GNSS相关知识介绍全解
卫星定位技术—GNSS概述(工程测量)
GNSS的基本定位原理
我们先要清楚几个问题！
根据几何与物理基本原理，利用空间分 布的卫星以及卫星与地面点间距离交会 出地面点位置。
R3
R1
R2
GNSS的基本定位原理
GPS定位为什么必须接收至少4颗卫星？
1、考虑到各种误差的影响，为了达到 定位精度要求，至少需要同步观测4颗 以上的卫星。
2 、 GPS 定 位 包 括 确 定 一 个 点 的 三 维 坐 标与实现同步这四个未知参数。
2、根据接收机运动状态的不同
动态定位：至少有一台接收机处于运动状态
GPS定位为什么必须接收至少4颗卫星？
GPS定位采用的方法主要有哪些？
3、根据接收机的数量
单点定位
GPS定位为什么必须接收至少4颗卫星？
GPS定位采用的方法主要有哪些？
3、根据接收机的数量
相对定位
3、未知数：纬度，经度，高程和时间。
GPS系统定位原理图
GPS定位为什么必须接收至少4颗卫星？
GPS定位基本原理图所示，有四颗已知坐标的卫星S1（x1，y1，z1），S2（x2，y2，z2）， S3（x3，y3，z3），S4（x4，y4，z4），以及一个位置坐标的观测点rP（x，y，z）。
由 以 上 四 个 方 程 即 可 解 出 观 测 点 的 坐 标 （ x ， y ， x ） 和 本 地 钟 差 tp ， 其 中 c 为 光 速 299792458m/s，从而得到观测点的位置信息。
多个卫星星座
• GPS • GLONASS • BeiDou • Galileo •…
>100颗卫星
增强系统
• WAAS • EGNOS • MASAS •…
GNSS的基本定位原理
GNSS介绍
三、GNSS定位特点
➢测站之间无需通视； ➢观测时间短； ➢定位精度高； ➢全天候作业； ➢操作简便； ➢三维定位。
??
GNSS
GPS
二、GNSS构成
Compass
GPS
Galileo
GLONASS
1、美国GPS系统
美国的全球卫星定位系统（Global Positioning System —GPS）。 主要参数： 24（21+3）颗卫星，现有31颗； 6个近圆轨道，平均高度20200KM； 轨道面与赤道面夹角55°； 运行周期为11小时58分； 基准频率铷钟和铯钟，(D码、C/A码、P码、L1与L2载波)。 单点水平定位精度约10米。
2、俄罗斯GLONASS系统
俄罗斯的全球卫星导航系统（GLObal Navigation Satellite System —GLONASS）。 主要参数： 24（21+3）颗卫星，现有23颗； 3个近圆轨道，平均高度19100KM； 轨道面与赤道面夹角65°；运行周期为11小时15分； 频率基准铯钟，包括S码、P码、L1与L2载波； 单点水平定位精度约16米。
4、中国北斗（COMPASS）系统
中国北斗卫星导航系统（BeiDou (COMPASS) Navigation Satellite System） 主要参数：
５颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星，静止卫星分布
为：58.75ºE、 80ºE、110.5ºE、140ºE &160ºE；30颗非静 止轨道卫星由27颗中轨(MEO)卫星和3颗倾斜同步(IGSO)卫 星组成，MEO卫星分布在倾角为55度的3个轨道平面上，轨 道高度为21500公里。 单点水平定位精度约10米； 双向短信服务。
GNSS概述
——定义、系统组成、性能指标一、GNSS定义二、GNSS系统组成三、GNSS性能指标卫星导航定位系统是以人造地球卫星作为导航台的星基无线电导航系统，为全球陆、海、空、天的各类军民载体提供全天候的、高精度的位置、速度和时间信息。
也称为天基定位、导航和授时（PNT）系统。
全球导航卫星系统简称是GNSS（Global Navigation Satellite System ）。
GNSS是泛指所有的卫星导航系统，包括（1）全球的。
如美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧洲的Galileo、中国的北斗卫星导航系统.（2）区域的。
日本的准天顶卫星系统（QZSS），印度区域导航卫星系统（IRNSS）。
（3）相关的增强系统。
如美国的WAAS（广域增强系统）、欧洲的EGNOS（欧洲静地导航重叠系统）和日本的MSAS（多功能运输卫星增强系统）等。
GPS 31颗在轨工作全球可用GLONASS 28颗在轨运行，其中5颗处于测试或维修状态全球可用GALILEO 计划30颗，发射10颗试验阶段BeiDou/COMPASS 计划35颗，已发射22颗区域可用。
以上数据截止2016年4月22日卫星导航系统主要由三部分组成：◦空间段：在空中绕地球飞行的人造卫星群◦地面测控段：主控站、监控站、注入站等◦用户段：用户导航终端，导航接收机等GNSS系统组成维持非常精密的时间基准，通常载有多个原子钟；知道自己的正确轨道和位置，以提供导航的空间基准； 连续不断地在多个频段上向用户发射信号；接收并存储由地面监控部分发来的导航信息； 接收并执行从地面监控部分发射的控制指令； 可以通过推进器调整自身的运行姿态；卫星之间可能会有星间链路。
核心功能辅助功能❝卫星轨道：MEO、GEO、IGSO❝卫星组成：无线电收发装置、原子钟、计算机、太阳能板、推进系统。
❝卫星的区分：CDMA、FDMA等。
