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從本質(zhì)上講，GNSS是一個全球性位置與時間的測定系統(tǒng)，包括諸多衛(wèi)星星座、接收機與監(jiān)測系統(tǒng)。也就是說它是由多個衛(wèi)星導(dǎo)航定位及其增強型系統(tǒng)所拼湊組成的大系統(tǒng)。
GNSS系統(tǒng)(全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng))的基本組成
GNSS系統(tǒng)由空間段、地面段和用戶段三部分組成。
1、空間段由若干地球靜止軌道衛(wèi)星、傾斜地球同步軌道衛(wèi)星和中圓地球軌道衛(wèi)星組成。
2、地面段包括主控站、時間同步/注入站和監(jiān)測站等若干地面站，以及星間鏈路運行管理設(shè)施。
3、用戶段包括北斗及兼容其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的芯片、模塊、天線等基礎(chǔ)產(chǎn)品，以及終端設(shè)備、應(yīng)用系統(tǒng)與應(yīng)用服務(wù)等。
主要的GNSS系統(tǒng)
1、中國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BDS)
截止 2020 年 7 月，北斗衛(wèi)星共有 55 顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是我國自己研制的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，在各種方面的技術(shù)手段和精度都是排在世界前列的，并且開放給全球用戶使用，開發(fā)過程中兼容其他全球定位系統(tǒng)，采用逐漸完善，逐漸發(fā)展的建設(shè)進程。這一建設(shè)理念受到了全球各國用戶的歡迎和支持。
2020年6月23日，北斗三號最后一顆全球組網(wǎng)衛(wèi)星在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心點火升空。 6月23日9時43分，我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長征三號乙運載火箭，成功發(fā)射北斗系統(tǒng)第五十五顆導(dǎo)航衛(wèi)星，暨北斗三號最后一顆全球組網(wǎng)衛(wèi)星，至此北斗三號全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)星座部署比原計劃提前半年全面完成。
2、美國的全球定位系統(tǒng)(GPS)
GPS起始于1958年美國軍方的一個項目，1964年投入使用經(jīng)過20余年的研究實驗，耗資300億美元，到1994年，全球覆蓋率高達98%的24顆GPS衛(wèi)星星座己布設(shè)完成。有 21 顆工作衛(wèi)星和 3 顆在軌備用衛(wèi)星，6 個均勻分布的軌道平面，軌道傾角約 55°，平均高度約為 20200km。
3、俄羅斯的格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GLONASS)
目前有 24 顆衛(wèi)星正常運行，軌道面間的夾角 120°，軌道傾角 64.8°，軌道偏心率 0.01，每個軌道上等間隔分布 8 顆衛(wèi)星，衛(wèi)星離地面高度 19100km。
4、歐盟的伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GALILEO)
在軌 30 顆，均勻分布在 3 個軌道面上，每個軌道面上 9 顆工作，1 顆備用，軌道面傾角 56°，軌道高度 23616km，運行周期 14 小時 4 分。
GNSS定位的基本原理
GNSS 衛(wèi)星定位，實際上就是將分布在天空的高軌衛(wèi)星當做已知點，根據(jù) GNSS 系統(tǒng)的組成原理可知，每顆 GNSS 衛(wèi)星瞬間位置都可以計算出來，并且通過衛(wèi)星信號發(fā)送到地面 GNSS 接收機上。當?shù)孛婺硞€ GNSS 接收機同時接收到 4 顆以上的衛(wèi)星信號時，即可以以后方交會的方式推算出地面接收機的空間坐標位置。
按定位方式，GNSS 定位分為單點定位和相對定位(差分定位)。單點定位就是根據(jù)一臺接收機的觀測數(shù)據(jù)來確定接收機位置的方式，它只能采用偽距觀測，可用于車船等的概略導(dǎo)航定位。
相對定位(差分定位)是根據(jù)兩臺以上接收機的觀測數(shù)據(jù)來確定觀測點之間的相對位置的方法，它既可采用偽距觀測也可采用相位觀測，大地測量或工程測量均采用相位觀測值進行相對定位，相對定位測量的是多臺GNSS 接收機之間的基線向量。
在 GNSS 觀測量中包含了衛(wèi)星和接收機的鐘差、大氣傳播延遲、多路徑效應(yīng)等誤差，在定位計算時還要受到衛(wèi)星廣播星歷誤差的影響，在進行相對定位時大部分公共誤差被抵消或削弱，因此定位精度將大大提高，雙頻接收機可以根據(jù)兩個頻率的觀測量抵消大氣中電離層誤差的主要部分，在精度要求高，接收機間距離較遠時，應(yīng)選用雙頻接收機。
RTK定位原理
RTK(Real - time kinematic)實時動態(tài)差分法。這是一種新的常用的 GNSS 測量方法，靜態(tài)、快速靜態(tài)、動態(tài)測量都需要事后進行解算才能獲得厘米級的精度，而 RTK 是能夠在野外實時得到厘米級定位精度的測量方法，它采用了載波相位動態(tài)實時差分方法，是GNSS應(yīng)用的重大里程碑，它的出現(xiàn)為工程放樣、地形測圖所應(yīng)用，極大地提高了外業(yè)作業(yè)效率。
高精度的 GNSS 測量必須采用載波相位觀測值，RTK 定位技術(shù)就是基于載波相位觀測值的實時動態(tài)定位技術(shù)，它能夠?qū)崟r地提供測站點在指定坐標系中的三維定位結(jié)果，并達到厘米級精度。在 RTK 作業(yè)模式下，基準站通過數(shù)據(jù)鏈將其觀測值和測站坐標信息一起傳送給流動站。
流動站不僅通過數(shù)據(jù)鏈接收來自基準站的數(shù)據(jù)，還要采集 GNSS 觀測數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測值進行實時處理，同時給出厘米級定位結(jié)果，歷時不足一秒鐘。流動站可處于靜止狀態(tài)，也可處于運動狀態(tài);可在固定點上先進行初始化后再進入動態(tài)作業(yè)，也可在動態(tài)條件下直接開機，并在動態(tài)環(huán)境下完成整周模糊度的搜索求解。
在整周末知數(shù)解固定后，即可進行每個歷元的實時處理，只要能保持四顆以上衛(wèi)星相位觀測值的跟蹤和必要的幾何圖形，則流動站可隨時給出厘米級定位結(jié)果。
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