多星座多频率GNSS及天基增强系统——欧空局Galileo运行和发展处处长Guenter Hein教授
GNSS技术及其发展趋势
GNSS技术及其发展趋势GNSS技术是一种全球导航卫星系统，通过在地球轨道上部署多颗卫星，使用户能够在全球范围内定位和导航。
GNSS系统主要包括美国的GPS 系统、俄罗斯的GLONASS系统、欧洲的伽利略系统、中国的北斗系统等。
这些系统提供了高精度的定位和导航服务，广泛应用于航空航天、交通运输、地质勘探、农业等领域。
GNSS技术的发展可以追溯到上世纪70年代，当时美国推出了全球定位系统（GPS），成为第一个建立完全功能的GNSS系统。
随着技术的不断进步，GNSS系统逐渐普及并开始在各个领域发挥重要作用。
近年来，GNSS技术持续发展，主要表现在以下几个方面：1.高精度定位：随着技术的进步，GNSS系统的定位精度不断提高，目前可以实现厘米级的高精度定位。
这种高精度的定位服务在精准农业、测绘测量等领域有着广泛的应用。
2.多系统融合：为了提高定位的可靠性和准确性，现在通常采用多系统融合的方法，将多个GNSS系统的信号进行融合处理，从而提高定位的稳定性和精度。
3.室内定位：传统的GNSS系统在室内环境下信号弱，难以实现精确定位。
为了解决这个问题，研究者们提出了室内定位技术，包括基于Wi-Fi、蓝牙、惯性导航等技术。
4.GNSS增强技术：为了进一步提高GNSS系统的性能，研究者们提出了一系列的增强技术，包括差分GPS、实时运动学等技术，可以提高定位的精度和鲁棒性。
5.GNSS在智能交通中的应用：智能交通正成为未来城市发展的重要方向，GNSS技术在智能交通系统中有着广泛的应用，包括车辆导航、车辆监控、道路管理等方面。
未来，随着技术的不断进步和应用领域的不断扩展，GNSS技术将会继续发展。
未来GNSS技术的发展趋势可能包括以下几个方面：1.多系统融合：随着全球导航卫星系统的不断发展，多系统融合将成为未来的发展趋势。
不同系统之间的互补性和融合将提高定位的可靠性和精度。
2.室内定位技术的发展：随着室内定位需求的增加，室内定位技术将会成为未来GNSS技术的重要方向。
基于GNSS的高精度卫星定位算法研究
基于GNSS的高精度卫星定位算法研究随着航天技术的飞速发展，全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System, GNSS）已经成为了为人类提供导航信息的主要手段之一。
GNSS可以为无人机、汽车、船舶等各种交通工具提供精确的定位、速度、航向等信息。
GNSS对于现代交通和科学技术的发展起到了非常重要的作用。
但是，针对GNSS待解决的诸多问题，如信号遮挡、多径效应和误差等问题，有必要开展更多的研究工作来改善定位的精度和稳定性。
近年来，随着计算机和通信技术的快速发展，卫星定位算法的发展也得到了长足的进步。
目前，基于GNSS的高精度卫星定位算法已经成为了当前研究的热点。
本文将探讨基于GNSS的高精度卫星定位算法的研究现状和进展。
一. GNSS原理与应用GNSS系统通过发射一系列人造的卫星，在任何时间、任何地点都能接收到其信号，获取卫星的空间位置信息。
目前全球最主要的GNSS系统有美国的GPS、俄罗斯的GLONASS和欧洲的Galileo这三个系统。
GNSS系统应用非常广泛，例如：飞行器导航、车辆导航、航海导航、探矿勘探、地震监测等等。
二. GNSS定位算法1. 传统卫星定位算法传统的卫星定位算法（比如基于差分GPS技术）是通过接收至少4个以上的卫星信号，然后通过应用测量原理（如距离，速度和方位）计算出接收器在三维空间中的位置。
但这种方法常常存在误差，特别是在通信和环境上都不稳定的情况下，其定位精度和可靠性都很低。
2. 高精度卫星定位算法高精度卫星定位算法是针对这一问题而发展起来的一种新的方法。
这种方法旨在提高定位的精确度和稳定性，通过对多个GNSS信号源进行处理来更好地利用已有的卫星信号。
GNSS的高精度定位算法可以基于各种精度级别的信号源来进行处理，包括P、L和C波段等多种信号。
与传统方法相比，高精度卫星定位算法在计算定位值时，也考虑了大气层的误差和其他影响因素，因此可以提供更加准确和可靠的定位信息。
各国卫星导航系统比较（北斗、伽利略、GLONASS、GPS）
北斗卫星导航系统简介卫星导航系统是重要的空间基础设施，为人类带来了巨大的社会经济效益。
中国作为发展中国家，拥有广阔的领土和海域，高度重视卫星导航系统的建设，努力探索和发展拥有自主知识产权的卫星导航定位系统。
2000年以来，中国已成功发射了4颗“北斗导航试验卫星”，建成北斗导航试验系统(第一代系统)。
这个系统具备在中国及其周边地区范围内的定位、授时、报文和GPS广域差分功能，并已在测绘、电信、水利、交通运输、渔业、勘探、森林防火和国家安全等诸多领域逐步发挥重要作用。
中国正在建设的北斗卫星导航系统空间段由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成，提供两种服务方式，即开放服务和授权服务(属于第二代系统)。
开放服务是在服务区免费提供定位、测速和授时服务，定位精度为10米，授时精度为50纳秒，测速精度0.2米／秒。
授权服务是向授权用户提供更安全的定位、测速、授时和通信服务以及系统完好性信息。