GPS、Galileo、BDS采用CDMA；GLONASS采用FDMA。
gnss基础知识
GNSS基础知识一、什么是GNSS1.1 GNSS的定义全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)是一种通过星间测量技术提供全球定位、导航和定时服务的系统。
它由一组在轨道上运行的卫星、地面控制站和用户接收设备组成。
1.2 GNSS的分类•美国的全球定位系统(Global Positioning System，GPS)•俄罗斯的格洛纳斯系统(GLONASS)•欧洲的伽利略系统(Galileo)•中国的北斗导航系统(Beidou)•日本的QZSS系统二、GNSS的原理2.1 GNSS的组成GNSS系统由卫星、地面控制站和用户接收设备组成。
卫星通过无线信号发送时间和位置信息，地面控制站负责监控卫星状态并发送指令进行控制，用户接收设备则接收卫星信号，计算出自身的位置。
2.2 GNSS的工作原理1.卫星发射信号卫星通过发射无线信号，在信号中包含了时间和位置等信息。
2.接收器接收信号用户接收设备接收卫星发射的信号，并通过天线将信号转换为电信号。
3.信号处理接收器对接收到的信号进行放大、滤波等处理，使其符合处理器的要求。
4.计算位置接收器利用接收到的卫星信号和已知卫星位置信息，通过三角定位或测距等算法计算出用户的位置。
5.位置显示计算出用户位置后，可以通过显示屏或连接其他设备显示出位置信息。
三、GNSS的应用3.1 导航GNSS最主要的应用是导航，通过定位和计算导航信息，使用户能够准确地知道自己的位置，并根据导航系统给出的路线规划来实现导航。
3.2 测量和测绘GNSS可以用于测量和测绘领域，利用卫星信号可以测量出地球上的点的经度、纬度和高度等信息，并通过测绘软件来绘制地图和进行测绘分析。
3.3 公共安全GNSS在公共安全领域也有广泛的应用。
例如，通过监控卫星信号，可以追踪并救助山区迷路的人员；在紧急情况下，通过定位也可及时调度应急救援资源。
3.4 农业GNSS在农业领域也有很多应用。
GNSS概述
——定义、系统组成、性能指标一、GNSS定义二、GNSS系统组成三、GNSS性能指标卫星导航定位系统是以人造地球卫星作为导航台的星基无线电导航系统，为全球陆、海、空、天的各类军民载体提供全天候的、高精度的位置、速度和时间信息。
也称为天基定位、导航和授时（PNT）系统。
全球导航卫星系统简称是GNSS（Global Navigation Satellite System ）。
GNSS是泛指所有的卫星导航系统，包括（1）全球的。
如美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧洲的Galileo、中国的北斗卫星导航系统.（2）区域的。
日本的准天顶卫星系统（QZSS），印度区域导航卫星系统（IRNSS）。
（3）相关的增强系统。
如美国的WAAS（广域增强系统）、欧洲的EGNOS（欧洲静地导航重叠系统）和日本的MSAS（多功能运输卫星增强系统）等。
GPS 31颗在轨工作全球可用GLONASS 28颗在轨运行，其中5颗处于测试或维修状态全球可用GALILEO 计划30颗，发射10颗试验阶段BeiDou/COMPASS 计划35颗，已发射22颗区域可用。
以上数据截止2016年4月22日卫星导航系统主要由三部分组成：◦空间段：在空中绕地球飞行的人造卫星群◦地面测控段：主控站、监控站、注入站等◦用户段：用户导航终端，导航接收机等GNSS系统组成维持非常精密的时间基准，通常载有多个原子钟；知道自己的正确轨道和位置，以提供导航的空间基准； 连续不断地在多个频段上向用户发射信号；接收并存储由地面监控部分发来的导航信息； 接收并执行从地面监控部分发射的控制指令； 可以通过推进器调整自身的运行姿态；卫星之间可能会有星间链路。
核心功能辅助功能❝卫星轨道：MEO、GEO、IGSO❝卫星组成：无线电收发装置、原子钟、计算机、太阳能板、推进系统。
❝卫星的区分：CDMA、FDMA等。
GPS、Galileo、BDS采用CDMA；GLONASS采用FDMA。
详解测绘技术中的全球导航卫星系统原理与应用
详解测绘技术中的全球导航卫星系统原理与应用概述全球导航卫星系统（GNSS）是一种基于卫星定位的技术，可以提供全球范围内的定位、导航和时间传输服务。
GNSS由多颗卫星组成，通过与地面上的接收设备进行通信，可以实现高精度的位置测量和导航功能。
本文将详细介绍GNSS的原理和应用。
一、GNSS原理1.1 卫星定位GNSS的核心原理是通过卫星发射的信号和地面上接收设备之间的通信来确定位置信息。
卫星定位系统通常由多颗卫星组成，它们分布在不同的轨道上，覆盖全球范围。
这些卫星通过发射无线电信号到地面接收设备，接收设备接收到多颗卫星的信号后，可以通过信号延迟、多普勒频移等计算方法来确定接收设备与卫星的相对位置，从而得到接收设备的位置信息。
1.2 GPS和其他GNSS系统全球定位系统（GPS）是最早研发并应用的一种GNSS系统。
除了GPS外，目前还有其他几种GNSS系统，如俄罗斯的格洛纳斯系统、欧盟的伽利略系统和中国的北斗系统。
这些系统在卫星数量、覆盖范围和准确度等方面有所不同，但基本的运行原理是相似的。
二、GNSS应用2.1 地理测量GNSS在地理测量中发挥着重要作用。
通过接收多颗卫星的信号，地理测量人员可以确定测量点的经纬度、高程和相对位置等信息。
这些信息对于地图绘制、土地管理、灾害监测等方面的工作非常重要。
