一、全球导航卫星系统种类
全球导航卫星系统（GNSS）包括多个卫星导航系统，每个系统由不同国家或地区开发，提供全球或区域性的定位、导航和授时服务。
| 编号 | 系统名称 | 英文缩写 | 缩写解释 | 开发国家/地区 | 覆盖范围 | 备注 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 北斗卫星导航系统 | BDS | BeiDou Navigation Satellite System | 中国 | 全球 | 2020年已实现全球覆盖，分为三阶段，北斗二代曾命名COMPASS。 |
| 2 | 全球定位系统 | GPS | Global Positioning System | 美国 | 全球 | 最广泛使用的GNSS系统，提供全球范围的定位服务。 |
| 3 | 格洛纳斯 | GLONASS | Global Navigation Satellite System | 俄罗斯 | 全球 | 与GPS类似，为全球用户提供定位服务。 |
| 4 | 伽利略系统 | Galileo | Galileo | 欧盟 | 全球 | 提供高精度定位服务，具备全球覆盖能力。 |
| 5 | 准天顶卫星系统 | QZSS | Quasi-Zenith Satellite System | 日本 | 主要覆盖亚太地区 | 主要服务日本及亚太地区，也提供全球服务。 |
| 6 | 印度区域导航卫星系统 | IRNSS(又称NavIC) | Indian Regional Navigation Satellite System( Navigation with Indian Constellation) | 印度 | 区域性（印度及周边） | 主要为印度及周边区域提供精确定位服务。 |
二、卫星定位基本原理
GNSS定位原理则是根据无线电波的传播速度是恒定的，传播路径的线性性质，通过测量空间中的电波的传播时间来确卫星和用户接收机天线之间的距离差，以这些距离差为半径进行三球交汇（三角定位），构建三元方程组，通过联立方程求解用户位置。
2.1 三维坐标计算距离
首先，地球表面的任何一个位置，都有它的三维坐标。它头顶上的GNSS卫星，也有自己的三维坐标，可以把整个空间看成一个坐标系，可以画一个立方体，立方体的两个对角，分别是用户和卫星；
其次，再根据立体几何的知识可以知道，卫星和用户之间的距离△L（这个距离也被称为“伪距”）；其方程式如下：
2.2 光速时间差计算距离
卫星的坐标是（x’,y’,z’），这是已知的，用户的坐标是（x,y,z），这是未知的。与此同时，卫星可以给用户终端发信号，信号的传输速度基本上几乎等同于光速c，而卫星上面有精度极高的原子钟，信号发射时间假设为t，用户终端接收的时间是t’，都为已知量。那么，卫星和用户之间的距离ΔL，又可以通过下面这个公式算出：
发射时间的计算：每颗GNSS卫星会周期性地发送信号，并在信号中嵌入其发射时间。该时间通常基于卫星内部的原子钟。发射时间通常是UTC或GNSS时间，GNSS接收器通过解码信号获取。
接收时间的计算：接收时间是接收器接收到信号的时间。GNSS接收器在接收到信号后，会记录当前的时间戳，通常也是基于其内部时钟，因此衡量GNSS芯片性能的重要指标就是时间精度，一般高性能的GNSS芯片时间精度通常在十几纳秒，甚至低于1纳秒。
2.3 联立方程求解
最后我们再结合以上两个公式，转换为下面这个式子
我们再找三个卫星的坐标值，组成三个三元方程，其中{x, y, z}为未知量，就可以得到用户位置。
以上为理想情况，实际上会受各种误差影响，需要额外的复杂计算来消除误差。
三、各种GNSS的信号频率
根据各种GNSS系统的频段划分进行对比。
3.1 北斗卫星导航系统（ BDS）
3.1.1 北斗二代信号频段
| 信号频段 | 中心频率 (MHz) | 频率说明 |
|---|---|---|
| BD1I | 1561.098 | 民用定位，类似于GPS的L1信号 |
| BD2I | 1207.14 | 高精度定位，类似于GPS的L2信号 |
| BD3I | 1268.52 | 高精度测量、科学研究等应用 |
3.1.2 北斗三代信号频段
| 信号频段 | 中心频率 (MHz) | 频率说明 |
|---|---|---|
| BD1I | 1561.098 | 民用定位，类似于GPS的L1信号 |
| BD1C | 1575.42 | 更强抗干扰能力和更高精度 |
| BD2a | 1176.45 | 改进B2I精度，高精度应用 |
| BD2b | 1207.14 | 高精度定位，科学测量和军事应用 |
| BD3I | 1268.52 | 高精度测量、科学研究等应用 |
3.2 全球定位系统（GPS）
| 信号频段 | 中心频率 (MHz) | 频率说明 |
|---|---|---|
| L1C/A | 1575.42 | 民用定位，广泛应用于普通定位设备 |
| L1C | 1575.42 | 新一代民用信号，具有更高的抗干扰能力和更强的精度 |
| L2C | 1227.6 | 比L2信号更新，专为民用设计，具有改进的抗干扰性能 |
| L2P | 1227.6 | 提供更高精度的定位服务，主要应用于精密定位和军事应用 |
| L5 | 1176.45 | 高精度和抗干扰定位，民用和军事兼用 |
3.3 格洛纳斯（GLONASS）
| 信号频段 | 中心频率 (MHz) | 频率说明 |
|---|---|---|
| G1 | 1602 | 用于民用定位，主要用于普通定位服务 |
| G2 | 1246 | 用于高精度定位，适用于差分定位等应用 |
| G3 | 1207.14 | 高精度测量信号，主要用于更精确的测量和科学研究等应用 |
3.4 伽利略系统（Galileo）
| 信号频段 | 中心频率 (MHz) | 频率说明 |
|---|---|---|
