GNSS 与 GPS 技术：了解关键差异

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全球导航卫星系统 (GNSS) 与全球定位系统 (GPS)：深入解析

在全球互联的今天，导航系统已成为我们日常生活中不可或缺的一部分。这些技术广泛应用于各个领域，以实现更精确的定位。现代导航技术不仅能够准确测量距离和角度，还在各行各业中发挥着关键作用。

测绘行业是最早采用 GPS 技术的行业之一。这项技术以其更高的精度、更快的速度和更少的人力需求，彻底改变了传统的测绘方式。土方工程公司也经常使用地面控制系统和无人机来指导施工现场，提高效率和生产力。

虽然卫星导航技术最初是为军事用途而开发的，但如今，其应用范围已扩展到公共和私营部门的各个领域，如建筑、科学等。大多数人可能对 GPS 很熟悉，它能帮助我们在陌生的地方轻松找到方向。然而，GNSS 这一术语却相对不为人知。

在本文中，我们将深入了解 GNSS，并探讨 GNSS 与 GPS 之间的区别。最后，我们将分析哪种技术更灵活、更可靠、更准确，以满足您的特定需求。

让我们开始吧！

什么是全球导航卫星系统 (GNSS)？

GNSS 代表全球导航卫星系统。这是一个涵盖多个国家运营的众多卫星的广义术语。这些卫星从太空向位于地球上的 GNSS 接收器发送信号，并传输时间和定位数据。接收器会进一步处理这些数据来确定您的准确位置。

围绕地球运行的多个卫星被称为星座，因此 GNSS 也常指卫星星座。GNSS 技术可用于交通运输、空间站、铁路、公共交通、公路、海运、航空等各个领域。

导航、定位和授时在土地测量、应急响应、采矿、精准农业、金融、执法、科学研究和电信等领域至关重要。GNSS 的性能可以通过区域卫星增强系统（如欧洲地球同步导航覆盖服务 (EGNOS)）来进一步提高。

GNSS 的一些示例包括美国的 NAVSTAR GPS、欧洲的伽利略、中国的北斗导航卫星系统和俄罗斯的 GLONASS (Global’naya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema)。

EGNOS 通过提供信号完整性数据并纠正信号测量误差，有助于提高 GPS 信息的可靠性和准确性。GNSS 的实际性能通常通过四个关键标准来评估：

精度：测量值（速度、时间或位置）与实际值之间的差异。
连续性：系统在无任何中断的情况下运行的能力。
完整性：系统在定位数据和警报中提供置信度阈值的能力。
可用性：信号满足精度、连续性和完整性标准所需的时间百分比。

GNSS 技术至少需要四颗卫星，才能通过复杂的三边测量计算出您的位置。如今，太空中的卫星通常被划分为三个主要部分，它们被认为是 GNSS 技术的重要组成部分：

空间段：定义了在地球表面上方 20,000 到 37,000 公里之间运行的卫星星座。
控制段：遍布全球的数据上传站、监控站和主控站网络。
用户段：接收来自卫星的信号，并根据卫星的轨道位置和时间输出位置信息的设备。

什么是全球定位系统 (GPS)？

全球定位系统 (GPS) 是一种无线电导航系统，用于在空中、陆地和海上确定准确的位置、速度、时间等，且不受天气条件的影响。

GPS 最初由美国国防部于 1978 年作为原型开发。它于 1993 年全面投入使用，整个星座由 24 颗卫星组成。

GPS 归美国政府所有，由美国太空部队运营。虽然美国创建并控制了 GPS，但每个拥有 GPS 接收器的人都可以使用它，这使其不仅为军事官员，而且为全球的商业和民用用户带来了极大的便利。