中国计划2007年初发射两颗北斗导航卫星，2008年左右满足中国及周边地区用户对卫星导航系统的需求，并进行系统组网和试验，逐步扩展为全球卫星导航系统。
伽利略卫星导航系统简介数量：30颗中高度圆轨道卫星组成，27颗为工作卫星，3颗为候补； 轨道：高度为24126公里，位于3个倾角为56度的轨道平面内； 精度：最高精度小于1米；用途：主要为民用； 1999年2月10日，欧盟执行机构欧洲委员会(EC)公布了欧洲导航卫星系统“伽利略”计划，该系统是与美国全球导航定位系统(GPS)和俄罗斯的GLONASS系统兼容的民用全球定位卫星系统。
欧盟之所以进行“伽利略”计划，主要是为了摆脱对美国GPS系统的依赖，打破美国对全球卫星导航定位产业的垄断，在使欧洲获得工业和商业效益的同时，赢得建立欧洲共同安全防务体系的条件。
其实，欧空局(ESA)早在1990年就决定研制“全球导航卫星系统(GNSS)”，GNSS分为两个阶段，第一阶段是建立一个与美国GPS系统、俄罗斯GLONASS系统、以及三种区域增强系统均能相容的第一代全球导航卫星系统(GNSS-1)，第二阶段是建立一个完全独立于GPS 系统和GLONASS系统之外的第二代全球导航卫星系统(GNSS-2)。
GNSS培训
GPS
• GPS是英文Global Positioning System（全 球定位系统）的简称。GPS起始于1958年美国 军方的一个项目，1964年投入使用。20世纪70 年代，美国陆海空三军联合研制了新一代卫星 定位系统GPS 。主要目的是为陆海空三大领域 提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用 于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事 目的，经过20余年的研究实验，耗资300亿美 元，到1994年，全球覆盖率高达98%的24颗 GPS卫星星座己布设完成。
GLONASS
•
其实， 格洛纳斯的正式组网比GPS还早， 这也是 美国加快GPS建设的重要原因之一。不过苏联的解 体让格洛纳斯受到很大影响，正常运行卫星数量大 减，甚至无法为为俄罗斯本土提供全面导航服务， 更不要说和GPS竞争。到了21世纪初随着俄罗斯经 济的好转，格洛纳斯也开始恢复元气，推出了格洛 纳斯-M和更现代化的格洛纳斯-K卫星更新星座。 • 已经于2011年1月1日在全球正式运行。根据俄罗斯 联邦太空署信息中心提供的数据（2012年10月10 日），目前有24颗卫星正常工作、3颗维修中、3颗 备用、1颗测试中。
主要内容
1. 什么是GNSS？
2. GNSS现状
3.RTK简易原理 4.国内外知名制造商
•
GNSS的全称是全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System），它是泛指 所有的卫星导航系统，包括全球的、区域的和 增强的，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，以 及相关的增强系统，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，还涵盖在建和以后要建设的其他卫星导航 系统。国际GNSS系统是个多系统、多层面、多 模式的复杂组合系统，如下图所示。
全球卫星导航系统GNSS技术现状与发展趋势
全球卫星导航系统GNSS技术现状与发展趋势全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）是一种由多个卫星组成的定位与导航系统，它能提供24小时全天候的导航、定位和时间服务。
GNSS技术广泛应用于交通、车辆管理、测绘、航空航天等领域，为人类日常生活和经济发展提供了很大的便利。
本文将介绍GNSS技术的现状与发展趋势。
一、 GNSS技术的现状目前主要使用的GNSS系统包括美国的GPS系统、俄罗斯的GLONASS系统、欧盟的伽利略系统以及中国的北斗系统。
这些系统均能够提供高精度的定位、导航和时间服务，但各自的性能略有不同。
GPS系统是最早建立和应用的GNSS系统，全球已有数十年的应用历史，准确性较高，可实现厘米级的位置测量。
在交通、车辆管理、航空等领域得到广泛应用，是全球范围内最受欢迎的GNSS系统之一。
GLONASS系统由俄罗斯建立，系统中的卫星数量较少，但其在北极地区的覆盖能力较强，适用于极地航行和勘探等领域。
伽利略系统是欧盟建立的独立GNSS系统，与GPS系统类似，但其准确度更高，可实现毫米级的精度测量，在测绘等精密领域应用广泛。
中国的北斗系统是近年来快速崛起的GNSS系统之一，其在亚洲地区获得了广泛的应用。
北斗系统在精度、可靠性和成本方面具有很大优势，适用于车辆管理、海洋渔业、港口物流等多个领域。
二、 GNSS技术的发展趋势随着GNSS技术的不断发展，其在精度、覆盖范围等方面得到不断提升，未来仍将有以下几个发展趋势：1. 精度提升：对于需要高精度的应用领域，如航空、海洋工程等，GNSS技术将不断追求更高的精度。
例如，目前正在研究的双星定位技术，能够在超过1000公里的距离上实现毫米级精度的定位测量。