| E1 | 1575.42 | 类似于GPS的L1信号，广泛应用于民用定位服务，提供高精度定位 |
| E5a | 1176.45 | 高精度定位信号，类似于GPS的L5信号，适用于要求更高精度的应用 |
| E5b | 1207.14 | 用于进一步提高精度，类似于GPS的L2信号，适用于高精度应用 |
| E5 AltBOC | 1191.795 | 提供增强抗干扰能力，适用于更高精度的定位和测速应用，采用了AltBOC调制方式 |
| E6 | 1278.75 | 用于高精度应用和科学研究，提供更高精度和抗干扰能力，支持先进的定位技术 |
3.5 准天顶卫星系统（QZSS）
| 信号频段 | 中心频率 (MHz) | 频率说明 |
|---|---|---|
| L1C/A | 1575.42 | 与GPS的L1C/A类似 |
| L1C | 1575.42 | 与GPS的L1C类似 |
| L1S | 1575.42 | L1S是QZSS特有的信号，特别适用于高密度城市环境中的定位服务 |
| L2C | 1227.6 | 与GPS的L2C类似 |
| L5 | 1176.45 | 与GPS的L5类似 |
| L6 | 1278.75 | L6主要用于科学研究、地面测量、精密差分定位等。此频段信号具有很强的抗干扰能力 |
3.6 印度区域导航卫星系统（NavIC）
| 信号频段 | 中心频率 (MHz) | 频率说明 |
|---|---|---|
| L5 | 1176.45 | 类似于GPS L5 |
| S1 | 2492.028 | S1是NavIC的一个特别信号，用于提供更高的定位精度和增强的抗干扰能力 |
3.7 基于卫星的增强系统（SBAS）
SBAS 的英文全称是 Satellite-Based Augmentation System，即 基于卫星的增强系统。
SBAS是一种通过使用卫星导航系统（如GPS、GLONASS、Galileo等）来增强定位精度、可靠性和完整性的系统，它通过地面基站监测卫星信号的误差（如轨道误差、时钟误差等），并将这些信息通过卫星广播到用户接收器，而提供比单一卫星系统更精确的定位服务，从而改善定位性能。
全球主要的SBAS系统如下：
| 系统名称 | 描述 | 国家 | 覆盖区域 |
|---|---|---|---|
| WAAS | Wide Area Augmentation System (宽域增强系统) | 美国 | 覆盖整个北美地区 |
| EGNOS | European Geostationary Navigation Overlay Service (欧洲静止轨道导航增强服务) | 欧洲 | 覆盖整个欧洲 |
| MSAS | Multi-functional Satellite Augmentation System (多功能卫星增强系统) | 日本 | 覆盖日本及其周边地区 |
| GAGAN | GPS Aided GEO Augmented Navigation (GPS辅助静止轨道增强导航) | 印度 | 覆盖印度及其周边地区 |
| SDCM | System of Differential Correction and Monitoring (差分修正与监测系统) | 俄罗斯 | 覆盖俄罗斯及其周边地区 |
这些SBAS系统均使用下面两个频段：
| 信号频段 | 中心频率 (MHz) | 频率说明 |
|---|---|---|
| L1 | 1575.42 | SBAS通常在L1频段提供增强服务，主要用于民用定位。 |
| L5 | 1176.45 | L5频段主要用于高精度定位，适合要求更高的导航服务，比如航空领域。 |
截止2024.12，中国的SBAS仍然在测试,。
3.8 单频与多频定位
GNSS按照接受不同频率段的信号分类，可以分为单频GNSS和双频GNSS，单频GNSS和双频GNSS的主要区别在于它们使用的频率数量不同，单频只接收L1频段信号，双频GNSS是指双频接收器可以同时接受L1, L2或L1, L5等频段信号。
双频信号主要起到抗干扰作用，通过组合多个频段的信号，可以减少电离层延迟和大气误差，提高定位精度。多频定位在精度、可靠性上优于单频定位，双频GPS的信号强度比单频GPS要高3~5倍。
在正常的使用环境下，两频间的信号差距是很小的，几乎感受不到明显的差距。而只有到了一些特殊的环境中，单频L1才会因为一些大气层折射、各种气象影响，或者高层建筑物的阻挡等，才会造成一些电磁波信号的影响，结果就是定位不准确，定位出现差错，或定位信息延迟较长等情况
四、参考博客：
- GNSS定位原理：https://www.ebyte.com/news/3452.html
- 北斗系统官方介绍：https://www.csno-tarc.cn/system/introduction
- 北斗已发布国家标准及专项标准清单
：http://www.beidou.gov.cn/zt/bdbz/202407/W020240718499906722234.pdf - 北斗卫星导航术语：http://www.beidou.gov.cn/zt/bdbz/202407/W020240718499906722234.pdf
- GNSS频率对照表：https://www.gemsnav.com/News_Detail/12.html
- GPS差分定义：http://www.beidou.gov.cn/zy/kpyd/201710/t20171011_4615.html
- 实时伪距差分（RTD） 名词解释：https://baike.baidu.com/item/%E5%AE%9E%E6%97%B6%E4%BC%AA%E8%B7%9D%E5%B7%AE%E5%88%86/9142469
- um980GNSS芯片参数规格：https://www.unicorecomm.com/products/detail/27
