什么是GNSS?
GNSS的全稱是全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System),它是泛指所有的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),包括全球的、區(qū)域的和增強(qiáng)的。GNSS是覆蓋全球的自主地利空間定位的衛(wèi)星系統(tǒng),用于導(dǎo)航與定位測(cè)量,簡(jiǎn)單來(lái)講,GNSS系統(tǒng)就是利用衛(wèi)星信號(hào)傳輸實(shí)時(shí)位置與時(shí)間信息,并從而計(jì)算得到地面接收設(shè)備的經(jīng)緯度等地理位置信息。
GNSS系統(tǒng)和其他衛(wèi)星通信一樣,可以從結(jié)構(gòu)上大概分成三部分:空間段-地面段-用戶段,其中:
- 空間段:在地球上空20,000至37,000公里之間運(yùn)行的GNSS衛(wèi)星;這些衛(wèi)星廣播信號(hào),識(shí)別正在傳輸?shù)男l(wèi)星及其時(shí)間、軌道和健康狀況。
- 地面段:是一個(gè)由位于世界各地的主控、數(shù)據(jù)上傳和監(jiān)測(cè)站組成的控制網(wǎng)絡(luò),主要負(fù)責(zé)這些站接收衛(wèi)星信號(hào),并將衛(wèi)星顯示的位置與軌道模型顯示的位置進(jìn)行比較并進(jìn)行修正。而這里的軌道模型與預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)就被稱為星歷(ephemeris)
- 用戶段:所有可以接收衛(wèi)星信號(hào)并根據(jù)至少四顆衛(wèi)星的時(shí)間和軌道位置輸出位置的設(shè)備都可以稱之為用戶端,主要包含信號(hào)接收天線,可處理該信號(hào)并輸出位置信息的接收與定位模塊。其中有采用基準(zhǔn)站與流動(dòng)站參照提高定位精度的定位模塊,也就是RTK。目前,隨著自動(dòng)駕駛與智能物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的發(fā)展,高精度定位發(fā)展也越發(fā)迅猛,對(duì)定位精度與定位效果測(cè)試的需求也越來(lái)越多。

