1、GPS与北斗系统概述：全球导航卫星系统(GNSS)简介、GPS系统原理与组成、北斗系统发展历程与特点、双模定位的优势
各位同学，大家好。我是你们这门课的老朋友。今天咱们正式开篇，聊聊定位系统的“祖宗”和“新贵”——GPS和北斗。
说实话，干我们这行的，天天跟卫星打交道。但很多人其实没搞明白，头顶上那些星星到底是怎么把你手机上的位置算出来的。我刚开始做车载定位那会儿，也踩过不少坑。嗯，今天咱们就把这事儿掰扯清楚。
1.1 全球导航卫星系统(GNSS)简介
先说说GNSS。这名字听着高大上，其实就是“全球导航卫星系统”的英文缩写。说白了，就是一群卫星在天上飞，地面上的接收机通过接收它们的信号，算出自己在地球上的位置。
目前全球有四大GNSS系统：
- 美国的GPS：老大哥，最早建成，覆盖最广。
- 中国的北斗：后起之秀，发展最快，特色鲜明。
- 俄罗斯的GLONASS：抗干扰能力强，在高纬度地区表现好。
- 欧盟的Galileo：精度高，但建设进度慢了点。
你可能会问：“这么多系统，我该用哪个？”我的建议是：小孩子才做选择，成年人全都要。这就是咱们后面要讲的双模、多模定位。
核心概念：GNSS定位的基本原理是“三球交汇”。接收机测量到三颗以上卫星的距离，就能解算出自己的三维坐标（经度、纬度、高度）。
1.2 GPS系统原理与组成
GPS，全称Global Positioning System，是美国国防部搞出来的。我记得1994年正式建成，那时候我还在上学，觉得这东西简直是黑科技。
GPS系统由三部分组成：
- 空间段：24颗卫星（实际更多），分布在6个轨道面上。每颗卫星都带着原子钟，精度极高。
- 地面段：主控站、监测站、注入站。负责监控卫星状态，上传导航电文。
- 用户段：就是我们手里的接收机。手机、车载导航、无人机都算。
GPS的定位原理，我简单说一下：
- 卫星发射信号，包含卫星的位置信息和时间戳。
- 接收机收到信号，计算信号传播时间。
- 时间乘以光速，得到卫星到接收机的距离。
- 用三颗卫星的距离数据，解方程组算出位置。
避坑指南：我曾经在项目里遇到过，GPS信号在隧道里完全失效。后来我加上了惯性导航（IMU）做辅助，才解决了这个问题。记住：GPS不是万能的，它怕遮挡、怕多径效应。
1.3 北斗系统发展历程与特点
北斗，咱们中国的骄傲。它的发展经历了三个阶段：
- 北斗一号：试验系统，只有几颗卫星，覆盖中国及周边。
- 北斗二号：区域系统，覆盖亚太地区。2012年建成。
- 北斗三号：全球系统，2020年正式开通。30颗卫星，覆盖全球。
北斗有什么特点？我总结了三点：
- 短报文通信：这是GPS没有的功能。北斗不仅能定位，还能发短信。在没手机信号的地方，这功能能救命。
- 三频信号：北斗用三个频率，比GPS的双频更抗干扰，精度更高。
- 混合星座：北斗有地球静止轨道（GEO）、倾斜地球同步轨道（IGSO）、中圆地球轨道（MEO）三种卫星。覆盖效果更好。
注意：北斗的短报文功能，在车载定位里很有用。比如跑长途的货车，进入无人区没信号，北斗短报文能把位置信息传回后台。但要注意，短报文有容量限制，不能当微信用。
1.4 双模定位的优势
双模定位，就是同时用GPS和北斗。你可能会问：“一个系统不够用吗？”
我告诉你，不够。原因很简单：
- 卫星更多：GPS+北斗，可见卫星数量翻倍。在城市峡谷、高楼林立的场景下，搜星更快，定位更稳。
- 精度更高：卫星多了，几何分布更好。DOP值（精度因子）更低，定位误差更小。
- 可靠性更强：一个系统出问题，另一个还能顶上。我在测试中遇到过GPS信号被干扰的情况，北斗立刻补上，定位没断。
- 抗干扰能力：双频段工作，不容易被单一频段的干扰源影响。
咱们用数据说话：
| 场景 | 单GPS定位精度 | GPS+北斗双模精度 |
|---|---|---|
| 开阔地带 | 2-3米 | 1.5-2米 |
| 城市峡谷 | 5-10米 | 3-5米 |
| 高架桥下 | 10-20米（可能失锁） | 5-8米（稳定定位） |
我的经验：在车载定位项目里，我强烈建议用双模甚至多模方案。成本增加不多，但用户体验提升巨大。尤其是做网约车、物流车这类对定位连续性要求高的场景，双模是标配。
好了，这一章的内容就到这里。咱们把GNSS的底子打好了，后面讲硬件设计、算法实现，你才能听得明白。下一章，咱们聊聊接收机的硬件架构，看看那些芯片、天线到底是怎么工作的。