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GNSS的概念

GNSS系統(tǒng)：GNSS是Global Navigation Satellite System的縮寫。很長時間以來，它有兩個譯名：衛(wèi)星導航系統(tǒng)和導航衛(wèi)星系統(tǒng)。

GNSS的發(fā)展

早在20世紀90年代中期開始，歐盟為了打破美國在衛(wèi)星定位、導航、授時市場中的壟斷地位，獲取巨大的市場利益，增加歐洲人的就業(yè)機會，一直在致力于一個雄心勃勃的民用導航衛(wèi)星系統(tǒng)計劃，稱之為Global Navigation Satellite System。

該計劃分兩步實施：

步是建立一個綜合利用美國的GPS系統(tǒng)和俄羅斯的GLONASS系統(tǒng)的代導航衛(wèi)星系統(tǒng)(當時稱為GNSS-1，即后來建成的EGNOS)；

第二步是建立一個獨立于美國的GPS系統(tǒng)和俄羅斯的GLONASS系統(tǒng)之外的第二代導航衛(wèi)星系統(tǒng)，即正在建設(shè)中的Galileo衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)。

由此可見，GNSS從一問世起，就不是一個單一星座系統(tǒng)，而是一個包括GPS、GLONASS等在內(nèi)的綜合星座系統(tǒng)。

近年來，GPS接收機制造廠商紛紛推出高性能GNSS接收機。如PENTAX的Smart 78/88、Smart 8800，后者更是可以升級到72通道，成為真正意義上的GNSS接收機。

綜上所述，GNSS的中文譯名應為導航衛(wèi)星系統(tǒng)。

《GNSS應用與方法》介紹

《GNSS應用與方法》系統(tǒng)介紹GNSS（導航衛(wèi)星系統(tǒng)）的應用及其方法。

《GNSS應用與方法》書共17章：第1～5章講述GNSS導航的基礎(chǔ)知識，如GNSS信號捕獲和跟蹤，GNSS位置、速度和時間（PVT）估計，差分GPS技術(shù)和算法等，其中包括位置和速度應用的GNSS測量模擬器演示以及一個完整的GPS軟件接收機實現(xiàn)；第6～16章深入闡述GNSS與其他導航系統(tǒng)（如慣性導航器、LADAR、各種射頻測量、羅蘭系統(tǒng)等）的組合，以及GNSS在航空航天、室內(nèi)和弱信號導航、掩星、大地測量、環(huán)境遙感等領(lǐng)域的應用；第17章是針對GPS開發(fā)的新導航信號和未來系統(tǒng)的概述。

《GNSS應用與方法》由本領(lǐng)域的專家學者撰寫，內(nèi)容豐富，體系完整，各章均包含實際應用案例，并在隨書附帶的DVD光盤中提供了相應的程序代碼，便于讀者親自動手操作和練習。

GNSS系統(tǒng)及其技術(shù)的發(fā)展研究

2007 年4 月14 日我國發(fā)射顆Compass(北斗) 導航衛(wèi)星，標志著中國正式進入導航衛(wèi)星系統(tǒng)( GNSS) 俱樂部，成為笫四個成員國，也可能是個成員，至少在2020 年前只有GPS(美國) 、GLONASS (俄羅斯) 、Galileo ( 歐洲) 和Compass (中國) 四大系統(tǒng)能形成規(guī)模的系統(tǒng)，其它系統(tǒng)僅僅作為區(qū)域系統(tǒng)和廣域增強系統(tǒng)加入。