2.2 航空和航海导航在航空和航海领域，GNSS被广泛用于导航和定位。
航空器和船只上的导航系统可以接收卫星信号，计算出其位置和航向信息，以便飞行员或船员准确地导航。
这对于保证航空和航海的安全性具有重要意义。
2.3 交通监测与管理GNSS还可以应用于交通监测和管理。
通过在车辆或交通信号灯上安装GNSS 接收设备，可以实时获取车辆的位置信息和交通流量数据，从而帮助交通管理部门更好地调控道路交通。
此外，GNSS还能提供智能交通系统、车辆控制等方面的支持。
2.4 精准农业GNSS对于农业领域的应用也非常广泛。
农民可以通过接收卫星信号，确定农田的边界、土壤特性和作物生长情况等信息，从而实现精确施肥、精细管理和减少资源浪费。
GNSS相关知识介绍
– 现代化后
• 在L2上调制C/A码； • 在L1和L2增加调制M码；
GPS卫星信号 > 导航电文 > 内容&概述
导航信息内容
• • • • GPS系统时间和卫星时钟校准值 高精度的卫星轨道数据(星历) 粗略的卫星轨道数据(历书) 系统卫星健康状态
导航信息概述
• • • • 导航信息共分25帧，每帧1500bits，共37500bits 每帧分5个子帧，每子帧300bits 每子帧分10个Word，每个Word为30bits 完整接收需耗时37500/50=12.5分钟
定位技术 > 移动定位技术 > E-OTD
增强型观测时间差 (Enhanced-Observed Time Difference, E-OTD)定位技术： 在无线网络中放置若干位置接收器或参考点作为位置 测量单元LMU，参考点都有一个精确的定时源，当具有 E-OTD功能的手机和LMU接收到3个以上的基站信号时， 每个基站信号到达两者的时间差将被算出来，从而估算出 手机所处的位置。这项定位技术定位精度较高但硬件实现 也复杂。
GPS卫星信号 > 信号结构 > 整体框图
GPS卫星信号 > 信号结构 > 简化框图
GPS卫星信号 > 信号结构 > 示例
GPS卫星信号 > 信号结构 > 载波
• 作用
– 搭载其它调制信号 – 测距 – 测定多普勒频移
L1
19.03c m
L2
24.42c m
• 类型
– 目前
• L1 – 频率： 154f0 = 1575.43MHz；波长：19.03cm • L2 – 频率： 120f0 = 1227.60MHz；波长：24.42cm
gnss基础知识
gnss基础知识
GNSS（全球导航卫星系统）是依靠卫星发射和地面接收设备，提供全球范围内无线导航、定位、测量和定时的一种现代技术。
目前，全球最完整的GNSS系统是美国的GPS系统，欧盟的伽利略系统、俄罗斯的GLONASS系统和中国的北斗系统也相继建成和运行。
GNSS系统主要由卫星、地球电离层、地球大气等组成。
其根本原理是通过测量卫星和地面接收设备之间的距离差异，从而确定接收设备相对于卫星的位置。
GNSS接收器通过接收卫星信号的时间差来计算距离，然后利用接收到的卫星数据计算接收器位置。
一颗卫星发射精确的时钟信号，卫星上的原子钟准确性极高，经验表明其误差在一定时间内不会发生超过一微秒的误差，因此测量的距离误差较小，可以达到不到1厘米的精度。
GNSS技术应用领域非常广泛，主要包括汽车导航、航空航天、军事防御、海洋定位、农业测量、地理信息、建筑测量等领域。
任何需要精确定位或导航的行业都可以应用GNSS技术。
GNSS技术的发展历程经历了多年的发展和改进。
早期的导航系统被设计用于军事目的，但随着技术的进步和成本的下降，GNSS逐渐成为公共领域的一项常规技术。
目前，人们越来越依赖GNSS技术来完成日常生活中的导航和定位。
无人驾驶汽车，航空航天，以及精确农业等领域都离不开GNSS技术。
总之，GNSS技术是一个不断发展和创新的领域，随着技术的进步和成本的降低，他将在更广泛的领域应用，从而让大家更方便和安全的掌握位置信息和导航。
第二讲GNSS测量概述
OEM板卡
天宝 NovAtel Ashtech Javad
国内品牌
华测 南方 中海达 易测（合众思壮）
光谱 中纬
博飞 苏光
GNSS 测绘产品制造商
❖ 美国天宝集团（兼并了德国蔡司、瑞典捷创力，日本 尼康测量部 ）
❖ 海克斯康集团（加拿大诺瓦泰与瑞士徕卡） ❖日本东芝集团 （日本拓普康、索佳、美国加瓦特） ❖ 美国麦哲伦（兼并了美国阿士泰克和法国塞色尔） ❖ 上海华测导航技术有限公司 ❖ 广州南方测绘仪器有限公司 ❖ 广州中海达导航有限公司
选择最佳观测时段 ❖
目前接收机的自动化程度较高，操作人员只需作好以下工作即可：
❖ （1）各测站的观测员应按计划规定的时间作业，确保同步观测。 ❖ （2）确保接收机存储器有足够存储空间。 ❖ （3）开始观测后，正确输入高度角，天线高及天线高量取方式。 ❖ （4）观测过程中应注意查看测站信息、接收到的卫星数量、卫星
GNSS测量原理
地物地貌
数学法则
地物地貌
坐标！！！ 杭州
北纬 30° 25′ 53″ 东经 120° 14′ 88″
应用实例
我国的大地坐标系
❖ 1.1954年北京坐标系（BJ54旧） ❖ 2.1980年国家大地坐标系（GDZ80） ❖ 3.新1954年北京坐标系（BJ54新） ❖ 4.国家2000坐标系（CGCS2000）
加常数,投影面高程,起算点的坐标及
E
≤10
≤20
其精度
5. GPS高程
连测部分水准点(C、D、E级应按四等水准进行连测)
6. 选点原则和点位标志
