GNSS的基础知识 （GPS定位原理和组成）（1）
在这里读了很多关于GNSS的贴子。里面的内容有的是直接翻译外文的文献，也有完全是自己写的。 我准备从今天开始不定期的更新一些关于GNSS 的知识。一是为了分享和探讨，二是记录一下自认为有用的东西，整理材料，理清思绪，希望对一个月之后的毕业设计有所帮助。 今天是第一篇。如果写的不好，大家请指点。
GNSS （Global Navigation Satellite System）也叫全球定位系统，这个不是GPS，但是包含GPS， 还有欧洲的Galileo, 俄罗斯的GLONASS,中国的BeiDou,其中还有一些区域性的卫星系统比如日本的QZSS，印度的（IRNSS)。说白了，就是定位，利用至少4颗卫星去解决位置，时间，速度这三个参数，其中最常用的是位置。 其实这个原理可以复杂也可以简单。 简单的来说就是用三边测量（trilateration）：在2维平面，一个固定点用已知的半径长确定一个圆，两个固定点用已知的半径确定两个点，三个固定点可以确定一个点。这个原理映射到3维，两个球相交确定一个圆，三个球相交确定两个点。远离地球的点舍弃，另一个点就是你的位置了。
但是实际上真正应用比这个复杂，首先就要想，原理上三颗卫星可以解决的问题问什么一定要4颗。因为前面的简单解释是已知卫星和接受机/使用GPS 的人）的距离。在实际应用中这距离是不知道的，这个距离需要去计算。就是常说的伪距（pseudorange）。伪距其实就是这这个距离是假的，不真实的（也就是误差的来源，这个以后继续发的话，会继续说）。 现在解释这个伪距为什么是伪（假的）的， 卫星信号的传播需要经过大气层，在到地面，再到接收机。大气层里有电离层和对流层，会对信号有延迟作用，在地面也会反射。 总之，这个卫星信号的路程走多了，它绕远儿了。 其实这个伪距是有公式的，但是打公式太麻烦，就简单说下， 伪距是有几何距离，卫星钟差和接机钟差的距离，还有电离层延迟，对流层延迟，多路径等各种误差加在一起。其中几何距离是用数学X，Y, Z的平方在开根号计算的。其中有三个未知数（接收机的X,Y,Z）这个就是要解决的位置。 另外还有个未知数就是接收机的钟差这个比较大，因为大部分是用的石英钟。所以就有四个未知数，所以需要四个方程，所以需要4个卫星。
大概明白了卫星的定位原理。在简单的说下卫星定位的组成。
卫星是有三个成分组成的分别是空间部分，控制部分和用户部分。
用户部分最简单就是： 只要能使用卫星定位的仪器都是用户部分，比如专业接收机，手机，智能手表等等能收到GNSS信号的都可以。 但是有一点需要注意的是手机，iPad等这些设备，他们的定位不一定使用GNSS 定位的，也是WiFi定位或者cell network定位。
空间部分：这个最直接的就是天上的卫星了。这些卫星是在中轨道上运行，大概有20200km那么高。平均是6个平面，一个平面上有四个点，每个点上至少一个卫星，也就是说也许有多个。之前是是24颗卫星， 这种安排基本上全球大部分地区可以看到至少4颗卫星。知道2011年7月，6颗卫星重新定位，又外加了三个卫星，GPS 的卫星数变成了27个。知道2019年4月，现在共有31颗卫星在运行，包括1颗BLOCK IIA，11颗BLOCK IIR, 7 颗BLOCK IIR-M和12颗BLOCK IIF。前两个是比较旧的，后两个比较新，因为后两个带有最新的band L2C和L5（后面说）
控制部分：这个分为三个，1个主要控制站，1个备用控制站，11个地面的天线，16个地面的监测站。主要用于跟踪，监测，接收和传输一些数据和命令。监测站的主要功能是当卫星从头顶飞过时，收集数据（载波和伪距）然后穿给控制站。这16个监测站6个来自于air force 另外10个来自于NGA。 控制站主要功能就是处理监测站数据用于计算卫星的位置，生成定位数据（navigation data），管理卫星（其中对于运行和退役或者维修的卫星分开管理）确保卫星位置。备用的控制站协助支持主控站。地面的天线主要用于传输主控站的命令，上传一些卫星的处理程序。其中4个专门的GPS 天线和7个AFSCN的远程tracking 站。
好了，今天就先说这么一点，主要说了GPS，其实都是大同小异。
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