GNSS的全称是什么？
GNSS的全称是 Global Navigation Satellite System，中文通常翻译为 全球导航卫星系统。
GNSS到底是什么？它做什么？
GNSS是一种利用围绕地球运行的卫星网络来提供地理空间定位、导航和授时（Positioning, Navigation, and Timing, PNT）服务的系统。用户段的接收器通过接收和处理卫星发送的信号，能够计算出自己在全球范围内的精确位置、速度以及提供精确的时间信息。
简单来说，GNSS就是一套帮你确定“你在哪里”、“你要去哪里”以及提供“当前精确时间”的全球性卫星基础设施。
一个完整的GNSS系统由哪些部分组成？
一个完整的GNSS系统通常包含三个主要组成部分：
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空间段 (Space Segment):
这部分由位于中圆轨道（MEO）的卫星组成。这些卫星按照特定构型分布，以确保在全球大多数地方都能同时接收到至少四颗或更多卫星的信号。卫星的主要任务是持续不断地广播包含其轨道信息（星历）、时间信息以及系统健康状态等的信号。 -
控制段 (Control Segment):
控制段负责监测、控制和维护卫星星座的健康运行。它包括全球分布的监测站、主控制站以及数据上传站。监测站负责跟踪卫星并收集导航信号和轨道数据；主控制站处理这些数据，计算精确的卫星轨道和时钟信息；数据上传站则将这些修正和更新信息发送给卫星。控制段确保卫星提供的导航信息的准确性和可靠性。 -
用户段 (User Segment):
用户段是使用GNSS服务的各类接收设备，例如智能手机、车载导航仪、飞机上的导航系统、测量用的RTK设备、精确授时模块等。这些接收器接收来自卫星的信号，并利用内置的处理算法计算用户的位置、速度和时间。用户段设备的复杂程度和精度需求差异巨大。
GNSS有哪些主要的系统？为什么会有多个系统？
GNSS并非单指某一个特定的系统，而是一类系统的总称。目前在全球范围内提供服务的或正在建设中的主要GNSS系统包括：
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GPS (Global Positioning System):
由美国开发和运营，是第一个全面投入使用的全球导航卫星系统，也是目前用户最广泛的系统。其设计标称由24颗卫星组成，但实际在轨卫星数量通常多于此。 -
GLONASS (Globalnaya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema):
由俄罗斯开发和运营，是与GPS同时代的全球导航卫星系统，已全面恢复并保持全球覆盖能力。 -
Galileo:
由欧盟及其成员国开发，是一个民用控制的全球导航卫星系统，目前接近全面运行能力，其目标是提供高精度的定位服务。 -
北斗卫星导航系统 (BDS):
由中国开发和运营，是中国自主建设的全球导航卫星系统，已于2020年完成全球组网，具备全球服务能力。
此外，还有一些区域性导航卫星系统，如日本的QZSS (Quasi-Zenith Satellite System)和印度的NavIC (Navigation with Indian Constellation)，它们主要增强在特定区域内的定位精度和可用性。
存在多个GNSS系统的原因主要包括：
独立性与安全性: 各国或组织希望拥有自主可控的导航定位系统，以保障国家安全和关键基础设施的运行。
提高性能: 结合使用来自多个系统的卫星信号（即多模接收）可以显著增加可见卫星数量，从而提高定位的可用性、精度、可靠性和抗干扰能力。
增强服务: 不同的系统可能提供略有差异的服务特性，例如Galileo就特别强调其民用高精度服务。
GNSS定位的基本原理是怎样的？需要多少颗卫星？
GNSS定位的基本原理是基于时间测量和空间几何。过程大致如下：
- 卫星持续向地面广播带有精确时间戳的信号。
- GNSS接收器接收到这些信号，并测量信号从卫星到达接收器所需的时间。
