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GNSS測量入門必備

　　從本質上講，GNSS是一個全球性位置與時間的測定系統，包括諸多衛星星座、接收機與監測系統。也就是說它是由多個衛星導航定位及其增強型系統所拼湊組成的大系統。

　　GNSS系統(全球導航衛星系統)的基本組成

　　GNSS系統由空間段、地面段和用戶段三部分組成。

　　1、空間段由若干地球靜止軌道衛星、傾斜地球同步軌道衛星和中圓地球軌道衛星組成。

　　2、地面段包括主控站、時間同步/注入站和監測站等若干地面站，以及星間鏈路運行管理設施。

　　3、用戶段包括北斗及兼容其他衛星導航系統的芯片、模塊、天線等基礎產品，以及終端設備、應用系統與應用服務等。

　　主要的GNSS系統

　　1、中國的北斗衛星導航系統(BDS)

　　截止 2020 年 7 月，北斗衛星共有 55 顆北斗導航衛星，北斗導航系統是我國自己研制的全球衛星導航系統，在各種方面的技術手段和精度都是排在世界前列的，并且開放給全球用戶使用，開發過程中兼容其他全球定位系統，采用逐漸完善，逐漸發展的建設進程。這一建設理念受到了全球各國用戶的歡迎和支持。

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　　2020年6月23日，北斗三號最后一顆全球組網衛星在西昌衛星發射中心點火升空。 6月23日9時43分，我國在西昌衛星發射中心用長征三號乙運載火箭，成功發射北斗系統第五十五顆導航衛星，暨北斗三號最后一顆全球組網衛星，至此北斗三號全球衛星導航系統星座部署比原計劃提前半年全面完成。

　　2、美國的全球定位系統(GPS)

　　GPS起始于1958年美國軍方的一個項目，1964年投入使用經過20余年的研究實驗，耗資300億美元，到1994年，全球覆蓋率高達98%的24顆GPS衛星星座己布設完成。有 21 顆工作衛星和 3 顆在軌備用衛星，6 個均勻分布的軌道平面，軌道傾角約 55°，平均高度約為 20200km。

　　3、俄羅斯的格洛納斯衛星導航系統(GLONASS)

　　目前有 24 顆衛星正常運行，軌道面間的夾角 120°，軌道傾角 64.8°，軌道偏心率 0.01，每個軌道上等間隔分布 8 顆衛星，衛星離地面高度 19100km。

　　4、歐盟的伽利略衛星導航系統(GALILEO)

　　在軌 30 顆，均勻分布在 3 個軌道面上，每個軌道面上 9 顆工作，1 顆備用，軌道面傾角 56°，軌道高度 23616km，運行周期 14 小時 4 分。

　　GNSS定位的基本原理

　　GNSS 衛星定位，實際上就是將分布在天空的高軌衛星當做已知點，根據 GNSS 系統的組成原理可知，每顆 GNSS 衛星瞬間位置都可以計算出來，并且通過衛星信號發送到地面 GNSS 接收機上。當地面某個 GNSS 接收機同時接收到 4 顆以上的衛星信號時，即可以以后方交會的方式推算出地面接收機的空間坐標位置。

　　按定位方式，GNSS 定位分為單點定位和相對定位(差分定位)。單點定位就是根據一臺接收機的觀測數據來確定接收機位置的方式，它只能采用偽距觀測，可用于車船等的概略導航定位。

　　相對定位(差分定位)是根據兩臺以上接收機的觀測數據來確定觀測點之間的相對位置的方法，它既可采用偽距觀測也可采用相位觀測，大地測量或工程測量均采用相位觀測值進行相對定位，相對定位測量的是多臺GNSS 接收機之間的基線向量。

　　在 GNSS 觀測量中包含了衛星和接收機的鐘差、大氣傳播延遲、多路徑效應等誤差，在定位計算時還要受到衛星廣播星歷誤差的影響，在進行相對定位時大部分公共誤差被抵消或削弱，因此定位精度將大大提高，雙頻接收機可以根據兩個頻率的觀測量抵消大氣中電離層誤差的主要部分，在精度要求高，接收機間距離較遠時，應選用雙頻接收機。

　　RTK定位原理

　　RTK(Real - time kinematic)實時動態差分法。這是一種新的常用的 GNSS 測量方法，靜態、快速靜態、動態測量都需要事后進行解算才能獲得厘米級的精度，而 RTK 是能夠在野外實時得到厘米級定位精度的測量方法，它采用了載波相位動態實時差分方法，是GNSS應用的重大里程碑，它的出現為工程放樣、地形測圖所應用，極大地提高了外業作業效率。

　　高精度的 GNSS 測量必須采用載波相位觀測值，RTK 定位技術就是基于載波相位觀測值的實時動態定位技術，它能夠實時地提供測站點在指定坐標系中的三維定位結果，并達到厘米級精度。在 RTK 作業模式下，基準站通過數據鏈將其觀測值和測站坐標信息一起傳送給流動站。

　　流動站不僅通過數據鏈接收來自基準站的數據，還要采集 GNSS 觀測數據，并在系統內組成差分觀測值進行實時處理，同時給出厘米級定位結果，歷時不足一秒鐘。流動站可處于靜止狀態，也可處于運動狀態;可在固定點上先進行初始化后再進入動態作業，也可在動態條件下直接開機，并在動態環境下完成整周模糊度的搜索求解。

　　在整周末知數解固定后，即可進行每個歷元的實時處理，只要能保持四顆以上衛星相位觀測值的跟蹤和必要的幾何圖形，則流動站可隨時給出厘米級定位結果。

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