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专用名词：
1. GNSS 概述
1.2 四大GNSS 概述
1.2.1 GPS
1.2.2 BeiDou
1.2.3 GLONASS
1.2.4 Galileo
1.3 GNSS 各大系统对比
2. GNSS 系统结构
2.1 定位原理简介
3. 总结
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作者：HywelStar
本章节开始对GNSS 相关知识进行讲解分析，从基础知识，定位系统的对比，作为开发过程中如何去调试，设计中需要注意哪些，大概内容将会通过几篇进行一定的讲解。
本章节主要知识点以基础为准，难度不大，将可以解决以下问题：
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关于GNSS 一些专有名词概述，
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关于GNSS 一些定位原理是什么？
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GNSS 系统中常见的几种系统，对比情况，GNSS 和 GPS 是什么关系？
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北斗系统中有什么突出优势？
专用名词：
GEO(geostationary orbit) - 地球静止轨道， 轨道高度约为400-2000公里
MEO(Medium Earth Orbit,) - 中地球轨道
IGSO（Inclined Geosynchronous Orbit）- 倾斜地球同步轨道
1. GNSS 概述
GNSS（Global Navigation Satellite System）是一个覆盖全球的卫星系统，用于确定地球上任何地点的精确位置。对于全球覆盖，估计一个星座需要 18 到 30 颗卫星。导航卫星向专门设计用于接收这些卫星信号并解码信号消息内容的无线电接收器提供轨道信息和准确的授时（和其他服务）。通过来自至少四颗“可见”卫星的消息内容，可以使用称为三边测量的数学过程来计算地球表面大部分位置或附近的位置。
GNSS主要包含：
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GPS (originally Navstar GPS)- United States
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BeiDou – China
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Galileo – European Union
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GLONASS – Russia
这里需要注意的是，GPS 是属于GNSS 中的一种，同样我国使用的北斗卫星导航系统也是GNSS的一种。
有全球卫星导航系统，还有一些是区域导航系统 RNSS (regional navigation satellite systems)，目前代表有：
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IRNSS – India (also known as NavIC)
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QZSS – Japan
1.1 GNSS 主要作用
GNSS 的研发主要用于两种功能：
位置的确定：物体的位置指的是维度，经度，高度。
授时：由于GNSS 卫星采用高精度时钟，GNSS 接收器就会将其内部（精度低得多）时钟与卫星时钟同步。
GNSS 卫星采用原子钟，原子钟里的元素有氢(Hydrogen)、铷(rubidium)、铯(Cesium)等，这种钟的稳定程度很高，误差可以达到2000万年一秒。在当前全球四大卫星导航系统中，美国GPS采用了铯原子钟和铷原子钟结合的方式。欧盟的伽利略、俄罗斯的三代格洛纳斯以及我国建设的北斗三号，均采用铷原子钟和被动型氢原子钟相结合的授时方式。
1.2 四大GNSS 概述
1.2.1 GPS
全球定位系统（英文：Global Positioning System，GPS）由美国政府管理，是最早、最著名的GNSS系统。最初的用途是作为定位和定位系统用于军事目的，后来GPS被开放给民用和商业用途。一共有24颗卫星，可提供全球覆盖。是目前使用最旧已经最成熟的全球卫星导航系统，
1.2.2 BeiDou
北斗卫星导航系统又称为BSD(BeiDou Navigation Satellite System)，还有另外一个英文名称：Compass(中国卫星导航系统)， 是我国自主研发的卫星导航系统，能够为全球提供全天候，全天时，高精度的定位，导航和授时服务。北斗系统发展共有三代，自第二代开始的北斗系统被正式称为“北斗卫星导航系统”。
北斗一号系统（第一代北斗系统）由三颗卫星提供区域定位服务。从2000年开始，该系统主要在中国境内提供导航服务。
北斗二号系统（第二代北斗系统）是一个包含16颗卫星的全球卫星导航系统，分别为6颗静止轨道卫星、6颗倾斜地球同步轨道卫星、4颗中地球轨道卫星。2012年11月，第二代北斗系统开始在亚太地区为用户提供区域定位服务。这里提及的几种卫星轨道总结如下：
