第1章：GNSS基础回顾 — 四大系统与定位原理
各位同学好，我是你们这门课的老张。在正式开始讲城市峡谷的增强技术之前，我觉得有必要先把GNSS的基础拉一遍。你可能会说：“这些我都知道啊。” 嗯，我理解，但咱们做工程的人有个习惯——基础不牢，地动山摇。尤其是后面要讲的多径抑制、非视距检测，全都建立在这些基础概念上。所以，耐着性子跟我过一遍，我保证有些细节你平时没注意。
1.1 四大全球导航卫星系统简介
目前全球有四个在轨运行的GNSS系统：美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、中国的北斗（BDS）、欧盟的Galileo。我入行那会儿，GPS一家独大，现在嘛，你打开手机看看，搜到的卫星一大半是北斗的。
| 系统 | 运营方 | 卫星数量（约） | 轨道高度 | 特点 |
|---|---|---|---|---|
| GPS | 美国 | 31颗 | 20200 km | 最成熟，民用L1 C/A码 |
| 北斗（BDS） | 中国 | 44颗（含试验星） | 21500 km + GEO/IGSO | 有地球静止轨道卫星，亚太地区优势明显 |
| GLONASS | 俄罗斯 | 24颗 | 19100 km | 频分多址，抗干扰能力强 |
| Galileo | 欧盟 | 26颗（在轨可用） | 23222 km | 民用信号精度高，有搜救功能 |
我个人习惯，在城市峡谷里做测试时，优先用北斗+GPS双系统组合。为什么？北斗有GEO卫星，在楼宇遮挡严重的南北向街道上，GEO卫星能提供相对稳定的仰角覆盖。这个经验我在深圳华强北实测过，效果确实比单GPS好。
1.2 卫星导航定位原理 — 三边测量法
定位原理其实不复杂。说白了，就是“已知三颗卫星的位置，以及你到这三颗卫星的距离，就能解出你的位置”。
但这里有个坑——你想想看，接收机时钟和卫星时钟不同步啊。所以实际上需要四颗卫星，解四个未知数：三维坐标（x, y, z）加上接收机钟差Δt。
核心方程：
伪距观测方程：ρ = r + c·Δt + ε
其中ρ是伪距测量值，r是真实几何距离，c是光速，Δt是钟差，ε是各种误差项。
我曾经在项目里犯过一个低级错误：只用了三颗卫星做定位，结果解出来的位置飘了200多米。后来排查发现，是忘了加钟差参数。嗯，这里要注意，四颗卫星是底线，不是推荐值。
1.3 伪距观测值 — 最基础的测量量
伪距，顾名思义，不是真正的距离。它是通过信号传播时间乘以光速算出来的。为什么叫“伪”？因为传播时间里包含了卫星钟差、接收机钟差、大气延迟等各种误差。
伪距的精度一般在米级。我做过统计，在开阔环境下，GPS L1 C/A码的伪距噪声大约在0.5~1米。但到了城市峡谷，多径效应会让伪距误差飙到10米甚至更大。
避坑指南：
我曾经在上海市中心做测试，伪距残差突然跳到30米。一开始以为是卫星故障，后来发现是旁边一栋玻璃幕墙大楼反射的信号。所以，做城市导航时，伪距的“干净程度”比“数量”更重要。
1.4 载波相位观测值 — 高精度的秘密武器
载波相位测量的是接收机产生的复制载波与卫星发射的载波之间的相位差。精度可以达到毫米级。但有个大问题——整周模糊度。
说白了，你只能测到不足一个波长的小数部分，整数部分N是未知的。这个N就是整周模糊度。
载波相位观测方程：
φ = λ⁻¹·r + N + f·Δt + ε
其中φ是相位观测值（周），λ是波长，N是整周模糊度，f是载波频率。
我建议初学者先别急着解模糊度。在城市峡谷里，载波相位经常发生周跳，你解出来的模糊度可能几分钟后就变了。我的做法是：先用伪距做粗定位，再用载波相位做平滑，最后才尝试固定模糊度。
1.5 伪距与载波相位的对比
| 特性 | 伪距 | 载波相位 |
|---|---|---|
| 精度 | 米级（0.5~10 m） | 毫米级（1~5 mm） |
| 模糊度 | 无 | 有整周模糊度N |
| 周跳 | 无 | 容易发生 |
| 抗多径能力 | 弱 | 相对较强 |
| 适用场景 | 普通导航、粗定位 | 高精度定位、变形监测 |
你想想看，为什么城市峡谷里伪距容易出问题？因为多径信号比直达信号路径长，导致伪距测量值偏大。而载波相位虽然也会受多径影响，但影响幅度小得多。所以，做城市峡谷增强时，我倾向于用载波相位辅助伪距。
1.6 本章知识体系图
下面这张图是我自己画的，把本章的核心逻辑串起来了。你看一遍，应该能对GNSS基础有个整体印象。
重要提醒：
本章内容虽然基础，但后面的城市峡谷增强技术全部建立在这些概念之上。尤其是伪距的多径误差和载波相位的周跳检测，我会在后续章节反复提到。如果你现在觉得模糊，建议回头再看一遍。
好了，这一章就到这里。记住：GNSS定位的本质是测距，而城市峡谷的本质是让测距变得不准。后面我们会一步步解决这个问题。
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