平均距离(km) 1000 300 70 10~15 5~10 0.2~5
各级测量基本技术要求规定
gnss知识点
gnss知识点GNSS（全球导航卫星系统）是一种利用一组卫星和地面接收器，提供全球定位、导航和定时服务的技术系统。
它是现代社会不可或缺的一部分，广泛应用于航空航天、交通运输、地质勘探和科学研究等领域。
本文将从GNSS的概念、原理、应用和未来发展等方面介绍GNSS的知识点。
一、概念GNSS是由多颗卫星组成的全球定位系统，包括美国的GPS（全球定位系统）、俄罗斯的GLONASS（格洛纳斯）、欧洲的Galileo（伽利略）和中国的北斗卫星导航系统等。
这些卫星通过发射精确的微波信号，由地面接收器接收并计算出自身位置的经纬度、高度和时间等信息。
二、原理GNSS的原理是通过测量卫星发射信号的传播时间差来计算接收器与卫星之间的距离。
通过同时接收多颗卫星的信号，利用三角定位原理计算出接收器的位置。
同时，接收器还可以利用卫星的导航信息来确定当前时间和速度等参数。
三、应用1. 航空航天：GNSS在飞机导航、自动驾驶和空中交通管制等方面发挥着重要作用。
飞机可以利用GNSS定位和导航系统准确地确定自身位置和航向，实现自动导航和自动驾驶。
2. 交通运输：GNSS在车辆导航、交通管理和智能交通系统中广泛应用。
车辆可以利用GNSS导航系统选择最佳路径、避免拥堵和事故，并提供实时交通信息。
3. 地质勘探：GNSS在地质灾害预警和地震监测等方面起着重要作用。
通过监测地壳运动和变形，可以提前预警地质灾害，并为地震研究提供数据支持。
4. 科学研究：GNSS在大气科学、地球物理学和天文学等领域有着广泛应用。
通过测量大气延迟、地壳运动和星际导航等数据，可以深入研究地球和宇宙的运动规律。
四、未来发展随着技术的不断进步，GNSS在精度、覆盖范围和可靠性等方面将继续提升。
未来的发展方向包括增加卫星数量、引入新的导航系统和利用GNSS与其他技术的融合等。
同时，GNSS还将应用于更多领域，如智能城市、农业和海洋监测等。
总结：GNSS是一种全球定位、导航和定时服务的技术系统，通过一组卫星和地面接收器实现定位和导航功能。
GNSS相关知识介绍全解
GNSS相关知识介绍全解全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）是由一组卫星和地面设施组成的系统，用于提供全球定位、导航和时间服务。
GNSS系统包括美国的GPS（全球定位系统），俄罗斯的GLONASS（全球导航卫星系统），欧盟的Galileo（伽利略导航系统），中国的北斗导航系统等。
GNSS系统的工作原理是通过一组卫星发射精确的时钟信号和位置信息，接收器在地面上通过接收这些信号确定自身的位置、速度和时间。
具体来说，GNSS接收器接收到来自多颗卫星的信号后，利用接收到的信号的时间差来计算出接收器与卫星之间的距离。
通过同时接收多颗卫星的信号，可以计算出接收器的三维位置信息。
这种定位方法被称为三角定位。
GNSS系统的应用非常广泛，涵盖了汽车导航、航海、航空、农业、测绘、物流等各个领域。
在汽车导航中，GNSS系统可以帮助车辆确定当前的位置和导航目的地，提供最佳路线和交通信息。
在航空领域，飞机可以利用GNSS系统来实现自动驾驶和自动降落。
在农业领域，农民可以利用GNSS系统来提高农作物的种植效率，合理施肥和灌溉。
GNSS系统也具有一定的精度要求。
通常来说，在有充分可见性的情况下，GNSS系统的位置精度可以在几米到数十米之间。
但在远离卫星可见性的地区，如建筑物密集的城市中，位置精度可能会下降。
为了提高精度，可以利用差分GPS技术。
差分GPS技术通过同时接收接收器和参考站接收器的信号，来纠正信号在大气层中所受到的影响，从而提高定位精度。
此外，GNSS系统还具有一定的安全和安全性。
GNSS系统具有抗干扰能力，可以抵御各种干扰源对信号的影响。
此外，GNSS系统还具有遥测功能，可以接收遥测数据，如气象数据、地震数据等。
总结而言，GNSS是一种通过卫星导航和定位技术提供全球定位、导航和时间服务的系统。
它在各个领域都有广泛的应用，并具有一定的精度、可靠性和安全性。
第一讲GNSS定位的基本原理
第一讲GNSS定位的基本原理GNSS（全球导航卫星系统）定位是一种基于卫星信号的定位技术，通过接收来自多颗卫星的信号，计算出接收器的位置、速度和时间等信息。
本文将介绍GNSS定位的基本原理。
GNSS定位系统由多颗卫星组成，包括全球定位系统（GPS）和伽利略卫星导航系统等。
这些卫星分布在不同的轨道上，提供全球范围的覆盖。
GNSS定位系统通过接收来自多颗卫星的信号，并计算信号的传播时间和位置，从而确定接收器的位置。
GNSS定位的基本原理包括以下几个方面：1.三角测量原理：GNSS定位利用了三角测量原理，即通过测量多颗卫星信号的传播时间差来确定接收器的位置。
当接收器接收到至少四颗卫星的信号时，可以通过计算信号传播时间差来确定接收器的三维位置。
这是因为信号在空间中以光速传播，因此信号的传播时间差可以转化为距离差，从而确定位置。
2.卫星轨道精确测量：GNSS定位系统需要准确地测量卫星的轨道参数，包括卫星位置、速度和时间等。
这些参数通过卫星导航系统中的精密测量设备和测量技术来获取。
定位系统通过接收卫星信号，并计算信号传播时间差和轨道参数来确定接收器的位置。
3.信号传播延迟校正：卫星信号在传播过程中会遇到大气和电离层等影响，导致信号传播时间的延迟。
