GNSS 技术问答:原理、应用与常见问题(1)
发布日期:
2026-03-11
先设置数据

Q1.GNSS全球卫星导航系统

A:GNSS全球卫星导航系统是能在全球范围内提供导航服务的卫星导航系统的统称。

GNSS能在地球表面或近地空间的任何地点为用户提供全天候的3维位置坐标、速度以及时间信息,是一种主要应用于室外的导航技术。卫星不间断地发送自身的星历参数和时间信息,GNSS接收机收到这些信息后,通过对四颗及以上卫星的伪距、多普勒、载波相位测量,经过计算即可求解出接收机的三维位置,速度和时间信息。全球四大卫星导航系统包括美国的全球定位系统(global positioning system,GPS)、俄罗斯的格洛纳斯卫星导航系统(global navigation satellite system,GLONASS)、欧盟的伽利略卫星导航系统(Galileo navigation satellite system,Galileo)和中国的北斗卫星导航系统(BeiDou navigation satellite system,BDS)。

全球卫星导航系统通常由以下三个部分组成:空间部分(卫星)、地面监控部分和用户部分。卫星可连续向用户播发用于进行导航定位的测距信号和导航电文,并接收来自地面监控系统的各种信息和命令以维持系统的正常运转。地面监控系统的主要功能是:跟踪卫星,对其进行距离测量,确定卫星的运行轨道及卫星钟改正数,进行预报后,再按规定格式编制成导航电文,并通过注入站送往卫星。地面监控系统还能通过注入站向卫星发布各种指令,调整卫星的轨道及时钟读数,修复故障或启用备用件等。用户则用GNSS接收机来测定从接收机至卫星的距离,并根据卫星星历所给出的观测瞬间卫星在空间的位置等信息求出自己的三维位置、三维运动速度和钟差等参数。

Q2.北斗卫星导航系统

A:概述:北斗卫星导航系统(以下简称北斗系统)是中国着眼于国家安全和经济社会发展需要,自主建设运行的全球卫星导航系统,是为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务的国家重要时空基础设施。北斗系统提供服务以来,已在交通运输、农林渔业、水文监测、气象测报、通信授时、电力调度、救灾减灾、公共安全等领域得到广泛应用,服务国家重要基础设施,产生了显著的经济效益和社会效益。基于北斗系统的导航服务已被电子商务、移动智能终端制造、位置服务等厂商采用,广泛进入中国大众消费、共享经济和民生领域,应用的新模式、新业态、新经济不断涌现,深刻改变着人们的生产生活方式。中国将持续推进北斗应用与产业化发展,服务国家现代化建设和百姓日常生活,为全球科技、经济和社会发展做出贡献。

发展历程:20世纪后期,中国开始探索适合国情的卫星导航系统发展道路,逐步形成了三步走发展战略:2000年年底,建成北斗一号系统,向中国提供服务;2012年年底,建成北斗二号系统,向亚太地区提供服务;2020年,建成北斗三号系统,向全球提供服务。

基本组成:

北斗系统由空间段、地面段和用户段三部分组成。

空间段——北斗系统空间段由若干地球静止轨道卫星、倾斜地球同步轨道卫星和中圆地球轨道卫星等组成。

地面段——北斗系统地面段包括主控站、时间同步/注入站和监测站等若干地面站,以及星间链路运行管理设施。

用户段——北斗系统用户段包括北斗兼容其他卫星导航系统的芯片、模块、天线等基础产品,以及终端产品、应用系统与应用服务等。

和芯星通自主研发的导航定位芯片/模块/板卡等产品及提供的服务,属于北斗系统用户段产品。

Q3.卫星导航定位中PDOP值代表什么?

A:位置几何精度因子(PDOP)是表征卫星与用户相对位置关系几何强度的参数,用户的定位精度可以简单表示为PDOP*UERE(User Equivalent Range Error),在用户测距误差一定的情况下,PDOP越大定位精度越差,PDOP越小定位精度越高。

Q4.有源天线与无源天线的区别

A:无源天线:不带任何有源器件的天线。

   有源天线:是在无源天线后加信号放大器,提高信号强度。

   无源天线无需馈电;有源天线必需馈电。

Q5.PPP是什么

A:精密单点定位(Precise point positioning)。利用预报的GPS卫星的精密星历或事后的精密星历作为已知坐标起算数据;基本原理首先是单点定位,这与通用的GPS单点定位一样,区别是精密与否。为了达到精密的效果,PPP有以下特点:

a) PPP提供绝对定位,而不是像RTK那样提供相对于参考站的位置。

b) PPP没有使用差分技术,而是构造无电离层伪距组合观测值和无电离层载波组合观测值,使用双频或多频接收机来消除电离层的一阶效应。

c) PPP使用精密星历和精密卫星时钟数据。PPP也受到卫星是否能见的影响。如果用户不能跟踪所需的卫星,再精确的轨道和时钟数据也无法使用。当一种系统的卫星不可见时,使用其他GNSS系统的卫星,可确保尽可能好的服务。

d) 观测时间越长,精度越高。

Q6.组合导航integrated navigation

A:两种或多种导航装置以一定的方式相结合,提供优于任何单一导航装置的导航性能的技术。

各种导航系统单独使用时很难满足导航性能要求,提高导航系统整体性能的有效途径是采用组合导航技术,即用两种或两种以上的非相似导航系统对同一导航信息作测量并解算以形成量测量,从这些量测量中计算出各导航系统的误差并校正之。

