GNSS导航系统介绍
gnss主要知识概括
GNSS是全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System）的缩写，是一种利用卫星进行定位、导航和时间同步的技术系统。
主要的GNSS系统包括以下几个：
1. GPS（全球定位系统）：美国建立的第一代GNSS系统，由一组运行在轨道上的卫星组成。
利用GPS接收器接收卫星发射的信号，并通过计算信号传播时间差来进行定位。
2. GLONASS（格洛纳斯）：俄罗斯建立的GNSS系统，类似于GPS。
它由一组运行在轨道上的卫星组成，也可用于定位和导航。
3. Galileo（伽利略）：欧洲空间局（ESA）和欧盟共同建立的GNSS系统。
它是第一个完全由民用组织运营的GNSS系统，并将提供更为精确的定位和导航服务。
4. BDS（北斗导航卫星系统）：中国建立的GNSS系统，类似于GPS和GLONASS。
它旨在提供全球覆盖的定位、导航和时序服务，并在民用和军事领域有广泛的应用。
GNSS系统的工作原理是将多个卫星分布在地球轨道上，通过接收全球各地的卫星信号，利用三角定位原理计算接收器所在的位置。
接收器通过测量接收到信号的时间差，并将其与卫星的位置信息进行比较，确定自己的位置。
通过同时接收多个卫星信号，可以更准确地确定位置，并提供导航和定位服务。
GNSS技术在各个领域有广泛的应用，包括车辆导航、船舶和航空导航、移动设备定位、精密农业、应急救援等。
它不仅提供准确的位置信息，还可以对时间进行同步，为社会和经济活动带来便利和效益。
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导航系统的工作原理与使用方法
GNSS导航系统的工作原理与使用方法GNSS导航系统是一种基于卫星定位技术的全球导航系统，它可以提供高精度的定位、导航和时间服务。
本文将介绍GNSS导航系统的工作原理和使用方法。
一、GNSS导航系统的工作原理GNSS导航系统由一组卫星、地面控制站和用户接收机组成。
卫星是系统的核心，它们以地球同步轨道或倾斜轨道运行，向地球发射微波信号。
地面控制站负责监控卫星运行轨道和时间参考，以及卫星信号的传输校准。
用户接收机接收卫星信号，并利用信号的传播时间差来计算自己的位置、速度和时间。
GNSS导航系统的工作原理主要涉及两个关键技术：卫星定位和信号传播时间测量。
首先是卫星定位技术，它基于三角测量原理来确定接收机的位置。
当接收机接收到来自多颗卫星的信号时，它会通过计算不同卫星信号的传播时间差，进而确定自己的位置。
这就是所谓的多星定位技术，可以提供高精度的位置信息。
其次是信号传播时间测量技术。
卫星发射的信号会经过大气层的传播，传播速度会受到大气条件和天线高度等因素的影响。
为了准确测量信号的传播时间，GNSS导航系统会利用多普勒效应来对信号的传播时间差进行补偿。
通过精确计算信号传播时间，可以提高导航系统的定位精度。
在GNSS导航系统中，还有一些辅助技术可以提高系统的性能。
例如，差分定位技术可以通过测量不同接收机之间的信号传播时间差来消除误差，从而提高定位的精度。
此外，系统还可以使用差分载波相位测量、卫星选择过滤和多路径抑制等技术来改善系统的性能。
二、GNSS导航系统的使用方法GNSS导航系统的使用方法相对简单，用户只需配备一个接收机，并按照以下步骤进行操作：1. 配置接收机：用户首先需要根据接收机提供的说明书，将接收机与天线连接，并设置好接收机的参数。
不同的应用场景可能需要不同的参数配置，比如定位方式、使用的卫星系统等。
2. 搜索卫星信号：接收机需要搜索到至少4颗卫星的信号以进行定位。
用户可以将天线放置在开阔的场地上，并打开接收机，等待接收机自动搜索信号。
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。
全球卫星导航定位系统GNSS介绍
