硬件電路設(shè)計之“GNSS簡介”
時間：2021-09-18 17:55:00
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[導(dǎo)讀]本文主要介紹GNSS。GNSS的全稱是全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GlobalNavigationSatelliteSystem），它是泛指所有的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，包括全球性的、區(qū)域性的和增強(qiáng)系統(tǒng)等，全球性的包括美國的GPS、中國的北斗（BDS、COMPASS）、俄羅斯的GLONASS以及歐盟...
本文主要介紹GNSS。
GPS信號分為民用的標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)（SPS，StandardPositioning Service）和軍用的精確定位服務(wù)（PPS，PrecisePositioning Service）兩類。伽利略系統(tǒng)提供以下四種導(dǎo)航服務(wù)：
GLONASS（俄羅斯的全球定位系統(tǒng)）、GPS（美國）、 COMPASS（即北斗，中國）的一部分和Galileo（歐洲）的衛(wèi)星都運(yùn)行在地球中軌道(MEO)，高度分別為19100km、20200km、21500km、23222km。別家需要全球覆蓋的衛(wèi)星數(shù)目分別為24、24和27。北斗衛(wèi)星分布在MEO，GEO，IGSO三種軌道上。
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美國全球定位系統(tǒng)(GPS)：勝在成熟
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布局：28顆衛(wèi)星(其中4顆備用，實際現(xiàn)在是31顆)早已升空，分布在6條交點互隔60度的軌道面上，距離地面約20200千米。已經(jīng)實現(xiàn)單機(jī)導(dǎo)航精度約為10米，綜合定位的精度可達(dá)厘米級和毫米級。但民用領(lǐng)域開放的精度約為10米。
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特性：軍民兩用。由于GPS定位技術(shù)涉及軍事用途，美國限制非特許用戶利用GPS定位精度。GPS系統(tǒng)除在設(shè)計方面采取了許多保密性措施外，還對不同的用戶提供不同的服務(wù)方式。
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進(jìn)展：1978年首顆GPS衛(wèi)星升空至今，GPS共發(fā)展了三代，第一代為試驗衛(wèi)星；第二代為工作衛(wèi)星和現(xiàn)代化改進(jìn)衛(wèi)星；第三代即為正在發(fā)展的GPS Ⅲ系列衛(wèi)星。GPS是軍民兩用衛(wèi)星，能在任何時間對地球任何位置進(jìn)行精確定位。其中，GPS BlockⅡR 于1997年開始取代舊的BlockⅡ、ⅡA定位衛(wèi)星，第一顆BLOCKⅡR-M兩頻道軍用星于2004年發(fā)射，下一代第三頻道BLOCKⅡF星于2006年發(fā)射（設(shè)計壽命延長，有更快的處理器和新的民用信號）。至2015年10月31日，美國空軍完成了BLOCKⅡF星12顆發(fā)射任務(wù)中的第11顆衛(wèi)星發(fā)射任務(wù)，該系列的最后一顆衛(wèi)星將在2016年上半年完成。2008年5月，美國著名的航空航天制造商洛克希德·馬丁公司獲得GPS ⅢA衛(wèi)星合同，就此正式開啟了第三代GPS之路。GPSⅢ衛(wèi)星包括GPSⅢA、GPSⅢB和GPSⅢC等三個型號；其定位精度將由現(xiàn)有的6米（20英尺）提升至0.63米；抗干擾能力提高近8倍；徹底實現(xiàn)民用頻段和軍用頻段的分離等。
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俄羅斯“格洛納斯”系統(tǒng)(GLONASS)：抗干擾能力強(qiáng)
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布局：已有28顆衛(wèi)星(其中4顆備用)，目前達(dá)到1~2米左右。與第一批GLONASS-M衛(wèi)星相比，最新GLONASS-M衛(wèi)星的星載AFS具有更好的性能。但民用領(lǐng)域開放的精度約為10米。
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特性：精度比GPS低，軍民兩用，采用兩種頻率信號。工作不穩(wěn)定，衛(wèi)星工作壽命短。
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進(jìn)展：蘇聯(lián)國防部于20世紀(jì)80年代初開始建設(shè)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。于1995年投入使用，現(xiàn)在由俄羅斯聯(lián)邦航天局管理。衛(wèi)星的設(shè)計經(jīng)歷了無數(shù)次改進(jìn)，格洛納斯K自2011年起服務(wù)范圍拓展到全球。格洛納斯是繼GPS之后第二個軍民兩用的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。俄聯(lián)邦宣稱格洛納斯系統(tǒng)軍民兩用，不帶任何限制、不引入SA機(jī)制，也不計劃對用戶收費。
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歐洲“伽利略”系統(tǒng)(GALILEO)：純民用領(lǐng)域
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布局：計劃30顆衛(wèi)星(其中3顆備用)，衛(wèi)星軌道位置比GPS略高，離地面高度23222千米。定位誤差不超過1米。目前，只有26顆投入應(yīng)用，還有4顆在軌驗證(IOV)衛(wèi)星正在生產(chǎn)之中，將于近期發(fā)射入軌。伽利略提供的公開服務(wù)定位精度通常為15~20米和5~10米兩種檔次。公開特許服務(wù)有局域增強(qiáng)時能達(dá)到1米，商用服務(wù)有局域增強(qiáng)時為10厘米。
