科普：gnss全球卫星导航系统-凯时网站-首页

　　司南导航：gnss(global navigation satellite system，是对北斗系统(bds)、gps、glonass、galileo系统等卫星导航定位系统的统称，也可指代他们的增强型系统。很长时间以来，gnss有两个译名：全球卫星导航系统和全球导航卫星系统，直到1992年5月，国际民航组织((international civil aviation organization，icao)在航空导航会议上才确定为全球导航卫星系统。

　　从本质上讲，gnss是一个全球性位置与时间的测定系统，包括诸多卫星星座、接收机与监测系统。也就是说它是由多个卫星导航定位及其增强型系统所拼凑组成的大系统。

　　从功能上讲，gnss是以人造卫星作为“航向标”的无线电导航系统，为全球陆、海、空、天的各类载体提供全天候、高精度的位置、速度和时间信息(positioning, navigation and timing, pnt)，因为它又称为天基定位、导航和授时系统。

　　对于gnss大家有一定的误解或者不了解，这里就对于大家常见的几个观点做个简要的说明，如有错漏，请大家指正。

　　1 gps并不是gnss

　　很多人提及gps，就想到卫星导航，实质上这是对gps的一个误解，同样也是对gnss的混淆。gps是由美国国防部研制建立的一种具有全方位、全天候、全时段、高精度的卫星导航系统，能为全球用户提供低成本、高精度、有差别的pnt服务。gps可以说是卫星通信技术在导航领域的一个极其经典的应用案例，不仅提高了全球的信息化水平，同时也促进了数字地球的发展。

　　但是gps并不是gnss，或者说gps并不能完全代表gnss，理论上gps是gnss系统的一个重要组成部分。大家经常使用微信的“定位”功能，也经常使用各种地图进行导航(如百度和高德)，实质上都是gnss导航功能的典型应用，定位精度一般为米级。这里导航功能的实现并非单纯的gps，实质上是多种卫星系统组合定位的结果，但这并非gnss的全部功能，其“定位”功能一般需要专业仪器才能实现，比如测绘中常用的rtk放样与静态测量等。正如有人所指出的那样，我们人类生活在一个四维的世界(x、y、z、t)，其中t就是时间。gnss系统则可以提供我们经常使用的时间功能，目前手机上这个功能通常采用网络时间同步来实现，一旦网络中断，我们就无法得到高精度的时间(机械手表除外)，而gnss则可以实时提供我们所需要的三维位置与时间信息。不知不觉，gnss已经深入到我们生活的点点滴滴，也在潜移默化中改变我们的生活方式，不可否认，gnss就是信息地球的重要基础!

　　2 gnss定位与网络定位不同

　　2.1 gnss定位

　　根据几何理论，通过精确测量地球上的一个站点到三颗卫星之间的距离，就可以依照点到这个三角形的位置来确定。gnss定位是根据无线电波的传播速度是恒定的，传播路径的线性性质，通过测量空间中的电波的传播时间来确定距离差的卫星和用户接收机天线之间的距离差、距离和测量值，再以这些距离差为半径进行三球交汇，根据联立方程求解用户位置。因为卫星时钟难以与用户接收时钟维持严格的同步，受卫星时钟和接收时钟同步误差影响，实际距离观测不是真正的卫星和观测站之间的距离，而是包含距离误差，称此距离为伪距。为了实时解算3点坐标分量和1个差分gnss接收机时钟误差，就需要至少四颗卫星的同步观测(如图2)。

　　有两点需要着重说明：(1)gnss定位与网络信号无关，即在没有网络信号覆盖或者网络中断的情况下，只要卫星信号没有遮挡，gnss定位不受影响;(2)导航或定位时，网络的作用在于加载底图，同时缩短gnss首次定位成功的时间，当gnss定位完成后，网络的作用便可以忽略不计。

　　2.2 网络定位

　　网络定位有两种方式，一种是wifi定位，是根据wifi路由器所在位置进行定位，这种定位精度比较高但不可靠，因为导航软件不可能记录下地球上每个路由器的位置，所以定位位置发生漂移的情况时有发生。

　　网络定位的另一种方式是基站定位，这种定位可靠，但误差大，原因是这种定位方式依赖于基站分布密度(如图3)。发达地区的城区定位精度会比较高，目前最高可达几十米到百米以内。但边远地区基站分布间距比较大的时候，误差会很大，有时甚至可达数公里以上。

　　网络定位的共同特点是速度快，只要联网，瞬间可以定位，任何手机都可以秒定。但较之gnss定位，网络定位的精度偏低。gnss定位依赖于空间卫星，缺点是首次定位反应慢，目前苹果等品牌手机冷启动首次定位也需要5秒以上，但gnss定位精度高，不受网络限制，在荒无人烟的区域都可以定位。

　　3 影响gnss导航的因素

　　3.1 手机硬件

　　手机自身的定位性能主要取决于定位芯片和gnss天线。目前新出的芯片都支持多系统数据采集(如gps、bds、glonass等)。理论上可用卫星越多，冗余信息越多，定位精度也越可靠。ps一个知识点，你可以下载gps工具箱(gps status too)这个app来检测一下自己的手机是不是支持多系统。

　　3.2 环境因素

　　gnss定位时需要接收机采集卫星数据，当环境发生变化或者环境比较恶劣时，必然影响gnss信号的正常采集。常见的不良环境包括：(1)云层较厚的阴雨天气;(2)茂密的树木植被遮挡(如图4);(3)城市高耸建构筑物遮挡;(4)河流湖泊等强反射区域;(5)特殊设施设备附近(如信号发射塔等);(6)特殊区域或者特殊地段等(高考时信号屏蔽器覆盖区域就是特殊区域)。

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