北斗三号系统（第三代北斗系统）由三种不同轨道的卫星组成，包括24颗地球中圆轨道卫星（覆盖全球），3颗倾斜地球同步轨道卫星（覆盖亚太大部分地区）和3颗地球静止轨道卫星（覆盖中国）[6]。北斗三号于2018年提前开放了北斗系统的全球定位功能。北斗三号系统于2020年7月31日完整开通[8]。
1.2.3 GLONASS
格洛纳斯系统（全球卫星导航系统GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM的缩写), 由21颗工作星和3颗备份星组成， 所以GLONASS星座共由24颗卫星组成。24颗星均匀地分布在3个近圆形的轨道平面上，这三个轨道平面两两相隔120度，每个轨道面有8颗卫星，同平面内的卫星之间相隔45度， 轨道高度2.36万公里，运行周期11小时15分，轨道倾角64.8度。
1.2.4 Galileo
伽利略定位系统 （Galileo） 是欧洲全球导航卫星系统，由欧洲空间局（ESA）和欧盟共同开发和运营。Galileo旨在提供全球定位服务，作为对现有GNSS系统的补充，该系统独立于俄罗斯的GLONASS和美国的GPS，在这些系统被关闭时，欧盟就可以使用伽利略系统。系统计划发射30颗卫星，2018年7月，已有26颗卫星发射入轨。伽利略系统于2016年12月15日在布鲁塞尔举行激活仪式，提供早期服务。于2017年到2018年提供初步工作服务，最终于2019年具备完全工作能力。该系统的30颗卫星预计将于2020年底前发射完成，其中包含24颗工作卫星和6颗备用卫星。
1.3 GNSS 各大系统对比
从表中可以清晰看到关于各大定位系统的一些参数。
这几大卫星定位系统所处的高度都存在差异，有中地球轨道(MEO), 地球同步轨道(), 地球静止轨道(GEO), 倾斜地球同步轨道(IGSO)；两外倾斜角度也存在不一样，对于他们工作的频段不一样，会有点变化，如果很接近的频率，对于在接收机模块信号处理，接受电线将是一个考验。北斗在里面有一个比较特殊的应用叫做短报文，可以理解为利用卫星进行数据传输。
从表中看北斗全球定位系统是卫星数工作最多，达到35颗，一个是为了精度，覆盖范围，还有考虑到冗余度。
这里留一个小疑问：
截止发稿前(2024-8-11)，从官网数据得到我国已经成功发射第五十七颗、五十八颗北斗导航卫星，那为什么现在北斗只是使用上35颗卫星定位？
上图GNSS系统所在高度。
2. GNSS 系统结构
GNSS 系统是如何设计，需要哪些主要组成部分才能达到一个定位的功能。
GNSS 系统主要包括三大部分：空间部，控制部分和用户部分。大多数人接触比较多是用户部分，无论是用来定位还是开发，都是接触这部分比较多。
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空间部分：主要是定位卫星，比如GPS 卫星，北斗卫星这样。它内部还有几个原子钟保证时间的精准性，将会不停发送信号到地面。
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控制部分：地面站作为卫星的控制中心，也是监测中心，需要对卫星的工作状态健康程度进行监控，另外还可以对卫星进行一些控制。
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用户部分：用户设备的手机，导航设备，飞机上的定位等等使用。
2.1 定位原理简介
如果想知道接收机的位置，至少需要同时跟踪三颗卫星才能定位，考虑到接收机时钟存在钟差，需要至少四颗及以上卫星才能进行定位。
定位原理来说比较简单：接收机看成是一个A点，卫星坐标是已知的了X,Y,Z， 那么以三颗卫星到A点的距离x,y,z为距离画一个圆，那么肯定会有三个球面相较于两点，这样也很快能确定接收机A是哪一个点。那对于x,y,z 来说可以通过光束乘以时间得到。对于这个距离可以计算得到，但在这个过程中，我们需要考虑到接收机与卫星的时间通常不同步，于是需要计算一个未知的时钟差，为了计算这个时钟差，我们需要引入第四颗卫星来解决这个计算组：
3. 总结
本章节将对全球卫星定位系统进行一个概述，包括四大GNSS 的一些参数进行总结，我国北斗卫星导航系统的一个独特报文功能，GNSS 的系统结构，定位的简单原理介绍，对于定位原理虽然简单，但是对于中间还有一些列涉及其他的内容，将会下一章进行讲述原理相关内容，也想以最通俗易懂的方法进行一个分享。对于嵌入式开发设计最多的还是接收机部分，包括设计，开发应用，调试相关，这估计也是大多数人更为关心的部分。
参考：
http://www.beidou.gov.cn/
https://www.gps.gov/systems/gps/space/ https://zh.wikipedia.org/wiki/%E4%BC%BD%E5%88%A9%E7%95%A5%E5%AE%9A%E4%BD%8D%E7%B3%BB%E7%B5%B1
https://www.e-education.psu.edu/geog862/print/l10.html
https://www.gsc-europa.eu/sites/default/files/sites/all/files/Galileo_OS_SIS_ICD_v2.1.pdf https://pocketnow.com/gps-galileo-glonass-bds-qzss-satellite-navigation-explained/ https://www.e-education.psu.edu/geog862/print/l8.html
