GNSS系统概述

news2024/9/22 18:10:23

一.GNSS的定义

1.GNSS全称：全球导航卫星系统 ( Global Navigation Satellite System， GNSS)。

人造卫星导航定位系统是一种星基无线电导航系统，它以人造地球卫星为导航台，为陆、海、空、天各种军民载体提供全天候、高精度的位置、速度和时间信息。又称天基定位、导航和授时(PNT)系统。
GNSS是指所有的卫星导航系统，包括：全球性、区域性、相关增强系统

2.GNSS泛指所有的卫星导航系统，包括：

3.世界主要的GNSS系统：四大全球导航系统：

数据截止时间：2020年7月22日

1.卫星导航系统"主要包括三个部分"：

2.空间站：太空轨道中的卫星

3.空间段

4.地面测控段：对整个卫星导航系统的运行负责，包括主控制站，监视站和注入站。测控段的主要组成部分如下：

补充：在主动式导航系统中，地面控制中心与用户之间可通过卫星实现数据中继交换和通信。

全球定位系统（GPS）主控和监控站网络分布图如下所示：

5.用户段：接收机

在此基础上实现卫星导航信号的接收、测量和求解。
特定函数：
- GNSS卫星发射的导航信号的搜索、接收和跟踪；
- 在主动导航模式下，用户只需对设备进行信号回复，由主控站进行导航解算；
- 用户设备在无源导航方式下也需要使用卫星信号和电文进行测量。星历完成导航处理功能，然后求出接收机的位置、速度和时间信息；
接收器类型：
- (1)服务类别：军事，商业，民用
- (2)信号类型：多频、多模式接收器

用户端示意图如下：

6.GNSS被动导航和主动导航

(1)被动导航：

(2)主动导航(也称活动导航)：

卫星与用户设备之间双向传输信号：要求用户设备从地面接受控制中央传送的信号通过卫星传送，用户设备还需要将应答信号发送到卫星。使用设备不能独立完成距离测量和定位，需借助地面测控站进行。
代表系统：BD1、BD2-RDSS (Radi〇 Determination Satellite)

1.GNSS系统性能

(1)准确性
- 精确度：测量定位结果和目标实际位置的接近度。可见卫星数目越多，精度衰减系数(DOP)越小，定位越精确。
- 多模式：多个GNSS系统的结合，可以增加可见卫星的数量，提高定位的准确性。
- 多频段：单用户可利用多个频段信号消除电离层时延误差，提高定位精度；相对定位时，可消除载波相位整周期模糊。
(2)完好性
- 完好性：指定位系统在发生故障时，能够真实、及时地对用户发出警告，以免用户误入歧途。地面监测部分，空间星座，及其增强型系统均配置完好性监控。GNSS信号和导航信息能够迅速地向用户提供完备性信息。通过使用更多的 GNSS卫星，接收机可利用冗余的测量数据，对接收机进行自动完好性监测，排除误差值，提高定位结果的可靠性。
- 弱信号，容易受到干扰。多么脆弱。
(3)连续性
- 连续性：指系统在一定时期内能够同连续地满足规定的准确度和完备性要求的概率。【举例】在飞机从开始降落到安全降落的整个过程中，为了确保飞行，GNSS必须不断地为其提供定位导航服务，机器完成了这个关键的操作过程。
(4)有效性
- 指定位系统能够同时满足准确度、完善性和连续性三个指标的时间百分比。

注：连续度和有效性与 GNSS空间星座的覆盖率及其卫星信号有关。

2.GNSS系统之间的相互影响

3.GNSS接收机性能

(1)TTFF
- 【时间】初次定位(TTFF,Time to First Fix) 接收机开机后获得第一个定位结果所需的时间。
- 【启动方式】采用不同的启动方式(冷启动、温启动、热启动)，不同信号条件下的平均 TTFF值不同。无论在何种情况下，用户希望接收端具有更短的 TTFF值。
(2)灵敏度
- 敏感性：用接收器捕获 GNSS信号的能力来衡量，该指标决定了接收机能否在室内、丛林等信号较弱的环境中完成定位。
(3)城市峡谷中的导航性能
- 这座城市人口密集，正是需要GNSS的地方，然而
  - 在城市峡谷， GNSS信号被高楼挡住，导致由于减少了可见卫星的数量，一些定位历元的接收器无法实现定位。
  - 城市中有大量的建筑物， GNSS信号易于建设。基座表面反射率高，多径现象严重，这将导致接收机定位误差偏大。
- 所以， GNSS接收器在城市峡谷中的表现尤为重要。
(4)GNSS接收机的其他性能：多频、多模特性、抗干扰性能、价格、芯片尺寸大小、功率