关于卫星定位,初学者你想知道的一切这里都有
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5G和北斗，是国之重器。北斗作为卫星定位系统，目前在国际上已处于领先地位，而且已经渗透到我们工作和生活的方方面面。本文将简要介绍卫星定位的原理和应用情况，方便大家对北斗、卫星定位有更多的了解。
张悬宝贝通俗说的GPS行为，其实就是卫星定位系统的英文是Global Navigation Satellite System(GNSS)定位，只是因为GPS（美国的卫星定位系统）建成时间最早、产业链最完善，在北斗3全球组网完成前性能最好，应用最官方，故在非产业界把GNSS定位等同为GPS定位，实际上是应用到了所有的卫星定位系统（美国的GPS系统、中国的北斗系统、欧洲的伽利略系统、俄罗斯的格洛纳斯系统及日本的QZS及印度的IRNSS系统）。
卫星定位的原理
卫星定位系统的英文是Global Navigation Satellite System(GNSS)，虽然直接翻译过来是导航卫星系统，但它真正提供的能力是定位，能定位后，导航就变得相对简单了。卫星定位的原理，是利用卫星播发时间信号，当设备接收到后，可以根据信号发射时间和本地时间，计算出信号传输时间，再结合光速获得卫星-设备距离。
有了多颗卫星的信号，可以列出一组方程，求解4个未知数：设备的三维坐标x/y/z，以及本地时间与GNSS系统的时间差。
除夕祝福文案式中的代表卫星j的三维坐标，这个坐标可以通过卫星星历计算获得。
星历是描述卫星运行轨道的一组参数，卫星轨道是一个椭圆，通过几个参数和时间，可以唯一确定卫星的准确位置。
星历的获取有两种方式，一种是卫星直接播发，这种方式的好处是定位过程不依赖卫星信号以外的任何输入，即使没有网络也可以定位成功，但问题是卫星链路带宽很小，要下载完整星历，需要30秒左右的时间，早期的手机和一些车载设备定位过程很慢，就是由于这个原因。
另一种方式，是通过互联网播发，这种方式叫A-GNSS，具体的传输协议叫
SUPL(Secure User Plane Location)，这种数据一般不对应用层透出，在手机上，操作系统会在底层定时请求SUPL数据，然后将获得的星历注入GNSS芯片。有了A-GNSS，设备就可以在秒级获得定位，不需要任何等待过程，目前所有的手机都支持这种方式。A-GNSS的服务提供商，主要是一些定位服务商或图上，比如国外有谷歌、苹果、诺基亚，国内主要是千寻位置等。目前国产手机芯片（海思麒麟、MTK、展讯等）或操作系统均已经接入了国产AGNSS，千寻立见FindNow。虽然是精神病但没关系大结局
卫星不间断的向地面广播信号，这个信号主要包括以下信息：
•卫星编号。用于从星历中查卫星轨道，再结合时间戳获得当前卫星位置
•当前时间戳。用于获得卫星位置，另一方面计算伪距。伪距是(本地时间-信号发射时间)*光速，之所以叫伪距，是因为本地时间与卫星时间不同步，所以这个距离并不是真正的设备-卫星距离。
•星历数据。用于计算卫星位置。
像其他所有的通信技术一样，这些信息也是以报文的形式发送的，以GPS为例，卫星会每隔6秒发出一个包，而这个包会分解为数据位-CA码序列-载波波形，通过天线发射到地面。地面设备持续锁定卫星，在解算时，计算每颗卫星当前时刻的时间戳（用最近一次收到的时间戳加上报文偏移量），然后进行位置解算。
载波的频率是1.5G左右，波长20厘米左右，比移动通信的波长稍长一些，所以信号的穿透性还是比较好的（波长越长，越容易绕开障碍物），可以穿透比较薄的墙壁或屋顶，所以在一些情况下即使无法直接看到天空，也是能定位的。但是卫星信号是从上往下，在室内很难穿越多层建筑。
卫星定位的另一个特点是可以解算出速度，其依据是多普勒频移原理（与交警用的测速仪原理一样）。当信号源与接收设备存在相对运动时，接收到的信号频率会发生变化。