1) GNSS 的定義和系統(tǒng)構(gòu)成

GNSS 是導航衛(wèi)星系統(tǒng)的英文縮寫，也是所有衛(wèi)星導航系統(tǒng)的統(tǒng)稱，包括系統(tǒng)( GPS/GLONASS/ Galileo/ Compass) 、區(qū)域系統(tǒng)(QZSS/IRNSS) 和廣域增強系統(tǒng)(WAAS/ EGNOS/ SD2CM/ MSAS/ GA GAN/ NiSatCom-1) 。在2020 年前，星座基本上有四大系統(tǒng)，其中美國GPS 將實現(xiàn)GPS III 計劃，預計星座的衛(wèi)星數(shù)達到30 顆中軌衛(wèi)星。的GLONSS 實現(xiàn)K星計劃，在L1與L5 上實現(xiàn)與GPS 兼容，改為CDMA 制式，從2010 年開始發(fā)個信號為CDMA 制式的GLO2NASS - K 星，最終達到24 顆中軌衛(wèi)星的額定狀態(tài)。歐洲Galileo 星座為30 顆中軌衛(wèi)星，中國的Compass 為30 顆衛(wèi)星，其中中軌衛(wèi)星24 顆，靜地衛(wèi)星( GEO) 和傾斜軌道( IGSO) 衛(wèi)星各3 顆。美俄歐分別建有各自星基增強系統(tǒng)WAAS、SDCM、EGNOS，日本和印度各自建設(shè)自己的區(qū)域系統(tǒng)QZSS、IRNSS ， 和GPS 星基增強系統(tǒng)MSAS、GA GAN，尼日利亞也有一個GPS 星基增強衛(wèi)星NiSatCom - 1 。詳見表1 所示。

GNSS( 導航衛(wèi)星系統(tǒng)) 所包括的導航系統(tǒng)一覽表

2) GNSS 的三大發(fā)展趨勢

衛(wèi)星導航系統(tǒng)及其產(chǎn)業(yè)當前正經(jīng)歷的三大轉(zhuǎn)變：從單一的GPS 時代轉(zhuǎn)變?yōu)槎嘈亲⒋婕嫒莸腉NSS 新時代。導致衛(wèi)星導航體系化和增強多模化；從以衛(wèi)星導航為應用主體轉(zhuǎn)變?yōu)镻NT(定位、導航、授時) 與移動通信和因特網(wǎng)等信息載體融合的新階段，導致信息融合化和產(chǎn)業(yè)一體化；從經(jīng)銷應用產(chǎn)品為主逐步轉(zhuǎn)變?yōu)檫\營服務為主的新局面，導致應用規(guī)模化和服務大眾化。三大趨勢發(fā)展的直接結(jié)果是使應用領(lǐng)域擴大，應用規(guī)模躍升，大眾化市場和產(chǎn)業(yè)化服務迅速形成。

1、GNSS 系統(tǒng)的來龍去脈

1) 美國GPS 開創(chuàng)了GNSS 的先河美國的GPS 是GNSS 中個投入全面工作的系統(tǒng)，而且是從1995 年以來至今一直穩(wěn)定運營的系統(tǒng)。GPS 的廣域增強系統(tǒng)(WAAS ) 也是同類系統(tǒng)中投入正式運營的。當GPS 進入正常工作之后，1996 年美國便啟動GPS 現(xiàn)代化進程，大幅度提高系統(tǒng)的性能，作為現(xiàn)代化的步，在2000年5 月1 日中止了人為惡化民用定位精度的SA(可用性選擇) ，接著在衛(wèi)星載荷系統(tǒng)、地面運控系統(tǒng)等方面采取積極舉措，有效地提高了GPS 的各項功能和性能指標，使應用范圍迅速擴大，用戶數(shù)量急劇增長，掀起了衛(wèi)星導航系統(tǒng)建設(shè)和應用服務的浪潮。

2) 原蘇聯(lián)GLONASS 競爭者姿態(tài)有利于民用產(chǎn)業(yè)發(fā)展

GLONASS 差不多是與GPS 同時起步的，它的存在，它以競爭者姿態(tài)出現(xiàn)本身，對導航衛(wèi)星系統(tǒng)民用政策的發(fā)展和應用推廣具有極大的促進作用。雖然原蘇聯(lián)的解體和相當長時間俄羅斯經(jīng)濟的不景氣，給GLONASS 的發(fā)展帶來重大挫折，但目前系統(tǒng)仍在堅持和恢復中。

3) 歐洲為什么一定要建設(shè)自己的Galileo 系統(tǒng)?