2. 成本降低：随着GNSS技术的普及和应用领域的扩大，GNSS产品的价格将逐渐降低，特别是对于中小型企业和个人用户。
如现在广泛使用的GPS导航仪等产品，价格已经相对较低，未来还将越来越便宜。
gnss法
gnss法GNSS（全球导航卫星系统）是一种通过一组全球性的导航卫星，为全球用户提供高精度、高可靠性的导航、定位、测速、计时等服务的系统。
GNSS的原理是通过多颗卫星发射精确的信号，由用户的接收器接收这些信号并计算出自己的位置，是一种基于卫星的无线电导航技术。
目前主要有以下几个GNSS系统：1. 美国的GPS (全球定位系统)：由美国空军和国土安全部管理，由约30颗卫星组成，提供全球性的导航服务。
2. 俄罗斯的GLONASS（全球导航卫星系统）：由俄罗斯空间部队管理，由约24颗卫星组成，主要服务于俄罗斯及周边地区。
3. 欧洲的Galileo（伽利略导航系统）：由欧空局（ESA）和欧洲委员会（EC）管理，由约30颗卫星组成，是欧洲独立建设的导航系统。
4. 中国的北斗卫星导航系统：由中国国家航天局管理，由约35颗卫星组成，为全球用户提供导航服务。
GNSS系统的应用非常广泛，包括但不限于以下几个方面。
1. 航空航天：GNSS系统被广泛用于航空航天领域，用于飞机、导弹、航天器等的导航、控制和定位。
2. 海洋：GNSS系统可以在航海中帮助船只准确定位并进行航行、避免障碍物等。
3. 交通运输：GNSS系统可以用于车辆导航、车队管理、交通管制等，提高交通运输的效率和安全性。
4. 地质勘探：GNSS系统可以帮助地质勘探人员准确获取地质数据，如地震监测、地质调查等。
5. 农业：GNSS系统可以用于农业机械导航、土壤润湿监测、农田测绘等，提高农业生产效率。
6. 测绘测量：GNSS系统在测绘测量领域中得到广泛应用，如地图制作、土地测量、建筑测量等。
7. 网络时间同步：GNSS系统可以提供高精度的时间信息，用于网络时间同步、金融交易等需要时间同步的领域。
总之，GNSS系统通过卫星发射信号，为全球用户提供高精度、高稳定性的导航、定位、测速、计时等服务。
在航空航天、海洋、交通运输、地质勘探、农业、测绘测量等领域有着广泛的应用。
gnss在航空中的发展
gnss在航空中的发展GNSS (Global Navigation Satellite System)是一种使用全球卫星定位系统来提供精确无误的航空导航的技术。
随着航空业的发展，GNSS在航空领域的应用也越来越广泛。
本文将逐步回答有关GNSS 在航空中的发展的问题。
第一部分：GNSS的概述及历史在本部分，我们将介绍GNSS的概念和历史背景。
GNSS是一种基于卫星导航系统的定位技术，利用多颗卫星发射的信号来确定接收器的位置。
最早的卫星导航系统是美国的GPS，但现在还有其他几个系统，如俄罗斯的GLONASS、欧洲的Galileo以及中国的北斗系统。
第二部分：GNSS的航空应用在本部分，我们将详细介绍GNSS在航空领域中的应用。
首先，航空公司使用GNSS来实现飞机的导航和航线规划。
GNSS系统可以为飞行员提供实时的位置信息，帮助他们准确掌握飞机的位置和航向。
此外，GNSS还可以与自动驾驶系统和飞行管理系统集成，提供更高的自动化水平和飞行安全性能。
第三部分：GNSS在航空领域的发展趋势在本部分，我们将讨论GNSS在航空领域的发展趋势。
首先，随着技术的进步和卫星系统的不断完善，GNSS在航空领域的应用将变得更加准确和可靠。
另外，航空公司和相关机构对航空安全的要求越来越高，因此对于GNSS的精度和可靠性也有更高的要求。
此外，航空系统的自动化程度也在不断提高，GNSS的发展也会跟随这一趋势。
第四部分：GNSS在航空领域的挑战和解决办法在本部分，我们将讨论GNSS在航空领域面临的挑战以及相应的解决办法。
首先，天气条件对GNSS的性能有一定影响，尤其是在恶劣天气下的导航能力可能会受到一定的限制。
为了解决这个问题，航空公司可以使用其他辅助导航系统或传感器来提供备用的导航信息。
其次，GNSS系统的安全性也是一个关键问题，因为航空系统需要保证接收到的导航信号是真实可信的。
为了解决这个问题，相关机构需要制定和执行严格的安全标准和措施。
GNSS星基增强系统综述
GNSS星基增强系统综述摘要:自GPS提供全球导航定位服务以来，无论是在经济、政治还是军事、民用等方面都发挥了重要的作用，基于此，U前许多国家都在论证和建设自己的卫星导航定位系统，比如，俄罗斯的GLONASS、欧盟的Galileo等，中国的北斗卫星导航定位系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)也于2012年底正式运行, 并到2020年将能够提供全球服务。
山各国卫星导航系统所构成的全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System, GNSS)广泛应用于位置服务、道路铁路、航空航天、农业、测绘、授时同步等多个领域，特别是在民用航空领域，其优势更加突出⑴。
在状态空间域差分技术中广域精密定位技术主要以载波观测量为主，可以达到分米其至厘米级的定位精度，但其需要解算模糊度参数，因此初始化时间长，且在卫星机动条件下，其解算的卫星星历及星钟差分改正数精度较低；而广域差分技术，主要以伪距观测量为主，定位精度只有l-3m,但其模型简单，解算速度快，不需要初始化时间，且能够提供完备性信息，因此在民用航空领域得到了广泛的应用。