全球卫星导航定位系统GNSS介绍全球卫星导航定位系统GNSS介绍2010-12-17 17：01全球卫星导航定位系统(GNSS=Global Navigation Satellite System)是一种以卫星为基础的无线电导航系统。
系统可发送高精度、全天时、全天候、连续实时的导航、定位和授时信息，是一种可供海陆空领域的军民用户共享的信息资源。
卫星导航定位是指利用卫星导航定位系统提供位置、速度及时间等信息来完成对各种目标的定位、导航、监测和管理。
世界上最早的卫星导航系统是美国的子午仪导航系统(1964年开始运行)。
该系统的空间段由5-6颗卫星组成，采用多普勒定位原理，主要服务对象是北极星核潜艇，并逐步应用于各种海面舰船。
系统可在全球范围内提供全天候断续的二维定位。
系统建成后曾得到广泛应用，但该系统存在着定位实时性差、不能确定高程等缺陷，无法满足高精度、高动态用户的要求。
为满足日益增长的军事需要，20世纪60年代末70年代初，美国和前苏联分别开始研制全天候、全天时、连续实时提供精确定位服务的新一代全球卫星导航系统，至90年代中期全球卫星导航系统GPS和GLONASS均已建成并投入运行。
我国也建设了自主知识产权的北斗一号系统，并于2003年底正式开通运行。
欧盟筹建的GALILEO全球卫星导航系统正在计划实施之中。
卫星导航系统的出现，解决了大范围、全球性以及高精度快速定位的问题，最早应用于军用定位和导航，为车、船、飞机等机动工具提供导航定位信息及精确制导；为野战或机动作战部队提供定位服务；为救援人员指引方向。
随着技术的发展与完善，其应用范围逐步从军用扩展到民用，渗透至国民经济各部门。
其中包括海上和沙漠中的石油开发、交通管理、个人移动电话定位、商业物流管理、渔业、土建工程、考古…，卫星导航系统已成为数字地球、数字城市的空间信息基础设施。
●美国全球定位系统GPS GPS于60年代末开始研制，1973年系统方案正式诞生，1994年建成实用卫星导航系统，耗资120多亿美元。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
格洛纳斯现状
完成时间： 1996年 最新进展：截至2010年2月，共有18颗卫星处于在
轨运行状态。由于GLONASS卫星寿命短，组网后 因为种种原因不能及时替代，从1999年起处于瘫 痪状态，不能单独提供全球导航卫星服务。俄罗 斯计划2010年将分3次发射共9颗格洛纳斯卫星， 使这一系统恢复正常。
北斗（COMPASS）
５颗静止轨道卫星+３０颗非静止轨道卫星 采用中国2000大地坐标系（CGS2000） 开放服务：
• 定位精度: 10 m • 测速精度: 0.2 m/s • 授时精度: 20 ns
2020/3/14, Page 10
北斗现状
完成时间： 预计2012年 实现亚太地区覆盖， 2020年完成全球覆盖
主机箱
记
电台
录 簿
主机
天
线
/14, Page 20
GPS基本原理——测距
距离 = 信号传输时间 x 光的速度
Xll
2020/3/14, Page 21
Vl
GPS基本原理——二维三边测量法
武汉
北京
西安
广州
2020/3/14, Page 22
2020/3/14, Page 7
伽利略（GALILEO）
由30颗卫星组成，分布在3个轨道，轨道高度 24126Km
与GPS相比： • 覆盖面积将是GPS系统的两倍 • 地面定位误差不超过1米，GPS只能找到 街道，而伽利略系统则能找到车库门 • 伽利略系统使用多种频段工作，在民用 领域比GPS更经济、更透明、更开放
2020/3/14, Page 8
伽利略现状
完成时间：最初预计2012年完 成全球覆盖
最新进展：2002年启动的欧洲 伽利略系统一直不够顺利，计 划超支和成员国之间利益分配 问题导致该计划滞后于原计划 近6年。今年11月，联盟火箭计 划发射两颗伽利略在轨实验卫 星。
2020/3/14, Page 9
2020/3/14, Page 4
GPS现状