雖然美國一再表示，無保留地讓歐洲使用GPS信號資源，但歐洲人出于政治、經(jīng)濟、科技和社會四大效益的考慮，敢冒美國的天下之大不諱，還是要堅持建立自己獨立的Galileo 系統(tǒng)，實際上也是為了增強歐盟的凝聚力。Galileo 概念一出現(xiàn)，個成果是加快了美國GPS 的SA 政策中止的實施。同時也促進了GPS III 的發(fā)展進程，美國明確提出GPS III應優(yōu)于，至少不亞于國際上其它GNSS 系統(tǒng)。

4) 中國一定要建設(shè)自己的導航衛(wèi)星系統(tǒng)嗎?

中國作為一個發(fā)展中的大國，要對世界有所貢獻，何況本身就具有巨大的衛(wèi)星導航潛在市場，加上某些發(fā)達國家時不時地對我們采取點限制措施或來點威脅手段，不免有后顧之憂，所以我們比歐洲有更多的理由要建設(shè)自己的導航衛(wèi)星系統(tǒng)，堅持的建設(shè)原則是：技術(shù)*，獨立自主，開放兼容，安全可靠。

5) 未來的衛(wèi)星導航系統(tǒng)應該是什么樣子的?

在2020 年前四大系統(tǒng)的格局已顯輪廓，GPS 獨大的局面一時難以打破；GNSS 兼容和互用各國已成共識，并逐步在轉(zhuǎn)入行動和系統(tǒng)實施；民用領(lǐng)域的廣泛國際合作已為熱點，雙邊和多邊合作正在積極開展；多國共建新一代的GNSS 系統(tǒng)已露端倪，什么時間和什么環(huán)節(jié)才是真正的突破口?

2、GNSS 應用技術(shù)的發(fā)展趨勢

1) GNSS 兼容與互用技術(shù)

GNSS 系統(tǒng)已被人們普遍接受，實際上它不是一個完整的有機的系統(tǒng)，而是多個系統(tǒng)的簡單組合或者說是拼湊，是一種拉郎配。面對這樣一個不爭的事實，有許多問題要思考。首先是要清楚地了解并研究GPS、GLONASS、Galileo 和Compass 四大系統(tǒng)的本初計劃、現(xiàn)狀、類同性和差異性;接著要探討四大系統(tǒng)間的兼容和互用，如何從化角度，通過化選擇來充分利用和發(fā)揮其作用;最終應從我國在建的Compass 系統(tǒng)實際出發(fā)，審時度勢地找到其在GNSS 中的正確定位，合理地配置我們的資源，并采取積極開放的政策，尋求國際合作，建設(shè)一個理想的多國的民用GNSS 系統(tǒng)，實現(xiàn)將來的可持續(xù)發(fā)展。這樣的思路是一種理想追求，一種有益探索，一種概念創(chuàng)新，是對GNSS 的重新設(shè)計和再設(shè)計，而且還可以進行下一代衛(wèi)星導航系統(tǒng)的全新研究。

2) 環(huán)境增強技術(shù)是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的前提條件

GNSS 組成除了空間段、運控段和用戶段外，還應包括環(huán)境段。環(huán)境段涉及大氣(電離層和對流層)條件、電磁環(huán)境、多徑與植被效應，以及多種多樣的應用環(huán)境與條件(地形、地貌和地物) ，它們會影響到系統(tǒng)工作、定位精度、完好性、可用性、連續(xù)性和可靠性等一系列關(guān)鍵指標。