关键词：星基增强、卫星导航、广域差分1意义当前中国民航正在实施民航强国战略，要求加快建设现代空中交通服务系统。
到2020年，中国民航运输机队规模将达到4000架，通用航空机队规模将达到5000架，航空器年起降架次将超过1500万，运输总周转量将达到1700亿吨公里以上，旅客运输量将超过7亿人次。
中国是一个多地形国家，机场环境差异较大, 依鼎传统的仪表着陆系统、测距仪等陆基导航设备无法对飞机的安全起降做出充分的保证，且其设备投资巨大，维护费用较高。
当前国际民用航空领域正在从陆基导航向星基导航(卫星导航系统及其增强系统)过渡。
但我国H前在主要航路和终端、进近仍以陆基导航为主要设备源，因此，基于中国民航运输航空运行需求和导航技术发展现状，中国民航在其制定的导航技术发展战略的中期(2021年~2030年)将稳步推进从陆基导航向星基导航过渡，并建议开展星基增强系统(Satlellite Based Augmentation System,SBAS)的研究和实验工作。
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International GNSS
Systems Trends
1
1. Flexibility, higher power, coverage, ... a. Signal flexibility and general increase of power level. High increase of power level (>20 dBs) regionally
• Interoperability refers to the ability of civil space-based positioning, navigation, and timing services to be used together to provide better capabilities at the user level than would be achieved by relying solely on one service or signal
• Studies indicate that C-band for mass market is not (yet) mature • C-band preferable for high-power signals and smaller antennas • Search for more bandwidth on C-band necessary
6. Alternative orbits a. QZSS introducing HEOs for better visibility over urban areas b. Compass and IRNSS are introducing GEOs and IGSOs to establish their own regional service
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INTEROPERABILITY TODAY
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Particularly for authorized services
Spectral separation plays a fundamental role
But also for open services
Galileo, GPS, Compass, QZSS, GLONASS (potentially) will provide interoperable signals increasing the noise floor and the consequent degradation of performance
– Higher resolution – Smaller ionospheric impact – Smaller antennas at satellite
• Drawbacks
– Higher attenuation in atmosphere – Higher power at satellite or user array antennas needed
NEW SIGNALS & FREQUENCY BANDS MOTIVATION
• Modernization of existing systems
• Deployment of new systems
• Intersystem interference is becoming an issue
Interoperability achieved Interoperability still to be achieved
THE MORE SATELLITES THE BETTER?
Galileo
Galileo GPS
Galileo GPS
GLONASS
Galileo GPS
GLONASS
COMPASS