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特性：專為民用服務(wù)?？蔀榈孛嬗脩籼峁?種類型的信號供選擇，其中包括免費信號、加密且需交費才能使用的信號、加密且可以符合更高要求的信號。
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進(jìn)展：歐空局與歐盟在1999年合作啟動，2005年首顆試驗衛(wèi)星成功發(fā)射，2008年開通定位服務(wù)。
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中國“北斗”系統(tǒng)(COMPASS)：互動性和開放性
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布局：由5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星組成，定位精度10米。目前10顆衛(wèi)星開始應(yīng)用，定位精度只達(dá)到25米。將在2020年發(fā)射完成全部35顆“北斗”衛(wèi)星，為全球提供導(dǎo)航服務(wù)。目前已成功發(fā)射17顆“北斗”導(dǎo)航衛(wèi)星。
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特性：民用為主，軍事能力有限。能在任何時間、任何地點為用戶確定其所在的地理經(jīng)緯度和海拔高度。在定位性能上有所創(chuàng)新，不僅能使用戶知道自己所在位置，還可以告訴別人自己的位置，特別適用于需要導(dǎo)航與移動數(shù)據(jù)通信場所。此外，中國還致力于提高北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與其他全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的兼容性，促進(jìn)衛(wèi)星定位、導(dǎo)航、授時服務(wù)功能的應(yīng)用。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)向全世界提供的服務(wù)均為免費。
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進(jìn)展：第一步是試驗階段，用少量衛(wèi)星利用地球同步靜止軌道來完成試驗任務(wù)；第二步是到2012年，計劃發(fā)射10多顆衛(wèi)星，建成覆蓋亞太區(qū)域的“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)；第三步是到2020年，建成由5顆靜止軌道和30顆非靜止軌道衛(wèi)星組網(wǎng)而成的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，形成全球覆蓋能力。
GPS信號分為民用的標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)（SPS，StandardPositioning Service）和軍用的精確定位服務(wù)（PPS，PrecisePositioning Service）兩類。伽利略系統(tǒng)提供以下四種導(dǎo)航服務(wù)：
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開放服務(wù)(Open Service)：開放服務(wù)提供任何人自由使用，開放服務(wù)的信號將會廣播1164-1214MHz及1563-1591MHz兩個頻帶上。同時接收兩個頻帶的信號水平誤差<4公尺，垂直誤差<8公尺，如果只接收單一頻帶仍然有<15公尺的水平誤差及<35公尺的垂直誤差。與GPS的C/A碼相當(dāng)。
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商業(yè)服務(wù)(Commercial Service)
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公共規(guī)范服務(wù)(Public Regulated Service)
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生命安全服務(wù)(Safety of Life Service)
GLONASS（俄羅斯的全球定位系統(tǒng)）、GPS（美國）、 COMPASS（即北斗，中國）的一部分和Galileo（歐洲）的衛(wèi)星都運(yùn)行在地球中軌道(MEO)，高度分別為19100km、20200km、21500km、23222km。別家需要全球覆蓋的衛(wèi)星數(shù)目分別為24、24和27。北斗衛(wèi)星分布在MEO，GEO，IGSO三種軌道上。
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歐空局接收衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(EGNOS)，覆蓋歐洲大陸；
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美國的DGPS(Differential GPS)，美國雷聲公司的廣域增強(qiáng)系統(tǒng)(WAAS)，覆蓋美洲大陸；
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日本的多功能衛(wèi)星增強(qiáng)系統(tǒng)（MSAS），覆蓋亞洲大陸；
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印度的GPS輔助型靜地軌道增強(qiáng)導(dǎo)航（GAGAN）。
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