GNSS的發(fā)展歷程
GNSS技術(shù)是一種衛(wèi)星通信技術(shù),更是一種無(wú)線通信技術(shù)。無(wú)線通信技術(shù)發(fā)展至今不過(guò)200余年,衛(wèi)星通信則更短,因此GNSS的發(fā)展歷史并不算長(zhǎng)。
GNSS的發(fā)展可以追溯到世界上第一顆人造衛(wèi)星Sputnik,它是由蘇聯(lián)研發(fā),用于大氣層環(huán)境測(cè)試與無(wú)線電與光學(xué)軌道追蹤方法測(cè)試,這引發(fā)了美蘇之間的太空競(jìng)賽。3年后,美國(guó)軍方開(kāi)發(fā)了世界上第一套基于多普勒效應(yīng)的定位系統(tǒng)Transit。
此后為了提高定位精度,美國(guó)研發(fā)了更為精準(zhǔn)的基于衛(wèi)星位置與特定時(shí)間精準(zhǔn)測(cè)距的Timation,這也被認(rèn)為是GPS的先驅(qū)。此后美、蘇持續(xù)研發(fā)GNSS定位技術(shù)。1973年,美國(guó)建立GPS基礎(chǔ)架構(gòu),并逐步完善;1982年,GLONASS系統(tǒng)在經(jīng)過(guò)十多年的研發(fā)后最終成形;2000年,中國(guó)引入北斗系統(tǒng);2010年,日本發(fā)布準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)(QZSS);2005年,歐盟推出伽利略系統(tǒng);2013年,印度推出印度區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng) (IRNSS),現(xiàn)稱為 NavIC。
GNSS定位原理
GNSS 定位基于三角測(cè)量原理,依賴于對(duì)接收器與每顆可見(jiàn)衛(wèi)星之間的距離的估計(jì),即三點(diǎn)定位法,空間中三個(gè)圓的交點(diǎn)即是定位位置(實(shí)際上數(shù)學(xué)問(wèn)題中三個(gè)圓的交點(diǎn)可能不止一個(gè),但是剩余的都會(huì)被視作異常,如不在地球表面等),從這個(gè)角度講,定位最少需要三顆衛(wèi)星。但是,實(shí)際應(yīng)用中有所不同:因?yàn)镚NSS信號(hào)需要傳播的距離非常遠(yuǎn),期間存在大量干擾與削弱,因此統(tǒng)一的時(shí)間參考誤差極大,所以實(shí)際應(yīng)用中會(huì)將時(shí)間作為第四個(gè)變量:接收器參考與衛(wèi)星機(jī)載時(shí)鐘之間的時(shí)間差。
GNSS的類型與區(qū)別
正如上文所說(shuō),目前GNSS泛指所有的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),包括全球的、區(qū)域的和增強(qiáng)的:
- 全球?qū)Ш较到y(tǒng):美國(guó)的GPS、俄羅斯的Glonass、歐洲的Galileo、中國(guó)的北斗(COMPASS)系統(tǒng),即四大系統(tǒng)。
- 區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng):日本的QZSS,印度的IRNSS系統(tǒng)
- 增強(qiáng)系統(tǒng):美國(guó)的WAAS(廣域增強(qiáng)系統(tǒng))、歐洲的EGNOS(歐洲靜地導(dǎo)航重疊系統(tǒng))和日本的MSAS(多功能運(yùn)輸衛(wèi)星增強(qiáng)系統(tǒng))等。星基增強(qiáng)系統(tǒng) (SBAS)提供全局誤差校正以提高 GNSS 應(yīng)用的準(zhǔn)確性。許多國(guó)家管理著自己的 SBAS 系統(tǒng),這些系統(tǒng)通常被認(rèn)為與傳統(tǒng)的 GNSS 星座分開(kāi)。
這些星座使用L波段的無(wú)線電頻率(一般指1100-1600MHz)來(lái)傳輸它們的信號(hào),每個(gè)星座可能會(huì)為這些信號(hào)選擇不同的頻率并使用對(duì)應(yīng)的標(biāo)簽,GNSS定位設(shè)備通常接收至少兩個(gè)頻率。
GNSS的類型
GPS系統(tǒng)(美國(guó))
GPS系統(tǒng),即全稱全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System),是世界上第一個(gè)在太空中建立的星座,目前該系統(tǒng)有34顆在軌衛(wèi)星,支持L1(1575.42 MHz)、L2(1227.60MHz)和L5(1176.45MHz)頻率,正在通過(guò)部署新的GPS III衛(wèi)星對(duì)其進(jìn)行現(xiàn)代化改造。