環(huán)境增強段的研究目標是，建立并形成與具有中國地域特色的大氣環(huán)境信息系統(tǒng)及支撐技術(shù)，完善北斗與GNSS 系統(tǒng)的組成缺項，確保系統(tǒng)建設(shè)的完整全面、運營實施的可靠正常，以及應用服務高效務實。其研究的主要內(nèi)容是:電波傳播的大氣環(huán)境效應貫穿北斗導航系統(tǒng)組成的各部分(如系統(tǒng)的總體設(shè)計與誤差估算，衛(wèi)星的發(fā)射功率確定，測控站布設(shè)及其數(shù)據(jù)處理，用戶機的誤差修正與差分技術(shù)) ，也貫穿于系統(tǒng)建設(shè)和運營的全過程，涉及到各項關(guān)鍵指標，如精確度、連續(xù)性、完好性、可用性、可靠性、抗干擾和安全性等。按照系統(tǒng)一體化、整體化研究和電波環(huán)境工程的思路，開展相關(guān)的工作。

3) 多種信息系統(tǒng)融合技術(shù)

多種信息系統(tǒng)技術(shù)的融合和一體化集成，是GNSS 應用服務產(chǎn)業(yè)突出的特點，衛(wèi)星導航與電子地圖的結(jié)合是順理成章的事，車輛導航儀和個人導航儀開創(chuàng)了GIS(地理信息系統(tǒng)) 許多新應用新服務，接著便是GNSS 與移動通訊和因特網(wǎng)的相互滲透融合，有力地保證衛(wèi)星導航產(chǎn)業(yè)走向規(guī)模化、大眾化，使導航終端與控制中心(服務器) 端的互通互聯(lián)成為可能，使車隊監(jiān)控、物流調(diào)度、個人跟蹤、網(wǎng)絡(luò)導航、定位游戲、移動位置服務、地圖在線更新、信息增值業(yè)務等均成為可能。

4) 室內(nèi)外導航定位融合技術(shù)

室內(nèi)外無縫定位的問題，一定要跨越兩道難關(guān):一是將GPS 在野外開闊地定位轉(zhuǎn)入城市內(nèi)多遮擋條件下的定位;二是解決室內(nèi)定位的問題。

a) 城市的行人定位導航難題

GNSS 應用的大眾化市場過去五年間主要集中在車輛導航應用，而更為廣泛的應用前景則是在行人，如導航、本地搜索和社會網(wǎng)絡(luò)化問題，其困難是市區(qū)行人的GNSS 定位難題。城市高樓林立，多徑和遮蔽效應會嚴重惡化GNSS 測距精度和精度的幾何因子。對于行人而言，通常因行進速度較緩慢和更靠近建筑物，與車輛相比，同樣的環(huán)境條件會造成較為嚴重的后果，使精度和完好性經(jīng)受挑戰(zhàn)。為此，特別針對狹窄的街道區(qū)域，人們創(chuàng)建了所謂的導航重疊算法(NAO) ，是一種實現(xiàn)GPS 測量和GIS 數(shù)據(jù)庫(描述建筑物2D 基礎(chǔ)形狀) 組合運算的算法軟件，實現(xiàn)行人導航終端的地圖匹配功能，可減輕衛(wèi)星定位計算的漂移現(xiàn)象，從而改進定位精度。

b) 室內(nèi)定位難題

GNSS 室內(nèi)定位更是個難題。在GNSS 室內(nèi)定位的情況下，大多數(shù)衛(wèi)星導航視距傳播信號無法直接到達接收機天線，更多的是反射、繞射、或散射信號，導致的總效應稱為信號衰落。為此，首先應研究的是室內(nèi)定位的信道模型，以表征室內(nèi)環(huán)境下的信號傳播特性，代表性的是Saleh - Valenzuela 模型。由于信號來向及信號路徑的復雜性，所以仰角和方位角成為模型的關(guān)鍵參數(shù)，當然也有建筑物墻體的影響。建筑物墻體材料造成信號影響主要分為反射特性和穿透特性，進而要求研究信號的傳輸模型，通過介質(zhì)常數(shù)的計算，探討對功率電平的影響。室內(nèi)定位不僅于GNSS 接收機，還應考慮蜂窩網(wǎng)絡(luò)的協(xié)助，考慮慣導組合，以及其它室內(nèi)定位傳感器技術(shù)，如WLAN、WPAN、WiMAX 和Blue2 tooth 等一系列技術(shù)的應用。

