GNSS,即全球导航卫星系统,是由多个地球轨道卫星组成的复杂系统,其基本功能是提供地面用户全天候、在全球范围内的定位、导航与授时服务。GNSS系统的设计允许用户利用手持或车载设备,通过接收不同卫星发射的信号来确定自己的准确位置和时间。

GNSS系统确定地理位置的基本原理是通过测量地面接收器与卫星之间的距离。卫星持续地发送包含其位置信息和发送时间的信号,当这些信号被地面的GNSS接收器接收时,通过测量信号的传播时间就能够计算出接收器与卫星之间的距离。

详细地说,GNSS工作原理包括以下几个步骤:

1. 信号发射:每颗GNSS卫星都配备了精确的原子钟。卫星不断地发射信号,这些信号包含了卫星的精确时间和位置信息。

2. 信号传播:发射的信号以光速传播,穿越各种大气层,最终到达地面或海面的接收器。

3. 信号接收:地面上的GNSS接收器捕获来自至少四颗卫星的信号。由于信号在空间中传播需要时间,地面接收器记录接收到信号的时间。

4. 时间延迟计算:通过计算信号发射时间与接收时间的差值,接收器能得知信号传播了多长时间。

5. 距离测量:由于GNSS信号的传播速度(即光速)是已知的,接收器可以通过信号传播时间来计算出与每颗卫星的距离。

6. 三维定位:有了至少三颗卫星的距离信息,接收器就能利用三角测量的原理,在三维空间中算出自身的位置。通常需要至少四颗卫星来提供更准确的位置信息,并能校正接收器中的时钟误差。

利用这一原理,GNSS接收器不仅能计算出经度、纬度,还能得出海拔高度,实现三维定位。此外,通过分析接收到的不同卫星信号的多普勒频移,GNSS接收器还可以计算出接收器的速度和移动方向。