GNSS基础：四大系统与卫星导航基本原理
做RTK定位，GNSS是躲不开的基础。说白了，GNSS就是全球导航卫星系统的统称。目前主流的四大系统——GPS、GLONASS、北斗、Galileo，各有各的脾气。我最早接触的是GPS，后来做多模接收机时，才真正体会到“系统多了好办事”的道理。
1. GPS：老大哥，但依然能打
GPS是美国搞的，1978年就开始发卫星了。我入行那会儿，GPS几乎是唯一的选择。它的轨道高度约20200公里，有31颗卫星在轨工作。民用信号主要是L1频段（1575.42MHz），C/A码大家都很熟悉。
关键点：
- 卫星数量：31颗（截至2024年）
- 轨道倾角：55度
- 民用信号：L1 C/A、L2C、L5
- 定位精度：单点约5-10米
2. GLONASS：俄罗斯的倔强
GLONASS和GPS最大的区别在于——它用频分多址（FDMA）。什么意思？每颗卫星发射不同频率的信号。GPS是码分多址（CDMA），所有卫星用同一个频率。GLONASS的轨道高度约19100公里，倾角64.8度，这个高倾角在高纬度地区覆盖更好。
关键点：
- 卫星数量：24颗（满星座）
- 轨道倾角：64.8度
- 民用信号：L1OF、L2OF
- 定位精度：单点约5-10米
3. 北斗：后起之秀，特色鲜明
北斗是中国自己的系统。它有个独特设计——地球静止轨道（GEO）和倾斜地球同步轨道（IGSO）卫星。这意味着在亚太地区，北斗的可见卫星数量特别多。我去年在深圳做测试，北斗卫星经常能收到15颗以上。
关键点：
- 卫星数量：59颗（含BDS-2和BDS-3）
- 轨道类型：GEO、IGSO、MEO
- 民用信号：B1I、B1C、B2a、B3I
- 定位精度：单点约5-10米
4. Galileo：欧洲的精度追求
Galileo是欧盟搞的，2016年才开始提供初始服务。它的信号设计很先进，E1频段（1575.42MHz）和GPS L1共用频率，但调制方式不同。Galileo的免费开放信号精度比GPS民用信号高一些，单点定位能到3-4米。
关键点：
- 卫星数量：28颗（含在轨验证）
- 轨道高度：23222公里
- 民用信号：E1、E5a、E5b
- 定位精度：单点约3-4米
5. 卫星导航基本原理：三边测量法
卫星定位的原理其实不复杂。你想想看，如果知道一颗卫星的位置，又知道它到你的距离，那你就在以卫星为球心的球面上。再知道第二颗卫星的距离，两个球面相交成一个圆。第三颗卫星，圆上两个交点。第四颗卫星，确定唯一解。
核心公式：
ρ = c × (t_r - t_s)
其中：
ρ = 伪距测量值
c = 光速（299792458 m/s）
t_r = 接收机接收时刻
t_s = 卫星发射时刻但实际没那么简单。接收机时钟和卫星时钟不同步，所以叫“伪距”。需要至少4颗卫星才能解出三维位置和时间。
6. 定位误差来源
做RTK之前，得先明白误差从哪来。我总结了几大类：
| 误差类型 | 典型大小 | RTK能否消除 |
|---|---|---|
| 电离层延迟 | 2-10米 | 能（双频或差分） |
| 对流层延迟 | 0.5-2米 | 部分能 |
| 卫星轨道误差 | 1-5米 | 能（差分） |
| 卫星钟差 | 1-3米 | 能（差分） |
| 多径效应 | 0.5-10米 | 不能（需天线/算法） |
| 接收机噪声 | 0.1-0.5米 | 不能 |
7. 多系统融合：1+1>2
现在做RTK，基本没人只用单系统了。GPS+北斗+GLONASS+Galileo一起用，好处很明显：
- 可见卫星更多：城市峡谷里也能保持定位
- 几何构型更好：PDOP值更低，精度更高
- 冗余度更高：个别卫星出问题不影响整体
- 收敛更快：RTK初始化时间缩短
我做过对比测试，单GPS在树荫下要30秒才能固定，加上北斗后，10秒就搞定了。嗯，这就是多系统的价值。
8. 小结
四大系统各有千秋。GPS成熟稳定，GLONASS高纬度覆盖好，北斗亚太地区优势明显，Galileo信号质量高。做RTK系统时，我建议至少支持GPS+北斗，有条件再加Galileo。GLONASS看项目需求，不是必须的。
下一章，我们会深入RTK的核心——载波相位差分原理。到时候你会明白，为什么RTK能到厘米级，而普通GPS只能到米级。