频率变化量与相对速度存在如下公式：
其中，公式左边是频差和波长，v是设备运动速度（矢量），vj是卫星运动速度（矢量），1j是卫星的投影方向，dt'是本地设备的频漂速度。只要测量了4颗星的频差，就可以解出本地设备的运动速度（与设备姿态无关）。
除了定位和测速，定位卫星还可以完成全球授时（解算过程中获得本地钟差），这也是目前成本最低的高精度授时方法，比绝大部分设备自带的时钟都要准确。
一般而言，伪距测量值精度不如频率测量精度高（伪距定位精度在10米左右，而多普勒定速精度可以达到0.2米/秒以内，授时精度在20ns），原因是伪距测量容易受到多种路径误差影响（后面会介绍），而频率测量的干扰因素少很多。
卫星定位发展历程
最早的卫星定位系统，是美国在1960年代开发的子午仪系统，后续在70年代开发出了GPS定位系统，目前的GPS系统由24颗卫星构成。除了GPS，世界多国也开发出了自己的卫星定位系统，主要的有中国的北斗系统、欧盟的伽利略系统、俄罗斯的格洛纳兹系统，此外日本和印度在开发区域定位系统。
除了天上的卫星，各定位系统还需要地面站对卫星的运行进行监测，包括健康度、轨道参数（计算完成后要注入卫星实现全球播发）、信号质量等，另外还需要对卫星进行控制。
各种卫星定位系统使用的技术类似，大多采用中轨道卫星（MEO，卫星高度2万公里），少数采用了地球同步轨道（GEO，卫星高度4万公里）和地球倾斜同步轨道（IGSO）。同时，信号播发大多采用CDMA技术，实现在同一个频率上传输多颗卫星的信号。为了让地面设备能够较好的接收来自几万公里外的信号，信号的数据速率都比较低，比如GPS L1频段的数据传输速率只有50字节/s，根据香农定理，C=B*log2(1+S/N), 在频率带宽B固定的情况下，随着传输速率C的降低，接收端在信噪比(S/N)比较低的时候也可以解出正确的信号，有利于持续的锁定、跟踪卫星信号。
与其他定位系统相比，北斗的技术上的特点主要有：
学什么专业有前景•亚太地区覆盖好。北斗系统由3颗地球同步卫星、3颗地球倾斜轨道同步卫星和24颗中轨道卫星构成，与GPS相比，北斗有6颗星持续覆盖亚太地区，极大提升了亚太地区可见卫星的颗数，一方面提高定位成功率，另一方面也能提升精度（改善了GDOP，减少了误差）。
PS：北斗系统截止2020年7月总计有55颗卫星，北斗系统至今发展共有三代，其中第一代也被称为“北斗卫星导航试验系统”，属于试验性质，自第二代开始的北斗系统被正式称为“北斗卫星导航系统”。
1、北斗一号系统（第一代北斗系统）由三颗卫星提供区域定位服务。从2000年开
始，该系统主要在中国境内提供导航服务。2012年12月，北斗一号的最后一颗
卫星寿命到期，北斗卫星导航试验系统停止运作。
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2、北斗二号系统（第二代北斗系统）是一个包含16颗卫星的全球卫星导航系统，
分别为6颗静止轨道卫星、6颗倾斜地球同步轨道卫星、4颗中地球轨道卫星。2
012年11月，第二代北斗系统开始在亚太地区为用户提供区域定位服务。
3、北斗三号系统（第三代北斗系统）由30颗三种不同轨道的卫星组成，包括24颗
理科有哪些科目地球中圆轨道卫星（覆盖全球），3颗倾斜地球同步轨道卫星（覆盖亚太大部分
地区）和3颗地球静止轨道卫星（覆盖中国）。北斗三号于2018年提前开放了
北斗系统的全球定位功能。2020年6月23日，北斗三号最后一颗全球组网卫
星顺利进入预定轨道，发射任务取得圆满成成。截止2020年7月31日，中国
人民解放军建军93周年前夕，历时26年建设的北斗全球导航卫星系统宣布全面
建成开通。

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