- 由于无线电波以光速传播，接收器可以将信号传播时间乘以光速来计算接收器到卫星的“伪距离”（之所以叫伪距离，是因为接收器内部时钟与卫星时钟之间存在微小误差）。
- 每颗卫星的位置是已知的（接收器通过信号接收到的星历信息得知）。
- 接收器通过计算到至少三颗卫星的伪距离，可以确定其在三维空间中的位置（X, Y, Z坐标）。
- 然而，由于接收器自身的时钟不够精确，会引入一个时间偏差误差。为了消除这个误差，接收器需要接收来自至少四颗卫星的信号。第四颗卫星的信号用于解算这个时钟偏差，从而得到精确的三维位置（经度、纬度、高度）和精确的时间。
因此，理论上，要获得三维位置和精确时间，接收器需要同时跟踪至少四颗卫星。如果只需要二维位置（如在海平面），理论上三颗卫星就足够，但考虑到时钟误差，通常仍需要第四颗卫星。
如何提高GNSS的定位精度？
单凭一个简单的GNSS接收器接收卫星原始信号计算出的位置精度可能会受到大气延迟、多径效应、卫星时钟和轨道误差等多种因素影响。为了获得更高的精度，发展了多种增强技术：
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差分GNSS (DGNSS):
在已知精确坐标的参考站设置GNSS接收器，计算出其测量位置与真实位置的误差，并将误差信息广播出去。附近的用户接收到这些差分校正信息后，可以修正自己的测量值，从而提高定位精度，通常能达到亚米级甚至更高的精度。 -
实时动态定位 (RTK – Real-Time Kinematic):
这是一种高级的差分技术，它不仅利用伪距离信息，还利用载波相位信息。RTK系统通常由一个基站（位于已知精确位置）和一个或多个流动站组成。基站发送载波相位修正信息给流动站，流动站通过解算载波相位模糊度，可以在短基线条件下实现厘米级甚至毫米级的实时定位精度。 -
精密单点定位 (PPP – Precise Point Positioning):
PPP不需要本地参考站，而是利用全球范围内的精密卫星轨道和时钟产品（通常通过互联网获取）。用户接收器结合这些高精度信息和自身的双频甚至多频观测数据进行处理。PPP通常需要一定的收敛时间（几分钟到几十分钟），一旦收敛，可以在全球范围内实现厘米级甚至更高的定位精度。 -
多系统融合与多频段接收:
接收器同时使用来自GPS、GLONASS、Galileo、北斗等多个GNSS系统的信号，可以增加可用卫星数量，改善卫星几何构型（降低DOP值），提高在复杂环境下的定位可用性和鲁棒性。同时接收卫星在不同频率（如L1、L2、L5等）上发送的信号，有助于更好地消除或减轻电离层延迟误差。 -
惯性导航系统(INS)融合:
将GNSS与惯性测量单元（IMU）结合，即使在GNSS信号暂时中断（如隧道、室内）或受到干扰时，INS也能提供短期的定位和姿态信息，实现平滑、连续的导航。
GNSS主要应用在哪些领域？
GNSS已经深入到现代社会的方方面面，其应用领域极为广泛：
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导航与交通:
汽车导航、智能手机导航、航空（飞机航路导航、精确进近）、海运（船舶定位与航行）、铁路（列车运行控制与管理）。 -
测绘与地理信息系统(GIS):
地籍测量、工程测量、地形测绘、地质勘探、城市规划、地理信息采集与更新。高精度的GNSS设备（如RTK）是现代测绘不可或缺的工具。 -
精确授时:
为通信网络（基站同步）、电力系统（电网同步）、金融交易（时间戳）、科学研究、互联网服务等提供高精度的时间同步信号。GNSS卫星上的原子钟提供了极为稳定的时间基准。 -
农业:
精准农业（如自动驾驶拖拉机、变量施肥、精准播种），提高农业生产效率和资源利用率。 -
应急救援与公共安全:
车辆和人员的定位与跟踪（如警车、消防车、急救车）、灾害监测与评估、搜索与救援行动。 -
物流与资产管理:
车辆调度、货物跟踪、船队管理、共享单车定位等。 -
科学研究:
地球物理（板块运动监测、地震研究）、大气科学（电离层和对流层研究）、气象学、精密轨道确定等。 -