为了准确确定接收器的位置，GNSS定位系统需要进行信号传播延迟的校正。
这通过接收多颗卫星的信号，并使用大气和电离层模型来估计和校正信号传播延迟。
4. 定位解算算法：GNSS定位系统通过使用数学模型和计算算法来确定接收器的位置。
常用的算法包括最小二乘法和Kalman滤波算法等。
这些算法通过计算多颗卫星信号的传播时间差、轨道参数和信号传播延迟来解算接收器的位置。
总之，GNSS定位是一种基于卫星信号的定位技术，通过接收多颗卫星的信号，并计算信号的传播时间差、轨道参数和信号传播延迟等信息，来确定接收器的位置。
这种定位技术在交通导航、军事应用、地质勘探和航空航天等领域具有广泛的应用前景。
gnss空间定位基础知识总结
GNSS空间定位基础知识总结一、概述1.1 GNSS是什么？GNSS全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System）是一种基于卫星的导航系统，能够在全球范围内为用户提供定位、导航和时间服务。
1.2 GNSS的发展历程1978年美国启动了第一颗GPS导航卫星Navstar-01。
随后欧盟、俄罗斯和我国纷纷推出自己的导航卫星系统，如欧盟的伽利略系统、俄罗斯的格洛纳斯系统、和我国的北斗系统。
1.3 GNSS的应用领域GNSS技术已经广泛应用在陆地、海洋、空中等多个领域，包括交通运输、地质勘探、农业、精准定位等多个方面。
二、GNSS的组成和原理2.1 GNSS系统包括哪些导航卫星目前世界上主要的导航卫星系统有GPS（美国）、GLONASS（俄罗斯）、Galileo（欧盟）、BeiDou（我国）等。
2.2 GNSS的信号传输原理GNSS通过卫星信号传输，接收设备接收卫星的信号，并计算出自己的位置信息。
信号传输原理包括卫星信号发射、地面接收、信号处理等环节。
2.3 GNSS定位的原理GNSS的定位原理主要包括三角测量原理、时间差测量原理和相位差测量原理。
其中三角测量原理是最基本的原理，通过三个卫星的信号来定位接收设备的位置。
三、GNSS的定位精度和影响因素3.1 GNSS的定位精度GNSS的定位精度是指接收设备测得的位置与真实位置的偏差。
影响定位精度的因素包括卫星几何分布、大气延迟、多径效应等。
3.2 影响GNSS定位的因素除了定位精度外，还有一些其他因素会影响GNSS的定位效果，如天线的安装位置、接收设备的性能、遮挡物等。
3.3 GNSS定位的提高方法为了提高GNSS的定位精度，可以采用差分定位、RTK技术、增强型定位系统等方法来提高定位精度。
四、GNSS的发展趋势4.1 新一代卫星系统的推出目前，Galileo系统和BeiDou系统正在逐步完善中，相较于GPS系统，可能会带来更多的服务和更好的性能。
GNSS技术介绍
GNSS技术介绍GNSS（全球导航卫星系统）是一种使用空中卫星定位技术的全球导航系统。
它使用一组位于地球轨道上的卫星来提供全球性的导航服务。
目前最著名的GNSS系统是美国的GPS（全球定位系统），其他系统包括俄罗斯的GLONASS、中国的北斗导航系统和欧洲的伽利略导航系统。
这些系统共同构成了全球导航卫星网络，为人类提供了精准的导航和定位服务。
GNSS技术的工作原理和应用非常广泛。
该系统利用一组高度精确的卫星来测量地球上的接收器的位置和速度。
卫星以地球自转为基础，通过精确的时间测量和距离计算确定接收器的位置。
通过接收多个卫星的信号，GNSS系统可以提供高精度的位置测量服务。
GNSS技术的主要应用领域包括：航空航天、海洋、交通运输、农业、地质、测绘、气象、通信、消防、救援等。
在航空航天领域中，GNSS系统被广泛应用于飞行导航、飞机地面控制和空中流量管理。
在交通运输领域，GNSS系统被应用于车辆导航、交通管理和自动驾驶等方面。
在农业领域中，GNSS系统可以帮助农民进行土地勘测和植物生长监测，提高农作物的生产效率。
在救援领域中，GNSS系统可以提供准确的人员定位信息，帮助救援队伍迅速找到受困人员。
GNSS系统的运行原理非常复杂，涉及到多个技术和组件。
主要的技术包括卫星定位技术、无线电通信技术和信号处理技术。
GNSS系统由地面控制站、卫星组成，其中地面控制站负责监控和控制卫星的运行，接收和处理卫星发送的信号。
用户接收器通常是安装在移动设备上，通过接收和处理卫星信号来确定自身的位置和速度。
GNSS技术的发展受到许多因素的限制，例如地球表面的建筑物和地理环境会对信号的传输造成干扰，信号被障碍物阻挡时会减弱或丧失可用性。
为了克服这些问题，GNSS系统采用了一些技术手段，例如增强系统容量和准确性的增强技术，以及减少信号干扰和误差的抗干扰技术。
值得一提的是，GNSS技术的精确度和可用性经过多年的发展和改善，已经达到了非常高的水平。
GNSS基础知识
GPS的组成部分
GPS系统由三部分组成
1、空间部分 （Space Segment） 2、地面控制部分 （Ground Segment） 3、用户设备部分 （User Segment）
GPS的组成部分
空间部分： 提供星历和时间信息 发射伪距和载波信号 提供其它辅助信息 用户部分： 接收并测定卫星信号 记录原始数据 得到导航定位信息
四颗卫星可以确定一个点坐标。
为什么必须是4 颗星才能定位 ？ 难道3颗不可以吗？
GPS定位原理
解算方程： r s 2 s 2 s 2 + s ( x xr ) ( y yr ) ( z zs )
( x , y , z )：卫星位置坐标，已知量