3、我國北斗系統(tǒng)(Compass) 面臨的機遇和挑戰(zhàn)

1) 后來者居上面臨更大更多的挑戰(zhàn)

在四大系統(tǒng)中，Compass 是后來者，能有更多的借鑒，更多的選擇，但也面臨更大更多的挑戰(zhàn):在系統(tǒng)建設(shè)和運營上我們落后水平近30年，如何實現(xiàn)跨越式發(fā)展;Compass 作為復雜系統(tǒng)取決于航天、電子、機械、環(huán)境等一系列高科技和基礎(chǔ)工業(yè)的產(chǎn)品、技術(shù)、能力與管理，如軌道可高精度預測的穩(wěn)定的空間平臺、超穩(wěn)定長壽命原子時鐘、現(xiàn)代擴頻信號體制與技術(shù)、空間環(huán)境的認知與預測技術(shù)，以及大規(guī)模集成電路技術(shù)等。

2) 投入最小化和效益的抉擇

Compass 這樣的重大系統(tǒng)，一定要確立切實可行、行之有效的投入最小化和效益策略，具體做法是必須堅持積極開放，堅持與其它GNSS 的兼容與互用，堅持建以致用的方針，這樣能擴大影響，服務，能在建設(shè)的進程中發(fā)揮作用，為以后全面投入運營奠定市場基礎(chǔ)，把風險降到限度。

3) 處理好五大關(guān)系，造就我國的衛(wèi)星導航的大國強國地位

這五大關(guān)系是:國際與國內(nèi)、與民用、系統(tǒng)與應用、政府與市場、當前與長遠。

所謂的“國際與國內(nèi)”，主要指GNSS 與北斗系統(tǒng)的關(guān)系，對于產(chǎn)業(yè)而言，這兩者是統(tǒng)一的，我們的北斗要長入GNSS 之中，成為，讓都用上北斗。當然，我們也應該毫不客氣地用好用足GNSS 國際資源，解決好兼容和互操作的國際合作問題和GNSS 接收機及其終端的研發(fā)生產(chǎn)，以及大眾化應用問題，既能讓北斗系統(tǒng)建設(shè)過程中便能使用起來，也能進取地占據(jù)大批量市場，贏得時間，贏得空間，極大地降低北斗系統(tǒng)的建設(shè)風險。

所謂“與民用”，是指和民用的各自定位，近30 來年衛(wèi)星導航系統(tǒng)應用的事實，證明民用的用戶量將是的百倍千倍，民用的產(chǎn)值比至少高十倍百倍，是經(jīng)濟和社會效益的主要源泉，民用與相比，決不是無足輕重的裝飾音和附著物，兩者可以平起平坐，毫不遜色。沒有民用的衛(wèi)星導航系統(tǒng)缺乏生命力和長期運行的持續(xù)發(fā)展能力，是站不住腳的。

所謂“系統(tǒng)與應用”，是指應處理好北斗系統(tǒng)建設(shè)和應用服務的關(guān)系，我國的航天系統(tǒng)普遍存在著“重系統(tǒng)，輕應用”、“重天上，輕地面”、“重投入，輕產(chǎn)出”的傾向，實際上，應用服務才是北斗系統(tǒng)建設(shè)的出發(fā)點和落腳點，GLONASS 和北斗一號在這方面給了我們極其深刻的教訓。沒有達到預期的用戶量是系統(tǒng)建設(shè)的不成功，應用服務是系統(tǒng)建設(shè)成功與否的試金石和的檢驗標準。

