GPS 系统概述

GPS 美国军方在上世纪 60 年代研究的项目，在研究成功的同年投入使用。 直至 70 年代时，美国军方将最初的 GPS 研制成了新一代较为稳定可靠的卫星定 位系统。就目前来说利用 GPS 来对列车定位是比较成熟的一种技术。该系统包 含导航卫星、地面检测站和用户接收机三部分。

2.1.1 GPS 系统组成

GPS 通常由空间星座部分和地面监控部分以及用户设备部分三个部分构成。 GPS 空间星座部分有 24 颗卫星组成，其中包括有 21 颗工作卫星以及 3 颗为备用 卫星[32]。GPS 定位的基础为空间星座部分和地面监测部分，并且无数的 GPS 用 户同时可以获得使用的权限；但是，用户想要实现定位就只能通过用户设备来实 现。用户设备可以认为是 GPS 接收机，该接收机是包括接收机硬件、内置软件、 微型处理核心以及用户终端设备。

2.1.2 GPS 系统的原理

首先，空间分布的二十多颗卫星连续不断地向地面发射信号；然后，地面监 控部分接收各个卫星信号，由此确定卫星运行轨道信息，接着反馈给卫星，这些 信息是在通过卫星的信号间转播的；最后，用户设备测出各颗可见卫星的信号， 并且用户接收机通过卫星信号获取可以确定自身的空间位置的运行轨道信息[33]， 以上简单描述的就是 GPS 系统的工作原理。

2.2 北斗定位系统

北斗卫星定位系统是由我国独立自主研发的定位系统，己经能够满足大部分 地区以及大部分用户的定位需求。目前有几个比较受欢迎的全球导航卫星系统， 其中首先介绍的一个是我国独自研发并且正在不断完善的北斗卫星导航系统，以 及美国的很早就研发完成并且占据市场分量最多使用最广的全球定位系统 GPS， 还有在苏联时期就开发并且后来由俄罗斯接手继续研发的格洛纳斯系统，最后还 有欧盟仍有待完善的伽利略定位系统。

2.2.1 北斗定位系统概述

目前我国独自研发的北斗卫星导航系统正在不断稳定完善。而己经得到广泛 应用的是 GPS 和 GLONASS，因为拥有相对比较成熟的定位原理和算法。北斗卫 星定位系统是由我国独立自主研发的定位系统，己经能够满足大部分地区以及大 部分用户的定位需求。无法提供正常的定位服务的就是还处在测试阶段的 GALILEO 系统。

2.2.2 北斗定位系统研究情况

目前可以我国在轨道上采用的定位系统是北斗系统、GPS、GLONASS 这三 个系统。其中北斗卫星定位系统由空间段和地面段以及用户段组成。目前我国的 北斗卫星定位系统已经在部分地区为用户提供定位服务，在 2020 年时全球用户 都可以使用。北斗卫星系统能够提供定位和测速等服务。而且北斗系统能够稳定 兼容其它子系统，这就使北斗卫星系统能够受到更加广泛的应用[34]。

如表 2-1 所示为三个全球导航卫星系统列举的主要参数指标。

表 2-1 GNSS 比较表

当用户可以通过接收卫星广播星历解析卫星的三维坐标以实现定位，并且通 过测算信号的发射和接收两个部分之间的时间间隔，以计算得出用户以及观测卫 星之间的伪距 P ，通过观测不少于 4 颗卫星的数据时就可以得到四个未知数，即 用户所在位置的三维坐标(X，Y，Z)及接收机的时钟钟差 T 。