International GNSS
Systems Trends
2
4. System on-board integrity capabilities a. GPS III plans on-board integrity monitoring in few seconds
5. Worldwide positioning performance improvement a. GPS provides new signals L1C, L2C, L5 and faster refresh of navigation message for world-wide meter-level point positioning b. Similar plans apply with different time scales to all the other systems: Glonass, Compass, IRNSS and QZSS
b. Glonass and Compass may include ISL in the future. Main interest is up-linking all satellites from national territory
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S-BAND DOWN-LINK FREQUENCY
• S-Band (2483.5 – 2500 MHz) is RNSS regionally (Asia/America) • S-Band already used today for telecommunication + WLAN + Bluetooth • Advantage: Synergies between navigation & communication (front-end) • Disadvantage: Harsh interference environment expected
OVERVIEW
• The World of GNSS
International GNSS Trends Compatibility and Interoperability New Signals and Frequency Bands The More Satellites The Better…?
*NSPD-39: U.S. Space-Based Position, Navigation, and Timing Policy, December 15, 2004
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• L-Band may not serve all users in an ideal way (indoor/single/frequency/ iono)
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Spectral resources get scarce
2. Alternative frequency bands a. S-Band Satellite Navigation allocated in ITU Region 2 and 3, used and planned by IRNSS and perhaps others
3. Inter-Satellite Links (ISL) and better system autonomy
Clarity needs to be gained on the added value of combining
navigation and communication in S-Band for mass market
• ITU divides world into three regions for radio spectrum management • Region 1 • Europe, Africa, Middle East, west of the Persian Gulf, Russia • Region 2 • American continent, some eastern Pacific Islands • Region 3 • China, Japan, East Asia and most of Oceania
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COMPATIBILITY & INTEROPERABILITY
• Compatibility refers to the ability of space-based positioning, navigation, and timing services to be used separately or together without interfering with each individual service or signal, and without adversely affecting national security