卫星导航系统导航精度高,且不随时间发散,但卫星导航系统频带窄,当运载体作较高机动运动时,接收机的码环和载波环极易失锁而丢失信号,从而完全丧失导航能力;且完全依赖于卫星发射的导航信息,易因城市峡谷、隧道等复杂环境下信号阻塞、多径效应、人为干扰和电子欺骗而出现中断或精度恶化。为提供更精确的实时定位信息,卫星导航系统需要与其他具有互补特性的系统集成,以满足拒止环境情况下的导航定位。

惯性导航系统的优点:

不需要任何外来信息也不向外辐射任何信息,可在任何介质和任何环境条件下实现导航,且能输出载体的位置、速度、姿态等多种导航参数,系统的频带宽,能跟踪运载体的任何机动运动,导航输出数据平稳,短期稳定性好。但惯导系统导航精度随时间而发散,即长期稳定性差。

因此,将卫星导航技术与惯性导航技术以及里程计、视觉等多种传感器组合应用,可以大大提升导航系统的可用性、可靠性、精确性和动态性,实时提供高精度的载体位置、姿态、速度和传感器等信息,可以良好的满足城市峡谷等复杂环境下长时间、高精度、高可靠性导航应用需求。

UM220-INS 系列产品是和芯星通针对车载及高端导航应用推出的小型化 GNSS+MEMS双系统组合导航模块。UM220-INS采用和芯星通完全自主知识产权的低功耗 GNSS SoC 芯片 , 内置 6 轴 MEMS 器件,直接输出 GNSS 与 MEMS 组合定位结果,尤其适合对定位精准度,可靠性和连续性要求严格的应用需求。

Q7.INS 惯性导航(inertial navigation system)

A:利用载体上的惯性敏感元件或设备,通过测量载体的运动加速度、角速度,推算载体的位置、速度和姿态角等参数进行导航的技术。

组成惯性导航系统的设备都安装在运载体内,工作时不依赖外界信息,也不向外界辐射能量,不易受到干扰,是一种自主式导航系统。惯性导航系统通常由惯性测量装置、计算机、控制显示器等组成。惯性测量装置包括加速度计和陀螺仪,又称惯性测量单元(IMU)。3个自由度陀螺仪用来测量运载体的3个转动运动;3个加速度计用来测量运载体的3个平移运动的加速度。计算机根据测得的加速度信号计算出运载体的速度和位置数据。控制显示器显示各种导航参数。按照惯性测量单元在运载体上的安装方式,分为平台式惯性导航系统(惯性测量单元安装在惯性平台的台体上)和捷联式惯性导航系统(惯性测量单元直接安装在运载体上);后者省去平台,仪表工作条件不佳(影响精度),计算工作量大。

class="para"惯性导航系统属于一种推算导航方式.即从一已知点的位置根据连续测得的运载体航向角和速度推算出其下一点的位置.因而可连续测出运动体的当前位置。惯性导航系统中的陀螺仪用来形成一个导航坐标系使加速度计的测量轴稳定在该坐标系中并给出航向和姿态角;加速度计用来测量运动体的加速度经过对时间的一次积分得到速度,速度再经过对时间的一次积分即可得到距离。

惯性导航系统有如下主要优点:

1)由于它是不依赖于任何外部信息,也不向外部辐射能量的自主式系统,故隐蔽性好且不受外界电磁干扰的影响;

2)可全天侯全球、全时间地工作于空中地球表面乃至水下;

3)能提供位置、速度、航向和姿态角数据,所产生的导航信息连续性好而且噪声低;

4)数据更新率高、短期精度和稳定性好。

其缺点是:

1)由于导航信息经过积分而产生,定位误差随时间而增大,长期精度差;

2)每次使用之前需要较长的初始对准时间;

3)设备的价格较昂贵;

4)不能给出时间信息。

惯导系统目前已经发展出挠性惯导、光纤惯导、激光惯导、微固态惯性仪表等多种方式。陀螺仪由传统的绕线陀螺发展到静电陀螺、激光陀螺、光纤陀螺、微机械陀螺等。激光陀螺测量动态范围宽,线性度好,性能稳定,具有良好的温度稳定性和重复性,在高精度的应用领域中一直占据着主导位置。由于科技进步,成本较低的光纤陀螺(FOG)和微机械陀螺(MEMS)精度越来越高,是未来陀螺技术发展的方向。

Q8.星基增强系统SBAS(Satellite-Based Augmentation System)

A:星基增强系统是利用卫星播发卫星轨道、钟差改正数、电离层格网,完好性信息及其他信息,以大范围提高卫星导航用户精度及其他性能的增强系统。

Q9.地基增强系统GBAS(Ground-Based Augmentation System)

A:地基增强系统利用地面发射台播发差分修正、完好性信息及其它信息,以提高一定范围内卫星导航用户精度及其它性能的增强系统。

Q10.DGNSS增强服务(Differential GNSS Augmentation System)

A:差分全球卫星导航系统,采用伪距差分技术,提高GNSS用户定位精度的增强系统。