娱乐与个人应用:
智能手机定位服务、运动轨迹记录（跑步、骑行）、地理寻宝（Geocaching）。
GNSS接收设备的价格差异大吗？主要影响因素是什么？
GNSS接收设备的价格差异非常巨大，可以从几十元人民币到几十万元人民币甚至更高。主要影响因素包括：
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精度等级:
这是影响价格的最主要因素。消费级接收器（如智能手机内置）提供米级到十米级精度，价格低廉。亚米级、分米级、厘米级甚至毫米级的专业级高精度接收器价格随精度要求急剧上升，因为它们需要更复杂的硬件（如双频、多频天线和芯片）和更高级的软件算法（支持RTK、PPP等）。 -
支持的GNSS系统数量:
支持接收更多GNSS系统信号（如GPS、GLONASS、Galileo、北斗等多模多频）的接收器通常比只支持单一系统的价格要高。 -
天线性能:
专业级应用需要高性能天线，能更好地抑制多径效应、接收微弱信号，并支持多频段接收，这会增加成本。 -
功能与接口:
是否支持差分、RTK、PPP等高级功能，是否提供蓝牙、Wi-Fi、以太网、串口等多种数据传输接口，是否集成惯性测量单元（IMU）进行组合导航等，都会影响价格。 -
防护等级与耐用性:
用于户外、恶劣环境的专业设备通常需要更高的防水、防尘、防摔等级（如IP标准），结构更坚固耐用，这也会体现在价格上。 -
品牌与服务:
知名品牌、提供良好技术支持和售后服务的设备通常价格更高。
总的来说，普通用户用于导航的设备价格低廉，而用于测绘、地质、形变监测等领域的专业高精度GNSS设备价格则非常昂贵。
哪些因素会影响GNSS的接收信号和精度？
尽管GNSS系统设计得非常先进，但在实际使用中，其性能仍会受到多种环境和技术因素的影响：
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卫星可见性与遮挡:
GNSS信号需要视距传播。高楼、茂密的树林、峡谷、隧道、室内等都会遮挡卫星信号，导致接收器无法收到足够数量的卫星信号或信号质量差，从而影响定位可用性和精度。在城市高楼密集的区域（通常称为“城市峡谷”），遮挡尤为严重。 -
多径效应 (Multipath):
GNSS信号在到达接收器天线之前，可能反射到建筑物、地面、水面等物体上。接收器可能同时收到直射信号和反射信号。反射信号的路径比直射信号长，且信号特性可能发生改变，导致接收器对信号到达时间的测量产生误差，进而影响定位精度。 -
大气延迟:
GNSS信号穿过地球电离层和对流层时，传播速度会发生变化，导致信号到达时间延迟。电离层延迟与信号频率有关（这也是双频或多频接收器能更好处理电离层误差的原因），对流层延迟则与大气温度、压力、湿度等有关。这些延迟会引入定位误差。 -
信号干扰 (Interference):
GNSS卫星信号功率非常微弱，容易受到地面或其他无线电设备发射的电磁信号干扰。例如，某些无线电发射器、电视信号塔、甚至某些电子设备都可能产生干扰，降低GNSS信号的信噪比，影响接收器的正常工作。 -
欺骗 (Spoofing) 与干扰 (Jamming):
这是指恶意的信号攻击。干扰（Jamming）是发射强烈的噪声信号压制卫星信号，使得接收器无法正常接收；欺骗（Spoofing）是发射伪造的GNSS信号，使得接收器计算出错误的位置信息。这可能对依赖GNSS的应用造成严重威胁。 -
卫星几何构型 (Satellite Geometry / DOP):
同时可见的卫星在天空中的分布情况会影响定位精度，用DOP（Dilution of Precision，精度稀释度）值来衡量。DOP值越小，表示卫星分布越好，定位精度越高；DOP值越大，表示卫星分布越差（例如所有卫星都在天空的同一方向），定位误差越大。 -
卫星时钟和轨道误差:
尽管控制段会进行监测和修正，但卫星的原子钟和轨道信息仍然存在微小的误差，这些误差也会反映到用户的定位结果中。高精度应用（如PPP）会使用更精确的事后轨道和时钟产品来消除这部分误差。