( xr , yr , zr )：接收机位置坐标，未知数
电离层延迟和折射 对流层延迟和折射 多路径效应
与接收设备有关的误差
接收机天线相位中心的偏差和变化 接收机钟差 接收机内部噪声
GPS测量定位的主要误差源
GPS差分技术概述
差分GPS产生的诱因：绝对定位精度不能满足要
求
GPS绝对定位的精度受多种误差因素的影响，完全满足某 些特殊应用的要求
美国的GPS政策对GPS绝对定位精度的影响（选择可用性 SA）
差分GPS（DGPS – Differential GPS）
利用设置在坐标已知的点（基准站）上的GPS接收机测定 GPS测量定位误差，用以提高在一定范围内其它GPS接收 机（流动站）测量定位精度的方法
差分GPS的基本原理
误差的空间相关性
图例
50% 95% 分布
（+1ppm）
1 mm 2 mm 5 1 mm cm 2 cm 5 cm 10 cm 20 cm 50 cm
GNSS相关知识介绍
定位技术 > 室内定位技术
• 光跟随定位 • 室内定位 • 超声波定位 • 蓝牙定位 • 定位
技术 > 产生背景
当前，基于个人消费者需求的智能化，定位服务 ( )伴随网络技术的发展， 需求呈大幅度增长趋势。随着产品走向消费性，作为一种易于实现的定位服务技 术，经历了从政策驱动到市场驱动的转变。
最早的发展背景是来自于美国联邦电信委员会()所制定的政策，要求美国境 内手机均须具备立即寻址功能，以在紧急时刻发挥定位寻人的用途。
系统组成 > 系统太空部分
• 颗卫星(最多颗) • 个轨道平面 • 距地面高度 • 与赤道面夹角为° • 坐标系统 • 运行周期小时分钟
系统组成 > 系统太空部分 > 卫星有效工作范围
卫星回到地面上方初始位置的运行周期是小时分钟
系统组成 > 系统太空部分 > 卫星分布状态示例
系统组成 > 系统太空部分 > 信号通信链路分析
每帧分为个子帧，每个子帧传输不同的信息 子帧包含每颗卫星的星期时间、时钟修正系数等信息； 子帧、子帧包含了每颗卫星的星历信息； 子帧包含电离层参数、号卫星历书信息； 子帧包含号卫星历书信息、卫星健康状态信息； 每个子帧只能传输一颗卫星历书信息；
卫星信号 > 导航电文 > 遥测字交接字
遥测字() 前固定序列()用于信号同步； 中间用于识别授权用户； 后用于奇偶校验；
技术 > 工作原理
前面章节已经讲过导航电文中子帧和子帧包含广播星历、星期时间和时钟 修正系数等信息。要想完成一次定位，需要合理分布的四颗卫星星历数据，其中 最关键的是必须完整接收到子帧和子帧的信息，完整接收子帧和子帧的信息最快 需要秒时间。如果用户所处的位置信号较差(如在高楼林立的建筑群中)，只要有 一些讯号未被下载，就得再耗时秒重复下载完整的星历信息。
GNSS技术介绍
第一部分、GNSS导航系统1.1 GPS系统（美国的全球卫星定位系统）1、GPS系统的组成①空间部分——GPS卫星星座GPS卫星星座由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成，运行周期11小时58分钟（对于地面观测者来说，每天将提前4分钟见到同一颗GPS卫星），轨道面数6个，位于地平线以上的卫星颗数随着时间和地点的不同而不同，最少可见到4颗，最多可以见到11颗（接收机看到超过11颗的有可能是接受到日本的SBAS卫星）②地面控制部分——地面监控系统GPS工作卫星的地面监控系统包括一个主控站、三个注人站和五个监测站。
主控站设在美国本上科罗拉多，三个注人站分别设在大西洋的阿森松岛、印度洋的迪戈加西亚岛和太平洋的卡瓦加兰，五个监测站除了位于主控站和三个注人站之处的四个站以外，还在夏威夷设立了一个监测站。
（都由美国政府和军方控制，主要是为了控制卫星和给卫星提供播发星历等）。
③用户设备部分——GPS信号接收机接收GPS卫星发射信号，以获得必要的导航和定位信息，经数据处理，完成导航和定位工作。
GPS接收机硬件一般由主机、天线和电源组成。
2、GPS信号的组成（码分多址技术）GPS卫星发送的导航定位信号一般包括载波、测距码和数据码（或称D码）三类信号。
GPS卫星广播L1和L2两种频率的信号，其中L1信号载波频率为1575.42MHz，并调制了P/Y 码、C/A码和数据码（或称D码）；L2信号载波频率为1227.60 MHz，测距码仅调制了P/Y 码，其中P/Y码为军用码，C/A码为民用码。
GPS导航电文（D码）是包含有关卫星星历、卫星工作状态、时间系统、卫星钟运行状态、轨道摄动改正、大气折射改正和由C/A码捕获P码等导航数据码。
导航电文是利用GPS进行定位的基础。
GPS信号现代化：系统计划新增4个信号，L2和L5新增2个民用信号（就是某些接收机上标注的L2C和L5），在L1和L2上新增2个军用信号。
3、坐标系统与时间系统时间体统采用的是UTC时间，整个地球分为二十四时区，每个时区都有自己的本地时间。
建筑工程测量：GNSS简介
2.GNSS定位的优点
➢定位精度高 ➢观测时间短 ➢测站间无须通视 ➢可提供三维坐标 ➢操作简便 ➢全天候作业 ➢功能多、应用广 ➢免费
3.GNSS静态测量
➢定义：采用三台（或三台以上）GNSS接收机，分别安置测站上进行 同步观测，确定测站之间相对位置的GNSS定位测量。
3.GNSS静态测量
➢适用范围： ① 建立精密工程控制网，如桥梁测量、隧道测量等；
建筑工程测量
1.GNSS的定义
