1.2　GNSS概述

目前，世界上存在许多正在运行的卫星导航系统。有些系统是全球系统，有些系统则只在特定的区域提供服务。全球导航卫星系统（GNSS）定义为所有卫星导航系统及它们的增强系统（遗憾的是，今天GNSS也用来表示各个卫星导航系统。本书使用前一个定义，但读者应了解它的第二个定义）。本书中讨论的卫星导航系统包括中国的北斗卫星导航系统（BDS）、欧洲的伽利略（Galileo）系统、俄罗斯的全球导航卫星系统（GLONASS）、美国的全球定位系统（GPS）、印度的印度导航星座（NavIC）和日本的准天顶卫星系统（QZSS）。

使用适当的接收设备，GNSS可为用户提供准确、连续、全球的三维位置和速度信息，并且可以在协调世界时（UTC）时标下传播时间。全球GNSS星座（有时称为核心星座）通常由24颗或更多的中地球轨道（MEO）卫星组成，这些卫星通常位于3个或6个轨道面上，每个轨道面上有4颗或更多的卫星。地面控制/监测网络监测卫星的健康和状态，并将导航和其他数据上传至各颗卫星。除了作为北斗系统一部分提供的无线电测定业务（RDSS，它依赖于对同步卫星的主动测距提供定位），由于用户接收机操作是被动的（即只接收信号），因此本书讨论的卫星导航系统提供的服务是面向无限数量的用户的。这些卫星导航系统利用的是单程到达时间（TOA）测距的概念。卫星传输参照的是卫星上与内部系统时基同步的高精度原子频率标准。本书中讨论的所有卫星导航系统都使用直接序列扩频技术在两个或多个频率上广播测距码和导航数据。每颗卫星都发送精确同步到一个共同时标的测距码。接收机使用导航数据来确定信号传输时卫星的位置，并使用测距码来确定信号的传播时间，进而确定从卫星到用户的距离。这种技术要求用户的接收机也包含一个时钟。利用这种技术测量接收机的三维位置时，需要对4颗卫星进行TOA测距。如果接收机的时钟与卫星的时钟同步，那么只需要进行3次距离测量。然而，为了最大限度地降低接收机的成本、复杂度和尺寸，导航接收机中通常采用晶体时钟，因此需要进行4次距离测量才能确定用户的纬度、经度、高度和接收机的时钟偏移。如果能够准确地知道系统时或高度，那么需要的卫星就不到4颗。第2章中将详细介绍TOA测距及如何求出用户的位置、速度和时间（PVT）。今天，商业用户设备可以使用来自多个卫星导航星座的测量值来得到PVT。在一个或多个卫星导航系统出现问题的情况下，这保证了信号的可用性。

与全球系统相同，区域卫星导航系统都由相同的三部分组成：空间段、控制段和用户段。关键区别是，区域系统的空间段利用地球静止轨道和/或倾斜地球静止轨道上的卫星来覆盖感兴趣区域。中国的北斗、印度的NavIC[此前称为印度区域卫星导航系统（IRNSS）]和日本的QZSS使用的就是这类轨道上的卫星。北斗系统在采用地球静止轨道和倾斜地球同步轨道卫星系统的同时，还将部署27颗MEO卫星，这些卫星部署完毕后，北斗系统将提供全球服务，并在中国周边地区提供增强服务（2.3.2节中将介绍这些不同的轨道类型）。