北斗系統(tǒng)(中國(guó))
北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)BDS,簡(jiǎn)稱北斗,是目前世界范圍內(nèi)最大的GNSS星座。20世紀(jì)后期,中國(guó)開(kāi)始探索適合國(guó)情的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展道路,逐步形成了三步走發(fā)展戰(zhàn)略:2000年年底,建成北斗一號(hào)系統(tǒng),向中國(guó)提供服務(wù);2012年年底,建成北斗二號(hào)系統(tǒng),向亞太地區(qū)提供服務(wù);2020年,建成北斗三號(hào)系統(tǒng),向全球提供服務(wù),目前有51顆衛(wèi)星在軌。
北斗系統(tǒng)具有以下特點(diǎn):
- 北斗系統(tǒng)空間段采用三種軌道衛(wèi)星組成的混合星座,與其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)相比高軌衛(wèi)星更多,抗遮擋能力強(qiáng),尤其低緯度地區(qū)性能優(yōu)勢(shì)更為明顯。
- 北斗系統(tǒng)提供多個(gè)頻點(diǎn)的導(dǎo)航信號(hào),能夠通過(guò)多頻信號(hào)組合使用等方式提高服務(wù)精度。
- 北斗系統(tǒng)創(chuàng)新融合了導(dǎo)航與通信能力,具備定位導(dǎo)航授時(shí)、星基增強(qiáng)、地基增強(qiáng)、精密單點(diǎn)定位、短報(bào)文通信和國(guó)際搜救等多種服務(wù)能力。
- 北斗衛(wèi)星目前發(fā)射多種信號(hào),包括B1I(1561.098 MHz)、B1C(1575.42 MHz)、B2a(1175.42 MHz)、B2I和B2b(1207.14 MHz)和B3I(1268.52 MHz)。
GLONASS系統(tǒng)(俄羅斯)
GLONASS格洛納斯,全稱為 “全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM”,最早開(kāi)發(fā)于蘇聯(lián)時(shí)期,前身為Parus,后由俄羅斯繼續(xù)研發(fā)。自2011年起全面運(yùn)行,目前有27顆衛(wèi)星在軌運(yùn)行,GLONASS衛(wèi)星在GLONASS L1(1598.0625-1605.375 MHz)、L2(1242.9375-1248.625MHz)和L3(1202.025 MHz)頻率上廣播信號(hào)。最新一代衛(wèi)星GLONASS-K于2016年2月投入使用。
Galileo系統(tǒng)(歐盟)
伽利略是一個(gè)較新的星座,于2011年首次發(fā)射,由歐洲全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)局在歐盟以外運(yùn)營(yíng),目前有30顆在軌衛(wèi)星,這些衛(wèi)星沿L波段頻譜傳輸,將其頻率標(biāo)記為 E1(1575.42MHz)、E5(1191.795MHz)、E5a(1176.45MHz)、E5b (1207.14MHz)和E6(1278.75MHz)。除了基于E1和E5頻段信號(hào)的高質(zhì)量開(kāi)放服務(wù)外,Galileo還是第一個(gè)為遇險(xiǎn)用戶提供回傳鏈路的GNSS星座。
QZSS系統(tǒng)(日本)與IRNSS/NaVic系統(tǒng)(印度)
二者都是區(qū)域性的導(dǎo)航系統(tǒng),QZSS全稱為準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)Quasi-Zenith Satellite System,目前共有四顆衛(wèi)星,與GPS L1、L2、L5同頻;IRNSS/NaVic,印度區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(Indian Regional Navigation Satellite System (IRNSS)、NAVIC,在軌數(shù)量8顆,與GPS L5同頻。
GNSS的區(qū)別
最直觀來(lái)講,它們擁有著不同的頻段與編碼方式:

針對(duì)主流的四大星座的對(duì)比:

此外,衛(wèi)星的增強(qiáng)系統(tǒng)(SBAS)提供全局誤差校正,以提高GNSS應(yīng)用的準(zhǔn)確性、完整度、連續(xù)性與可用性。
GNSS測(cè)試
目前GNSS測(cè)試一方面主要是各類接收機(jī)本身的測(cè)試項(xiàng)目會(huì)用到,例如定位時(shí)間測(cè)試、捕獲時(shí)間測(cè)試、接收機(jī)靈敏度測(cè)試、觸發(fā)精度測(cè)試等。這類測(cè)試結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,實(shí)現(xiàn)容易。
此外,伴隨著自動(dòng)駕駛與相關(guān)行業(yè)的發(fā)展,針對(duì)高精度定位的測(cè)試也越發(fā)頻繁,包括V2X、車輛導(dǎo)航、車內(nèi)娛樂(lè)系統(tǒng)測(cè)試等等,這部分測(cè)試大部分都需要在真實(shí)環(huán)境中聯(lián)調(diào)測(cè)試,無(wú)法進(jìn)行單個(gè)模塊的性能測(cè)試,因此HIL(hardware in loop)硬件在環(huán)仿真測(cè)試方法逐漸成為主流,而這也對(duì)測(cè)試的需求、架構(gòu)、精度等提出了更高的要求。
虹科Orolia GNSS模擬器是基于仿真的手段,結(jié)合軟件定義的高級(jí)架構(gòu),在GNSS仿真的基礎(chǔ)上更進(jìn)一步,推出“依托軟件引擎,開(kāi)放硬件平臺(tái),高效開(kāi)放的完成GNSS仿真”的Skydel GNSS仿真引擎方案,并借助該引擎推出適合于HIL測(cè)試的GSG-7與復(fù)雜場(chǎng)景與多實(shí)例測(cè)試的GSG-8。
虹科Orolia GSG-8在基礎(chǔ)款模擬器的基礎(chǔ)上提供的最新定位、導(dǎo)航和計(jì)時(shí)測(cè)試解決方案,在一個(gè)易于使用、可升級(jí)和可擴(kuò)展的平臺(tái)上提供了最高標(biāo)準(zhǔn)的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)信號(hào)測(cè)試和傳感器模擬性能。它具有1000Hz的模擬迭代率、高動(dòng)態(tài)性、實(shí)時(shí)同步,以及對(duì)所有衛(wèi)星信號(hào)的模擬,先進(jìn)的GNSS干擾和欺騙功能允許創(chuàng)建滿足關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用需求所需的任何場(chǎng)景。虹科Orolia GSG-8支持多星座、多頻率和數(shù)百個(gè)信號(hào),非常適合空間軌跡模擬、定制PNT信號(hào)、硬件在環(huán)等應(yīng)用。
主要特點(diǎn):
- 靈活的軟件定義平臺(tái)
- 超高動(dòng)態(tài)
- 高級(jí)干擾和欺騙選項(xiàng)
- 強(qiáng)大的自動(dòng)化
- 航空航天模擬
- 自定義波形
在本期文章中,我們介紹了GNSS技術(shù)的發(fā)展歷程、原理,并對(duì)不同類型的定位技術(shù)進(jìn)行了介紹,在下一期文章中我們將繼續(xù)討論GNSS的優(yōu)點(diǎn)與應(yīng)用及其測(cè)試方法和解決方案。
參考:
① 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)網(wǎng)站
③ Fibocom:一文讀懂GNSS(全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng))
④ HEXAGON:What are Global Navigation Satellite Systems?
-
射頻
+關(guān)注
關(guān)注
106文章
5729瀏覽量
169782 -
通信
+關(guān)注
關(guān)注
18文章
6177瀏覽量
137386 -
無(wú)線通信
+關(guān)注
關(guān)注
58文章
4712瀏覽量
144863 -
定位
+關(guān)注
關(guān)注
5文章
1405瀏覽量
35830 -
GNSS
+關(guān)注
關(guān)注
9文章
844瀏覽量
49063
發(fā)布評(píng)論請(qǐng)先 登錄
巍泰技術(shù) GNSS 與 UWB 無(wú)線定位系統(tǒng)技術(shù)差異與應(yīng)用優(yōu)勢(shì)解析

PNT、GNSS與GPS:衛(wèi)星定位導(dǎo)航技術(shù)的清晰區(qū)分

GNSS信號(hào)不穩(wěn)定?測(cè)繪級(jí)GNSS+INS組合導(dǎo)航,一鍵解決難題
這些關(guān)于IP地址定位術(shù)語(yǔ)你了解嗎?
新一代小巧型全頻段GNSS接收機(jī)的優(yōu)勢(shì)

關(guān)于陶瓷電路板你不知道的事

一文看懂 | GNSS時(shí)間同步技術(shù)的發(fā)展史
關(guān)于工廠人員定位,這幾點(diǎn)你了解嗎?

Skydel基于NI USRP實(shí)現(xiàn)軟件定義GNSS信號(hào)仿真 #GNSS #GPS #NI #GNSS仿真
GNSS監(jiān)測(cè)儀有哪些作用


GNSS測(cè)試行業(yè)理論知識(shí)助您深入了解GNSS技術(shù)的核心知識(shí),掌握最先進(jìn)的測(cè)試方法 #GNSS模擬 #GNSS
FHT4644國(guó)產(chǎn)替代必然性崛起你還不來(lái)了解一下芯片這些事嗎
u-blox AssistNow助力提升GNSS性能

評(píng)論