所謂“政府與市場”，是指政府行為與市場行為在產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的互補關(guān)系，相輔相成關(guān)系。衛(wèi)星導航作為一個新興的朝陽產(chǎn)業(yè)，如今在其產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期，作為政府必須充分發(fā)揮其資金和政策的引導作用，集中資金投入系統(tǒng)建設(shè)和運營，這是不言而喻的，但在應用與服務產(chǎn)業(yè)的形成和發(fā)展中，也應該有與系統(tǒng)建設(shè)費用可比擬的大量資金，尤其在今后3～7 年間集中投入，并且有相應的優(yōu)惠扶植配套政策與之匹配，才能在十年左右時間內(nèi)，培育出個年產(chǎn)值超過3～5 千億元的衛(wèi)星導航應用與服務產(chǎn)業(yè)，這是非常值得的事，這是一本萬利的事。

所謂“當前與長遠”，是指當前要做的迫在眉睫的事和長遠發(fā)展的考慮之間的關(guān)系。實際上，當前的市場形勢非常嚴峻，由于大眾化市場的快速發(fā)展，個人導航儀市場的崛起，以及定位手機市場行將風起云涌的局面，今后3～5 年內(nèi)中國會出現(xiàn)數(shù)以億計的用戶需求，我們應該怎樣面對，如何因勢利導地將需求優(yōu)勢轉(zhuǎn)變?yōu)樽陨淼氖袌鰪妱莺彤a(chǎn)業(yè)強勢，這是當務之急，千萬不能等。中國導航產(chǎn)業(yè)只有先求生存，后求發(fā)展，做好了今天，才有美好的明天。

4、主動倡導、積極參與多國共建一個導航衛(wèi)星系統(tǒng)

GNSS 發(fā)展為我們走向國際創(chuàng)造了一個重要舞臺，Compass 系統(tǒng)建設(shè)則為我國的展示提供了良好的機遇，因為我們是后來者，更需要國際交流和合作。在GNSS 層面上，中國Compass 與其它三大系統(tǒng)，平起平坐地談民用的合作，開展“兼容與互操作”的雙邊和多邊合作，進行實質(zhì)性的技術(shù)交流和較量，只有通過我們自身切實的努力，通過深入有效的國際合作，通過長期持續(xù)認真的工作，我們才能逐步實現(xiàn)與國際水平的接軌，才能逐步體現(xiàn)和發(fā)揮大國的作用。

在民用問題上我們必須堅持透明公開、國際合作的基本方針，要有自信心，要展示大國形象，負起大國責任，也是中國大國崛起的重要契機之一。GNSS 已經(jīng)逐步成為的共享資源，鑒于現(xiàn)在不同國家多個系統(tǒng)組合在一起，會造成應用的諸多困難和資源的大量浪費，如統(tǒng)一標準，共建一個民用系統(tǒng)，不失為一種非常有創(chuàng)意的思路，無論這樁事情辦得成，還是辦不成，早辦成，還是晚辦成，都能產(chǎn)生巨大的影響，有助于大國間交流，有助于國際上官民的共同參與，有助于中國認識世界和世界認識中國，有助于展示我國和平發(fā)展的形象，有助于我國在衛(wèi)星導航系統(tǒng)技術(shù)上實現(xiàn)趕超，擺脫過分落后的困境，有百利而無一害，而且在當前的國際大環(huán)境下正是恰當時機，千載難逢。

由于是多國系統(tǒng)，國際共享系統(tǒng)，更為保險可靠，系統(tǒng)的運營維護各國分擔，大大減輕經(jīng)濟負擔，并利用國際上GNSS 發(fā)展的良好大環(huán)境，強有力推進產(chǎn)業(yè)的規(guī)模化、規(guī)范化發(fā)展，全力開拓國內(nèi)外兩大市場，逐步實現(xiàn)向衛(wèi)星導航大國和強國的轉(zhuǎn)化。

信息標題：GNSS是什么意思 GNSS系統(tǒng)

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