GNSS即卫星定位的概念是美国提出的,由于美国研制的定位系统叫 GPS,故目前大家都默认GPS即为卫星定位系统的简称,但卫星定位的精 确说法还是GNSS(Global Navigation Satellite System)。
各卫星导航系统示意图
美国——GPS
欧洲——伽俐略Galileo
俄罗斯——格洛纳斯GLONASS
中国——北斗
1.GNSS的定义:
GNSS的全称是全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System），它是泛指所有的全球卫星导航系统以及区域和增强系统， 它利用包括美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧洲的GALILEO、中国的 北斗卫星导航系统，美国的WAAS(广域增强系统）、欧洲的EGNOS(欧 洲静地导航重叠系统）和日本的MSAS(多功能运输卫星增强系统）等 卫星导航系统中的一个或多个系统进行导航定位。
➢系NSS RTK动态测量
➢适用范围： ① 数字化测图 ② 施工放样 ③ 土方测量 ④ 精细农业
5.小结
GNSS是全球卫星定位系统的简称，主要包括美国、俄罗斯、中国、 欧盟等国家的系统，由于其具有工作效率高、不受天气状况影响等优 点，已经广泛应用于控制测量、地形图测绘、施工放样等测绘领域， 将成为未来最常用的测绘手段之一。
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• Hawaii(夏威夷)、 • Colorado(科罗拉罗州)、 • Ascension (阿森松岛)、
• Diego Garcia(迪戈加西亚岛) • Kwajalein (夸贾林岛)
GPS系统组成 > GPS系统控制部分作用
• 观察卫星运动情况并计算卫星轨道数据 • 监测卫星时钟并做相应的预测 • 同步机载卫星时间 • 中继转发接收到的某颗卫星精确轨道数据 • 中继转发接收到的所有卫星粗略轨道数据 • 中继转发其他信息，包括卫星健康状态、时钟误差信息等
定位技术 > 移动定位技术
• A-GPS • 小区识别码 (Cell-ID) • 到达时间差 (Time Difference of Arrival, TDOA) • 增强型观测时间差 (Enhanced-Observed Time Difference,
E-OTD) • 角度到达时间差 (Arrival of Angle, AOA) • 蓝牙定位 • WIFI定位
• GPS系统时间和卫星时钟校准值 • 高精度的卫星轨道数据(星历) • 粗略的卫星轨道数据(历书) • 系统卫星健康状态
导航信息概述
• 导航信息共分25帧，每帧1500bits，共37500bits • 每帧分5个子帧，每子帧300bits • 每子帧分10个Word，每个Word为30bits • 完整接收需耗时37500/50=12.5分钟
定位技术 > 移动定位技术 > TDOA
到达时间差 (Time Difference of Arrival, TDOA )定位技术：
移动终端对基站进行监听并测量出信号到达两个基站 的时间差，每两个基站得到一个测量值，形成一个双曲线 定位区，这样，三个基站得到2个双曲线定位区，求解出 它们的交结点并施以附加条件就可以得到移动终端的确切 位置。由于所测量为时间差而非绝对时间，不必满足时间 同步的要求，所以TDOA备受关注。
A-GPS技术的实现原理是通过其它网络来实时或预先提 供这些星历数据，以加速定位时间。
A-GPS技术 > 工作原理(续)
若GPS接收器可不用解算二进制相移键控(BPSK)调变的导航资料 (Navigation Data)，则GPS的灵敏度可大幅提升。在没有任何辅助数据之 下当卫星讯号的强度低于-142dBm时，GPS接收器便很难从噪声层(Noise Floor)中解算正确的导航数据。但此时Code Phase的量测却可正确无误。 由于导航数据和用户位置无关，因此可藉由一个具有良好接收效果的远 程接收器，提供导航数据给客户端的接收器，而毋须透过接收器本身解 算出导航数据，这就是AGPS的基本特色之一。远程位置服务器所提供的 数据包含Ephemeris系数、Almanac系数、卫星健康数据、卫星时钟误差 (Clock Error)与大气层误差系数(Atmospheric Error Coefficients)等，GPS接 收器便可利用辅助信息将同相累加的时间长度延伸至超过20毫秒，即一个 导航数据位的时间。
GPS卫星信号 > 导航电文 > 遥测字&交接字
遥测字TLM(30bit)
• 前8bit固定序列(10001011)用于信号同步； • 中间16bit用于识别授权用户； • 后6bit用于奇偶校验；
交接字HOW(30bit)
• 前17bit为时间计数器，每经过6秒增加1，计数器值从 0~100799循环变化；
GPS系统组成 > GPS系统太空部分 > GPS卫星分布状态示例
GPS系统组成 > GPS系统太空部分 > GPS信号通信链路分析
GPS系统组成 > GPS系统太空部分 > GPS信号频谱密度分布
GPS卫星信号 > 信号内容
• 卫星时钟参数和同步信号 • 精确的卫星轨道参数(广播星历) • 用于确定卫星精确时间的时间校正信息 • 粗略的卫星轨道参数(卫星历书) • 大气电离层数据 • 用于计算传输时间的其他校正信号 • 卫星的健康状态、运行信息
➢ GPS ➢ GLONASS ➢ Galileo ➢ Compass