GPS 是一种 GNSS 技术，可以为 GPS 接收器提供时间和地理位置数据。它不需要用户传输数据，并且可以在任何具有良好互联网连接的设备上灵活运行。

为了满足不断变化的技术需求，GPS 系统也在不断现代化。这包括下一代运行控制系统和 GPS Block IIIA 卫星的部署。

GPS 由三个部分组成：卫星、接收器和地面站。让我们逐一了解它们的功能：

卫星：像星座中的星星一样发射信号。
地面站：使用雷达来确保卫星处于我们认为的位置。
接收器：一种可以在手机、汽车等设备中找到的装置，它可以不断地从卫星接收信号。它还可以确定您与目标位置之间的距离。

GNSS 与 GPS：工作原理

全球导航卫星系统 (GNSS) 如何工作？

尽管 GNSS 系统的设计和年代各不相同，但其工作原理基本相同。卫星在 L 波段发射两个波：L1 和 L2。这些载波将数据从卫星传输到地球。

GNSS 接收器由两部分组成：天线和处理单元。天线接收来自卫星的信号，处理单元则对信号进行感测。它至少需要四颗卫星来收集准确的信息以确定位置。

GNSS 卫星每 11 小时 58 分 2 秒绕地球运行一周。每颗卫星都会传输包含稳定时间戳和轨道细节的编码信号。这些信号包含接收器计算卫星位置并相应调整以实现准确定位所需的信息。

接收器通过计算信号的接收时间和广播时间之间的差值来计算精确距离，从而给出高度、经度和纬度形式的结果。

GPS 如何工作？

GPS 通过三边测量技术工作，该技术收集来自卫星的信号，为用户提供位置信息。围绕地球运行的卫星发送信号，由位于地球表面附近或地球表面上的 GPS 可读设备读取和解释。

GPS 设备必须读取至少四颗卫星的信号才能进行准确定位。每颗卫星每天绕地球两次，并发送独特的信号、时间和轨道参数。

由于 GPS 设备提供与卫星的距离信息，因此单个卫星无法提供准确的位置。

与 GNSS 星座一样，GPS 也包含三个部分：空间段、控制段和用户段。

空间段：由美国太空部队运营的 30 多颗在轨卫星组成。这些卫星广播无线电信号以监测和控制地球上的地面站。
控制段：包括备份系统、多个监控站、专用地面天线和全球主控站，以确保 GPS 卫星运行良好并在正确的位置运行。
用户群：所有依靠 GPS 卫星进行位置测量、导航和计时的人。

GNSS 与 GPS：优势和局限性

全球导航卫星系统 (GNSS) 的优势

现在我们知道，GNSS 涵盖了来自多个国家的三个或更多卫星，从而能够提供更准确和可靠的信息。以下是 GNSS 的一些主要优势：

所有全球导航系统随时可用。如果一个系统因大气条件而无法工作，其他系统可以提供支持，从而提高了可用性和接收器信号的访问权限。
提供准确的时间数据，可用于开发高精度的物联网网络。
作为一个卫星星座，它改善了导航解决方案，并缩短了 TTFF（首次定位时间）。
通过向您的设备提供准确的位置信息来节省时间和金钱。
在任何位置都能获得不间断的连接，如广阔的森林、洞穴或人口稠密的地方。
GNSS 接收器可以自动从导航列表中删除故障卫星，为您提供最佳解决方案。

GNSS 的局限性

以下是 GNSS 的一些限制：

每次使用 GNSS 系统支持精确进近时，都需要增强系统。
垂直精度超过 10 米。
需要部署增强系统来满足可用性、准确性、连续性和完整性要求。
可能会对飞机运营商、飞行员、空中交通服务和监管人员等产生影响。
导航的安全性取决于数据库的准确性。

GPS 的优势

易于使用。
成本较低。
100% 覆盖地球。
由于其精度高，您可以节省燃料。
可以使用 GPS 技术查找附近的酒店、加油站和商店等。
易于集成到您的设备中。
提供可靠的跟踪系统。

GPS 的局限性

GPS 芯片会快速耗尽设备的电池电量。
无法穿透坚固的墙壁，这意味着用户不能在室内或水下使用该技术。
精度取决于卫星的信号质量。
当可用卫星数量有限时，定位可能会发生变化。
在地磁风暴或其他大气条件下，您可能无法访问定位信息。
土地测量设备需要开阔的视野才能接收信号。
有时，不准确的定位可能会显示无效的路线或位置。

