第二章：GNSS基础原理

各位同学，今天我们来聊聊GNSS。说白了，就是那些在天上飞着的导航卫星，到底是怎么帮你定位的。

我刚开始接触定位时，觉得卫星导航特别神秘。后来拆开一看，核心原理其实不复杂。嗯，咱们一步步来。

2.1 全球导航卫星系统简介

GNSS，全称Global Navigation Satellite System。翻译过来就是全球导航卫星系统。目前全球有四大系统在运行：

• GPS：美国搞的，最早，1978年就开始发射卫星了
• 北斗：咱们中国的，2020年正式全球组网完成
• GLONASS：俄罗斯的，冷战时期就开始搞了
• Galileo：欧盟的，2016年开始提供服务

你可能会问：为什么要有这么多系统？

我个人习惯，在自动驾驶项目里至少用双系统。为什么？单系统万一出问题，车还在路上跑着呢。多系统融合，说白了就是多一层保险。

2.2 GPS/北斗/GLONASS/Galileo系统对比

这几个系统各有特点。我整理了一张表，方便你对比：

特性	GPS	北斗	GLONASS	Galileo
所属国家	美国	中国	俄罗斯	欧盟
卫星数量	31颗	30颗	24颗	24颗
轨道高度	20200km	21500km	19100km	23222km
定位精度	3-5米	3-5米	5-10米	1-3米
特色功能	成熟稳定	短报文通信	抗干扰强	搜救服务

我记得有一次在山区做路测，GPS信号被山体遮挡，丢星严重。还好同时用了北斗和GLONASS，才把定位数据补回来。所以我的建议是：能多用几个系统，就别只用一家。

2.3 定位原理：伪距测量

好了，重头戏来了。卫星到底怎么知道你在哪？

核心原理其实就一句话：测量卫星到你接收机的距离。

怎么测？用时间。卫星发一个信号，你收到它。知道信号飞了多久，乘以光速，就是距离。

公式很简单：

距离 = 光速 × 时间差

但这里有个坑。你想想看，卫星上的时钟是原子钟，精度极高。你手里的接收机呢？石英钟，便宜货。时间对不上。

我曾经在调试定位算法时，发现定位结果总是偏几米。查了半天，原来是接收机时钟漂移没处理好。嗯，这个坑我踩过。

要解决这个问题，需要至少4颗卫星。为什么是4颗？

3颗卫星解三个未知数（x, y, z）。但接收机时钟误差是第四个未知数。所以需要4颗卫星，联立四个方程：

ρ₁ = √[(x₁ - x)² + (y₁ - y)² + (z₁ - z)²] + c·Δt
ρ₂ = √[(x₂ - x)² + (y₂ - y)² + (z₂ - z)²] + c·Δt
ρ₃ = √[(x₃ - x)² + (y₃ - y)² + (z₃ - z)²] + c·Δt
ρ₄ = √[(x₄ - x)² + (y₄ - y)² + (z₄ - z)²] + c·Δt

其中ρ是伪距测量值，c是光速，Δt是接收机时钟误差。

伪距测量还有个问题——多路径效应。城市峡谷里，信号在楼宇间反射，测出来的距离就偏大。我在上海陆家嘴测试时，定位误差能到20米。后来加了载波相位平滑，才压到5米以内。

总结一下今天的内容：

• 四大GNSS系统各有千秋，建议多系统融合使用
• 伪距测量是定位基础，核心是测时间算距离
• 接收机时钟误差是主要误差源，需要4颗卫星解算
• 实际应用中要注意多路径效应等干扰

下一章我们聊IMU。惯性导航，那又是另一番天地了。