖就是這個政策取消前后民用信號的定位精度變化。
另外一個誤差是pseudo-range noise，直譯叫做偽距噪聲，是1米。這個偽距噪聲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，怎么算出來的？就是每個誤差都自己平方一下，然后都加起來，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。
那么我們剛剛在文章開頭說到，軍用接收機一般會用兩個頻率，兩個頻率有什么用？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么變化，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么太大區(qū)別，它們的區(qū)別僅僅在于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么一樣，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(xiàn)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，那為什么要特地開發(fā)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(fā)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。
細心點進來看的同學可能已經(jīng)注意到了，我們上面分析的誤差結(jié)果，最終乘以了一個參數(shù)PDOP。因為我們上面計算的均方差rms error實際上只是我們到一顆衛(wèi)星的距離誤差，如下圖紅線。如果最終要轉(zhuǎn)換到藍線的4顆衛(wèi)星定位誤差，還需要乘以PDOP。PDOP叫做幾何因子，跟我們用的衛(wèi)星在空間的分布有關。
我們常說北斗在亞太地區(qū)的定位精度要比GPS高，實際上說的是在亞太地區(qū)，北斗的PDOP要比GPS小，因為北斗不僅有中高地球軌道衛(wèi)星MEO，還有地球同步軌道衛(wèi)星GEO，還有傾斜地球同步軌道衛(wèi)星IGSO，而GPS只有MEO。所以在我們測量和單顆衛(wèi)星距離誤差相同的情況下，在亞太地區(qū)，最終的定位誤差，北斗要比GPS小。這個后續(xù)有時間再專門講下。
