「科普」全球導航衛星系統GNSS

全球導航衛星系統GNSS（Global Navigation Satellite System）又稱天基PNT（Position、Navigation、Timing，定位、導航、授時）系統，是指利用在太空中的導航衛星對地面、海洋和空間用戶進行導航定位的一種空間導航定位技術。

一、GNSS的特點

1. GNSS技術目前已基本取代了無線電導航和傳統大地測量技術，並推動全新導航定位技術快速發展。
2. 當今GNSS系統已成為世界各國重大的空間和信息化基礎設施。
3. GNSS成為體現現代化大國地位和國家綜合國力的重要標誌。
4. GNSS在國家安全和經濟發展中佔據的重要作用，導致世界主要軍事大國及經濟體競相發展獨立自主的衛星導航系統。

二、GNSS的組成

1. 全球導航系統：美國GPS、俄羅斯GLONASS、歐盟GALILEO和中國COMPASS四大全球導航定位系統。其中美國GPS、中國COMPASS已完備，俄羅斯GLONASS和歐盟GALILEO則處在殘缺的狀態。
2. 區域導航系統：法國的DORIS、德國的PRARE、日本的QZSS、印度的IRNSS、中國的Beidou-1和CAPS等。
3. 星基增強系統：美國的WAAS、歐洲的EGNOS、俄羅斯的SDCM 、日本的MSAS 、印度的GAGAN等。
4. 地基增強系統：全球IGS跟蹤站網、各國國家級和成區域級的地面連續運行參考站CORS綜合服務系統。

三、GNSS的具體實例——美國GPS

1973年12月美國國防部批准陸海空三軍聯合研製新一代軍用衛星導航系統——GPS衛星全球定位系統。1995年4月27日美國國防部宣布「GPS系統已具備全部運作能力」，至此GPS系統耗資200多億美元，通過23年的建設，為空間大地測量及相關領域帶來一場深刻的技術革命，也為人類打開了新的認知空間。現在廣泛使用的地圖導航、RTK圖幅測量，就得益於此項技術。

GPS系統包括21顆工作衛星和3顆活動備用衛星，均勻分布在6個軌道平面內。衛星高度20200km，軌道平面傾角55度，衛星運行周期11小時58分（恆星時）。

GPS定位模式有三種：1、單點定位；2、靜態相對定位；3、GPS網解形式。

GPS觀測值中包含很多誤差，如對流層誤差、電離層誤差、軌道誤差、潮汐誤差、多路徑誤差等，大大影響定位精度。以上三種定位模式中，GPS網解形式能夠有效利用差分形式消除觀測誤差，獲得的點位精度最高，因此需要高精度GPS測量數據時，需要採用網解形式。

GPS的優勢：

1. 全天候、全球性的導航、定位服務；
2. 穿透性強，不受天氣影響（但對地形有一定要求）；
3. 被動測量，監測點間無需通視；
4. 工作方便靈活，操作簡便，經濟效益高；
5. 精度高。

基於上述優勢，GPS系統已經被廣泛的應用於導航、定位、精密時間和國防軍事等領域。

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本文由Beck綜合編寫。