GNSS 与 GPS：应用

全球导航卫星系统 (GNSS) 的应用

GNSS 技术最初于 20 世纪开发，旨在为军事人员提供帮助。随着时间的推移，该技术已被应用于众多领域：

在制造过程中，汽车配备了 GNSS，可显示移动地图、位置、方向、速度和附近的餐馆等信息。
空中导航系统使用移动地图进行显示，并连接到自动驾驶仪进行路线导航。
船舶和船只使用 GNSS 来定位海洋和湖泊，并应用于船只的自动转向装置。
用于建筑、精准农业、采矿等领域的重型设备使用 GNSS 技术来引导机器。
自行车运动员在巡回赛和比赛中使用 GNSS。
登山者、普通行人和徒步旅行者使用这项技术来了解他们的位置。
GNSS 技术也为视障人士提供了帮助。
航天器使用这项技术作为导航工具。

GPS 的应用

GPS 在全球范围内有许多应用，让我们来看看其中的一些：

航空业使用 GPS 为乘客和飞行员提供飞机的实时位置。
海运业为船长提供准确的导航。
农民在其农业设备上使用 GPS 接收器。
测量
军事
金融服务
电信
重型车辆引导
社交活动
位置定位
附近地点查询
寻宝
独自旅行

等等。

GNSS 与 GPS：差异

我们都知道，GPS 是查找位置、餐厅和地址等的首选工具，还可以与他人分享您当前或实时位置。GPS 为我们提供了访问位置信息的功能，但在信号受到干扰时，您可能无法访问位置或信息。

GNSS 是一个与 GPS 具有类似操作的术语，但即使在干扰期间，它也能更灵活、更可靠地访问定位信息。它包括 GPS、北斗、伽利略、GLONASS 和其他星座系统，因此被称为国际多星座卫星系统。您可以说 GNSS 使用来自不同国家的多个 GPS 卫星来导航到准确的位置。

让我们深入了解一下这些技术之间的主要差异：

标准	GNSS	GPS
轨道高度	它结合了各种卫星的轨道高度，例如 GLONASS 的 19,100 公里和 GPS 的 20,200 公里。	GPS 卫星以 20,200 公里或 10,900 海里的高度在地球表面上方飞行，每 12 小时提供更精确的信息。
精度	您可以获得厘米或毫米级别的精度。	它提供的信息不太精确，因为它可能会因大气条件、信号阻塞等而波动。它记录的精度为 4.9 米到 16 英尺。
原产国	GNSS 系统包括来自美国、俄罗斯的 GLONASS、欧洲的伽利略和中国的北斗。	是美国开发的一种 GNSS 系统。
卫星	它有 GPS 的 31 颗卫星、GLONASS 的 24 颗卫星、伽利略的 26 颗卫星和北斗的 48 颗卫星。	有 21 颗卫星。
卫星运行周期	各种导航系统的周期为：格洛纳斯：11 小时 16 分钟伽利略：14 小时 5 分钟北斗：12 小时 38 分钟 NAVIC：23 小时 56 分钟	它在圆形轨道上飞行，周期为 12 小时或每天两次。
状态	每个导航系统的状态不同，例如，GLONASS 正在运行，北斗有 22 颗运行卫星等。	GPS 的状态为运行。
信号	GNSS 的功率电平为 125 dBm，根据不同国家的卫星而有所不同。	信号强度恒定为 125 dBm。

GNSS 提供更准确的数据，因为它结合了来自不同国家的各种卫星的信息。另一方面，GPS 是由美国政府控制和维护的特定数据提供商。

结论

GPS 是 GNSS 的一种，它是第一个全球导航卫星系统。通常，GPS 常用于描述卫星导航系统。两者的操作方式相同，但工作方式不同。

GNSS 和 GPS 都被广泛应用于需要精确和连续可用时间和位置信息的领域，如交通运输、海上导航、移动通信、农业和体育等。