➢ QZSS ➢ IRNSS
GPS/Glonass/Galileo系统主要参数对比
GPS系统组成及其信号结构
GPS系统组成 > GPS系统描述
整个GPS系统由三个功 能部分组成： ➢ 控制部分 ➢ 太空部分 ➢ 用户部分
GPS系统组成 > GPS系统控制部分
GNSS相关知识介绍
主讲人：孙泉
目录
一、GNSS系统介绍 二、GPS系统的组成及信号结构 三、A-GPS技术 四、GPS模块电路 五、GPS模块测试 六、Q&A
GNSS系统介绍
GNSS系统介绍
GNSS是Global Navigation Satellite System 的缩写，中文译为全球导航卫星系统。 目前，GNSS包含了以下系统：
C / A码码率 f0 10 1.023MHz; P码码率 f0 10.23MHz; 卫星（导航）电文码率 f0 20460000 50Hz
GPS卫星信号 > 信号结构 > 整体框图
GPS卫星信号 > 信号结构 > 简化框图
GPS卫星信号 > 信号结构 > 示例
GPS卫星信号 > 信号结构 > 载波
1/n (n为码元数) – 对齐的同一组码间的相关系数为1
GPS卫星信号 > 信号结构 > 测距码(续)
• 类型
– 目前
• C/A码(Coarse/Acquisition Code) – 粗码/捕获码； 码率1.023MHz；周期1ms；1周期含码元数1023个； 码元宽度293.05m；仅被调制在L1频段上；
• 作用
– 搭载其它调制信号 – 测距 – 测定多普勒频移
L1
19.03c m
L2• 类型Fra bibliotek24.42c m
– 目前
• L1 – 频率： 154f0 = 1575.43MHz；波长：19.03cm • L2 – 频率： 120f0 = 1227.60MHz；波长：24.42cm
– 现代化后
• 增加L5 – 频率：115f0 = 1176.45MHz；波长：25.48cm
GPS卫星信号 > 信号结构 > 总览框图(L1&L2)
GPS卫星信号 > 信号结构 > 概述
• GPS卫星信号的组成部分
– 载波(Carrier)
• L1 • L2
– 测距码(Ranging Code)
• C/A码(目前只被调制在L1上) • P(Y)码(被分别调制在L1和L2上)
– 卫星(导航)电文(Message)
• P(Y)码(Precise Code) – 精码； 码率10.23MHz；周期7天；1周期含码元数618710400000个； 码元宽度29.30m；被调制在L1和L2上；
– 现代化后
• 在L2上调制C/A码； • 在L1和L2增加调制M码；
GPS卫星信号 > 导航电文 > 内容&概述
导航信息内容
定位技术 > 移动定位技术 > AOA
角度到达 (Arrival of Angle, AOA)定位技术：
这种定位技术的首要条件是基站需装设阵列智能天线。 通过这种天线测出基站与发送信号的移动终端之间的角度， 进一步确定两者之间的连线，这样移动终端与两个基站可 得到两条连线，其交点即为待测移动终端的位置。该定位 技术的缺点是所需智能天线要求较高，且有定位盲点。
• GPS卫星信号的生成
– 关键设备 – 原子钟
GPS卫星信号 > 信号结构 > 基准频率
GPS卫星的基准频率f0
• 由卫星上的原子钟直接产生 • 频率为10.23MHz • 卫星信号的所有成分均是该基准频率的倍频或分频
fL1 154 f0 1575.42MHz; L1 19.03cm fL2 120 f0 1227.60MHz; L2 24.42 cm
GPS卫星信号 > 导航电文 > 数据结构框图
GPS卫星信号 > 导航电文 > 数据结构简介
每帧分为5个子帧，每个子帧传输不同的信息
• 子帧1包含每颗卫星的星期时间、时钟修正系数等信息； • 子帧2、子帧3包含了每颗卫星的星历信息； • 子帧4包含电离层参数、25~32号卫星历书信息； • 子帧5包含1~24号卫星历书信息、卫星健康状态信息； • 每个子帧只能传输一颗卫星历书信息；
GPS系统组成 > GPS系统太空部分
• 24+3颗卫星(最多32颗) • 6个轨道平面 • 距地面高度20180km • 与赤道面夹角为55° • WGS84坐标系统 • 运行周期11小时58分钟
GPS系统组成 > GPS系统太空部分 > GPS卫星有效工作范围
GPS卫星回到地面上方初始位置的运行周期是23小时56分钟
定位技术 > 移动定位技术 > E-OTD
增强型观测时间差 (Enhanced-Observed Time Difference, E-OTD)定位技术：
在无线网络中放置若干位置接收器或参考点作为位置 测量单元LMU，参考点都有一个精确的定时源，当具有 E-OTD功能的手机和LMU接收到3个以上的基站信号时， 每个基站信号到达两者的时间差将被算出来，从而估算出 手机所处的位置。这项定位技术定位精度较高但硬件实现 也复杂。
定位技术 > 移动定位技术 > Cell-ID
基于Cell-ID的定位技术：
该技术又称起源蜂窝小区(Cell of Origin)定位技术。每 个小区都有自己特定的小区标识号(Cell-ID)，当进入某一 小区时，移动终端要在当前小区进行注册，系统的数据中 就会有相应的小区ID标识。系统根据采集到的移动终端所 处小区的标识号来确定移动终端用户的位置。这种定位技 术在小区密集的地区精度较高且易于实现，无需对现有网 络和手机做较大的改动，得到广泛的应用。