GNSS 星座是协同工作的卫星协调组，旨在向地球上任何地方的用户提供定位、导航和授时 (PNT) 服务。这些星座构成了现代导航系统的支柱，从而实现了从智能手机位置跟踪到自动驾驶车辆引导、航空、海事运营、精准农业和科学研究等一切功能。
GNSS 星座通常由特定数量的卫星组成，这些卫星在精心规划的轨道路径中绕地球运行。这些卫星从太空传输带有时间戳的无线电信号。GNSS 接收器（例如智能手机中的接收器）会接收这些信号，根据信号传输时间计算到每颗卫星的距离，并通过三边测量确定其位置。对于此计算，接收器通常需要来自至少四颗卫星的信号，以考虑纬度、经度、高度和时钟误差。
目前可用的星座
目前有几个主要的 GNSS 星座在运行：
- GPS（全球定位系统） – 由美国运营，GPS 是第一个完全正常运行的 GNSS。它由至少 24 颗卫星组成，这些卫星在中地球轨道 (MEO) 中以大约 20,200 公里的高度运行。它于 20 世纪 90 年代开始运行，世界各地的用户继续依赖它。
- GLONASS – 由俄罗斯管理，GLONASS 也是一个在 MEO 中运行的 24 颗卫星星座。GLONASS 提供全球覆盖，通常与 GPS 协同工作以增强性能，尤其是在其轨道配置具有优势的高纬度地区。
- Galileo – 这是欧盟的 GNSS 星座，由欧洲航天局 (ESA) 开发。它提供高精度定位，旨在与 GPS 和 GLONASS 互操作。Galileo 提供独特的功能，例如供政府使用的加密服务和供公众使用的开放服务，在某些应用中，定位精度可达厘米级。
- BeiDou – 中国的 GNSS 由中国卫星导航系统管理办公室开发，已从区域系统发展成为全球系统。完整的星座于 2020 年完成，现在通过 30 多颗位于 MEO、地球静止轨道和倾斜地球同步轨道上的卫星提供全球覆盖。
GNSS 星座如何工作？
工程师设计 GNSS 星座旨在通过分配卫星来提供连续覆盖，以便用户始终可以从地球上的任何位置看到多颗卫星。这需要仔细规划轨道参数，例如高度、倾角和间距。大多数星座使用中地球轨道，因为它在覆盖范围、信号强度和卫星寿命之间提供了良好的平衡。
使用多个 GNSS 星座可以提高精度并增强可靠性。可以同时接收来自 GPS、GLONASS、Galileo 和 BeiDou 信号的设备（称为多 GNSS 接收器）可以更快、更精确地计算位置，尤其是在城市峡谷、森林或山区等具有挑战性的环境中。
GNSS 星座还包括地面控制站和监控网络，这些站点和网络持续跟踪卫星、上传更新的数据并维护系统完整性。这些网络确保准确的授时和定位，并检测卫星性能中的异常情况。
除了基本的 PNT 功能外，现代 GNSS 星座还支持高级功能。这些功能包括增强系统，如 WAAS（美国）、EGNOS（欧洲）和 MSAS（日本），这些系统提高了航空等应用的精度和完整性。一些系统还提供搜索和救援 (SAR) 功能，以帮助定位遇险人员。
总而言之，GNSS 星座使用卫星和地面基础设施网络来实现全球定位和导航。通过结合使用多个系统，用户可以从更高的精度、鲁棒性和弹性中受益，从而使 GNSS 对于无数现代技术和行业至关重要。