2020年6月23日9时43分，我国在西昌卫星发射中心成功发射北斗系统第55颗导航卫星，这也是北斗三号最后一颗全球组网卫星。至此，北斗三号全球卫星导航系统星座部署已全面完成。

消息传出后，国人兴奋不已，纷纷赞其转发。社会各界对卫星定位行业的关注度也创下新高。

那么，北斗这样的卫星系统是如何实现定位的呢？为了达到更好的定位效果，它引入了哪些关键技术？卫星定位行业发展进入什么阶段？

在今天的文章中，我们将谈论卫星定位系统。

什么是 GNSS

首先要知道，北斗和大家比较熟悉的GPS都属于全球导航卫星系统，也就是GNSS(全球导航卫星系统)。

北斗是我国自主研发建设的GNSS系统。GPS，美国的GNSS系统，也是世界上最早的GNSS系统(1973年启动，1995年全面投入运行)。

全球覆盖的GNSS系统还包括俄国的GLONASS和欧洲的伽利略。

除了全球卫星系统，GNSS还包括一些区域系统(如日本的QZSS和印度的IRNSS)和增强系统(如美国的WAAS、日本的MSAS和欧盟的EGNOS)。增强系统是基于全局或区域系统的辅助系统，可以满足更多场景的需求。

全球导航卫星系统的类别

GNSS用于定位和导航。准确的说，它还有一个普通人不太重视的功能，那就是计时。

全球导航卫星系统的学术定义如下:

全球导航卫星系统(GNSS)是一种基于空的无线电导航定位系统，可以为用户提供地球表面或地球附近任何地方的全天候三维坐标、速度和时间信息。

看，三维坐标、速度和时间信息是GNSS的必备功能。这三条信息通常被称为PVT(位置、速度和时间)。

值得一提的是，我们的北斗系统还有一个独特的功能，就是短报文(也就是短信)。在关键时候，这个功能可以发挥很大的作用。

GNSS 的工作原理

那么，GNSS如何帮助用户获取PVT信息呢？

我们来做一道很简单的立体几何数学题。

众所周知，地球表面的任何位置都有其三维坐标，即经度、纬度和海拔。头顶的GNSS卫星也有自己的三维坐标。

那么，我们就可以把整个空作为一个坐标系来画一个立方体。立方体的两个对角分别是用户和卫星，如下所示:

根据中学立体几何知识，我们可以知道卫星与用户之间的距离△L(这个距离也叫“伪距”)为:

卫星的坐标是(x '，y '，z ')，已知。用户的坐标是(x，y，z)，未知。

同时卫星可以向用户终端发送信号，信号的传输速度几乎等于光速c .卫星有一个精度很高的原子钟，所以我知道我的时间是t .假设用户终端的时间是t '，那么卫星到用户的距离△L可以用下面的公式计算:

当两个公式合并时，它变成:

一个公式中有四个未知数(x，y，z，t)。大家都知道这个公式是解不出来的。

怎么才能算出来？再列出三个公式。

也就是说再找三颗卫星的坐标值，组成四元方程，就OK了。

这就是为什么一个用户终端必须至少有四颗卫星才能计算出它的确切位置。

简单的数学知识，不难理解吧？

GNSS 的关键技术

虽然GNSS的工作原理看似简单，但是要做好这个系统却是非常困难的。

GNSS系统是否足够好，主要取决于它的精度、速度和灵敏度。这个速度主要是指从启动定位设备到第一次正常定位的时间，也称为TTFF(首次定位时间)。

影响GNSS定位精度的主要原因是误差。错误来自系统内部和外部。比如穿透电离层和对流层引起的误差，卫星高速运动引起的多普勒效应引起的误差，多径效应误差，信道误差，卫星时钟误差，星历误差，内部噪声误差等等。

这些误差有的可以完全消除，有的不能或只能部分消除。淘汰水平直接决定了系统的准确性和可靠性。

为了更好的消除误差，提高响应速度，GNSS会引入一些天基或者陆基的辅助手段。GNSS结合辅助手段也称为A-GNSS。a表示协助，意思是“被协助”

目前普遍采用通过陆基移动通信网传输增强改正数据和提供辅助信息，以加强和加快卫星导航信号的搜索跟踪性能和速度，缩短定位时间，提高定位精度。

A-GNSS系统架构

除了A-GNSS，GNSS还引入了一些关键技术来帮助提高系统性能。

首先是RTK技术。

RTK(Real-time kinematic)又称实时动态差分法和载波相位差分技术，是对两个测站的载波相位观测值进行实时处理的差分方法，包括传统RTK和网络RTK。