完成时间： 1994年 最新进展：2010年5月13日，美国发射了首颗改
进型GPS二代导航卫星GPS-2F，其后还将在本年 度再发射两颗。GPS-2F卫星具有更强的抗干扰和 抗打击能力，寿命也延长到15年。与此同时，为 满足未来30年系统技术扩展和用户需求而制定的 第三代GPS计划也有提前部署的可能。
四大GNSS及GPS的 基本原理与测量应用
2020/3/14, Page 1
主要内容
一 四大GNSS简介
二 GPS的组成及基本原理
三 GPS的测量应用
2020/3/14, Page 2
一、四大GNSS
2020/3/14, Page 3
GPS(Global Positioning Systems)
2020/3/14, Page 5
格洛纳斯（GLONASS）
由24颗卫星组成，分布在3个轨道平面上，每个 轨道面有8 颗卫星
轨道高度19100Km，运行周期11小时15分 定位精度可达1米，速度误差仅为15厘米/秒 前苏联地心坐标系（PE-90） 卫星平均在轨寿命较短,没有开发民用市场
空间部分：
提供星历和时间信息 发射伪距和载表信号 提供其它辅助信息
用户设备部分：
接收卫星信号 记录处理数据
2020/3/14, Page 14
地面控制部分：
中心控制系统 实现时间同步 跟踪卫星进行定轨
GPS系统组成——空间部分
24颗卫星（21+3） 6个轨道平面 55º轨道倾角 20200km轨道高度（地面高
度） 11小时58分轨道周期 5个多小时出现在地平线以
上每天提前4分钟出现 在地球上任何地方可以同
时观测到4-11颗高度角15 以上的卫星。
2020/3/14, Page 15
GPS系统组成——地面控制部分
1个主控站:Colorado springs(科罗拉多.斯平士)。 3个注入站:Ascencion(阿森松群岛)、 Diego Garcia(迭哥
最新进展：北京时间11 月1号0时26分，我国在 西昌卫星发射中心成功 将第6颗北斗导航卫星送 入太空，这是我国今年 连续发射的第4颗北斗卫 星。
2020/3/14, Page 11
北斗介绍
2020/3/14, Page 12
二、GPS的组成及基本原理
2020/3/14, Page 13
GPS系统组成
3个注入站:将主控站计算出的卫星星历和卫星钟的 改正数等注入到卫星中去。
5个监控站：接收卫星信号，监测卫星的接收卫星信 号，监测卫星的工作状态 ，传送到主控站。
2020/3/14, Page 17
GPS系统组成——用户设备部分
按照原理、用途、功能来分类
用途
导航型接收机 测地型接收机
载波频率
单频接收机 双频接收机
工作原理
平方型接收机 混合型接收机 干涉型接收机
通道种类
多通道接收机 序贯通道接收机
2020/3/14, Page 18
GPS系统组成——用户设备部分
手持导航型GPS机，精度5-15m
2020/3/14, Page 19
GPS系统组成——用户设备部分
测量型GPS接收机，最高精度1mm+1ppm
美国国防部开发的第二代空间定位系统 特点 • 由21+3颗卫星组成 • 分布在6个轨道平面上 • 轨道高度20200Km • 运行周期11小时58分 • 民用定位精度为10m左右 • 导航精度10 - 20 m • 坐标系统为WGS-84 • 全球、全天候工作 ，定位精度高 ，功能多，应用广
伽西亚)、kwajalein(卡瓦加兰)。 5个监控站： 以上主控站、注入站及Hawaii(夏威夷)。
Colorado springs
5 5
Hawaii
Ascencion
Diego Garcia
kwajalein
2020/3/14, Page 16
GPS系统组成——地面控制部分
主控站:它的作用是根据各监控站对GPS的观测数据， 计算出卫星的星历和卫星钟的改正参数等，并将这 些数据通过注入站注入到卫星中去 ；同时，它还对 卫星进行控制，向卫星发布指令，当工作卫星出现 故障时，调度备用卫星替代失效的工作卫星工作。