传统RTK模式只有一个参考站。网络RTK模式，有多个参考站。

【/h/】以网络RTK为例，多个参考站会采集监测数据并发送到控制中心，控制中心会从数据中剔除粗差，然后解决问题，最后将修正信息发送给用户。

网络RTK的覆盖速度很快，可以距离用户几百公里。而且网络RTK具有更高的精度和稳定性。

然后就是惯性导航技术。

GNSS卫星定位虽然方便，但容易受客观条件影响。如隧道、森林等路段，GNSS信号容易中断。此时，有必要暂时采取其他辅助手段。

航位推算(DR)是一种自主惯性导航技术。通过使用加速度传感器和陀螺传感器，结合一些特殊的算法，它可以根据用户终端(如车辆)的初始位置信息和传感器获得的信息，计算出盲区内用户终端的高精度导航数据。

灾难恢复和全球导航卫星系统是高度互补的。一方面，博士可以帮助盲人；另一方面，GNSS可以实时修正DR的偏差，帮助DR推测更准确的位置。

另外就是双频技术。

所谓双频很好理解，就是GNSS模块同时支持不同GNSS系统的不同频段，以增强信号接收能力。

四大导航系统运行频率表

GNSS 的应用场景

在众多黑科技的支持下，GNSS系统拥有极高的响应速度、定位精度和非常可靠的稳定性。业界主流GNSS模块的TTFF速度已经升级到秒级，定位精度也从十米、米级升级到亚米、分米甚至厘米级。

这些指标完全可以满足大部分行业的需求。如交通、水利、减灾、海事、勘探、建筑等领域，GNSS模块现在都得到了广泛应用。

在上述场景中，车载GNSS模块的应用最为广泛，也最值得关注。

随着“万物互联”时代的到来，车联网作为核心应用正在进入爆发期。

虽然我们一直强调5G对车联网的重要性，但不可忽视的是，GNSS定位导航服务也是车联网发展的必要条件。

试想一下，如果没有高性能GNSS车载模块的支持，车辆连自己的确切位置信息都不知道，可以说寸步难行。

GNSS车载模块可以为自动驾驶和远程驾驶提供可靠的定位、导航和测距数据来源，是ADAS(高级驾驶辅助系统)不可或缺的组成部分。

GNSS车载模块除了保证正常行驶外，还可以用于车辆防盗、紧急救援、集群调度、车队管理等应用需求。

对于企业来说，车辆是重要的经营性资产。车辆位置信息是重要的管理数据。

GNSS车载模块可以帮助企业掌握实时数据，跟踪车辆位置，更有效地管理这些资产。对于一些特殊车辆，如危险品运输车，GNSS车载模块的重要性不言而喻。

目前，包括LG69T/L26-DR/L26-T/L26-P等型号在内的多款汽车级GNSS车载模块已经投入市场，取得了良好的反响。

移动通信车高精度定位模块LG69T支持RTK和DR技术，受到大型汽车厂商和一级客户的青睐。该模块严格按照IATF 16949:2016汽车行业质量管理体系标准制造，其关键器件符合AEC-Q100标准要求。它可以同时接收多颗GNSS卫星信号，并在几秒钟内收敛到厘米级定位精度——在开放环境下，它可以输出精度为5厘米的定位数据。即使在城市峡谷等复杂环境下，LG69T也能达到亚米级精度，全面提升定位性能。据悉，LG69T预计最早将于2021年投入使用。

移动通信L26-DR支持DR惯性导航技术，集成6轴传感器和GNSS算法引擎，融合定位性能优异，在隧道等无GNSS信号的环境下可实现1-2米的定位精度，为跟踪器、T-Box、车载导航、车队管理、物流信息管理等汽车、工业和消费类应用提供了理想的选择。

结 语

GNSS系统经过几十年的发展，从一开始的GPS一家独大，到现在的GPS、北斗、GLONASS、伽利略等系统并存，可以说取得了长足的进步。如今的GNSS系统已具备提供全方位、全天候、高精度、高速定位导航服务的能力。

GNSS已成为国家重要的数字基础设施，对促进数字经济发展具有重要意义。围绕GNSS，衍生出一系列具有增值潜力的服务场景。越来越多的公司加入GNSS的上下游产业链。

GNSS，未来可期！

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