三边测量（Trilateration），结合了卫星发射的精确时间和位置信息。以下是详细解析：
核心定位原理：三边测量
卫星广播信号： 每颗导航卫星（GPS、北斗、伽利略）都搭载了极其精确的原子钟，并持续不断地向地面广播无线电信号。这个信号包含：
- 精确的发射时间戳： 信号离开卫星时的精确时间（基于卫星时钟）。
- 卫星轨道信息： 包含在导航电文（数据帧）中，描述卫星在发射信号时刻的位置（星历）和时钟状态（钟差）。
- 识别信息： 用于区分不同卫星的伪随机噪声码。
接收机接收信号： 导航仪内的接收机天线捕获来自多颗卫星（通常需要4颗或以上）的信号。
计算信号传播时间： 接收机内部也有一个时钟（精度远低于原子钟）。接收机记录下信号到达的本地时间。通过比较信号中包含的发射时间戳和接收机记录的到达时间，可以计算出信号从卫星传播到接收机所需的时间（传播时间 = 到达时间 - 发射时间）。
计算距离： 将信号传播时间乘以光速（c ≈ 3 × 10^8 米/秒），就得到了接收机到该卫星的伪距：
伪距 = 光速 × (接收机到达时间 - 卫星发射时间)
- 为什么叫“伪距”？ 因为计算依赖于接收机本地时钟的准确性。如果接收机时钟有偏差（Δt），那么计算出的距离就不是真实距离（真实距离 = 伪距 + 光速 × Δt）。这个时钟偏差是所有卫星伪距测量中共同的误差源。
确定位置（三边测量）：
- 知道一颗卫星的位置和到它的伪距，只能确定接收机位于以该卫星为中心、伪距为半径的球面上的某个点。
- 知道两颗卫星的位置和伪距，接收机位于两个球面相交形成的圆环上的某个点。
- 知道三颗卫星的位置和伪距，接收机位于三个球面相交形成的两个点（通常在地球表面附近，可以排除一个不合理的点）。
- 关键：消除时钟偏差 要得到精确的3D位置（经度、纬度、高度）并消除接收机时钟偏差的影响，至少需要四颗卫星：
- 三个伪距方程用于确定位置（X, Y, Z）。
- 第四个伪距方程用于求解接收机时钟偏差（Δt）。
- 接收机内部的处理器通过解算一组包含四个未知数（X, Y, Z, Δt）的非线性方程（基于四个或更多伪距观测值），最终计算出接收机的精确位置和时间。
三大全球导航卫星系统（GNSS）的信号接收原理（共性）
GPS、北斗（BDS）、伽利略（Galileo）虽然由不同国家/地区建设和运营，但它们的定位基本原理完全相同（三边测量），信号结构也高度相似，都采用扩频技术，特别是码分多址。以下是信号接收的关键环节：
信号结构（共性）：
- 载波： 高频无线电波（L波段，如 GPS L1: 1575.42 MHz, BDS B1I: 1561.098 MHz, Galileo E1: 1575.42 MHz）。承载测距码和数据信息。
- 测距码：
- 伪随机噪声码： 每个卫星发射独特的、高度复杂的二进制码序列（如 GPS C/A码、P码； BDS B1I码； Galileo OS 的 CBOC 调制码）。接收机通过本地生成相同的码序列并与接收到的信号进行相关运算，精确测量信号传播时间（计算伪距），并识别信号来自哪颗卫星。
- 码片速率： 码序列变化的速率（如 GPS C/A码: 1.023 Mbps, P码: 10.23 Mbps）。更高的码片速率通常能提供更高的测距精度（抗多径能力更强）。
- 导航电文： 调制在测距码上的低速数据流（如 GPS: 50 bps）。包含：
- 星历： 描述卫星精确轨道参数（用于计算卫星在信号发射时刻的位置）。
- 历书： 所有卫星的粗略轨道和状态信息（用于接收机快速选星）。
- 时钟校正参数： 卫星时钟相对于系统时间的偏差和漂移校正量。
- 电离层延迟模型参数： 用于校正信号穿过电离层时产生的延迟误差。
- 系统时间与UTC协调参数： 将系统时间转换为协调世界时。
- 卫星健康状况信息。
接收机处理流程：
天线与射频前端： 捕获微弱的卫星信号，进行放大、滤波和下变频，转换为中频信号。
信号捕获： 接收机在可能的频率和码相位范围内快速搜索信号。本地生成的载波和伪码与输入信号进行相关运算。当找到匹配的卫星信号（相关峰值足够高），就捕获到了该信号。
信号跟踪：- 载波跟踪环： 精确锁定信号的载波频率/相位（消除多普勒频移和接收机振荡器漂移），用于解调导航电文和进行载波相位测量（用于高精度定位）。
- 码跟踪环： 精确跟踪伪码相位，持续测量伪距（通过测量本地码与接收码的相位差）。
数据解调： 利用跟踪好的载波，从信号中解调出导航电文数据位。
电文解码与校验： 解析导航电文，提取星历、时钟校正等关键信息。进行纠错校验确保数据正确。
计算卫星位置： 利用当前时间和解码出的星历参数，精确计算每颗卫星在信号发射时刻的空间位置（X, Y, Z）。
伪距修正： 应用从电文中获取的卫星钟差校正、电离层延迟模型（或双频接收机利用双频测量直接消除大部分电离层误差）等对原始伪距进行修正。
位置解算： 利用来自至少4颗卫星的修正后伪距（和卫星位置），解算接收机位置（X, Y, Z）和接收机钟差（Δt）。通常使用最小二乘法等算法进行迭代计算。
坐标转换与输出： 将计算出的空间直角坐标（X, Y, Z）转换为用户需要的经纬度、海拔高度等地理坐标，并通过接口输出。
三大系统主要特点与信号差异
特性
GPS (美国)
北斗 BDS (中国)
Galileo (欧盟)
状态
完全运行
全球组网完成 (BDS-3)
在轨验证/初步运行阶段 (逐步部署)
卫星数
~31 (工作星)
~35+ (含BDS-2和BDS-3工作星)
~28+ (在建中)
轨道类型
MEO (中地球轨道)
GEO (地球静止轨道) + IGSO (倾斜地球同步轨道) + MEO
MEO
特色服务
标准定位服务、精密定位服务 (军用)
全球短报文通信 (独特功能)、区域短报文、星基增强
高精度开放服务 (HAS)、政府加密服务、搜救服务
主要开放信号
L1 C/A, L1C, L2C, L5
B1I (1561.098 MHz), B1C (1575.42 MHz), B2a, B2b, B3I
E1 (1575.42 MHz), E5a, E5b, E6
信号调制
BPSK, BOC, MBOC
BPSK, BOC, AltBOC, QMBOC
BOC, CBOC, AltBOC
设计目标
成熟稳定，全球覆盖，军用为主兼顾民用
独立自主，区域增强，特色通信服务
高精度，高完好性，民用为主
互操作频点
L1 (1575.42 MHz) / L5 (1176.45 MHz)
B1C/B2a (1575.42 MHz / 1176.45 MHz)
E1/E5a (1575.42 MHz / 1176.45 MHz)
总结：
导航仪通过接收来自至少四颗不同卫星的信号，精确测量信号传播时间（计算伪距），并解码信号中包含的卫星位置和时钟信息。利用三边测量原理，结合解算接收机自身的时钟偏差，最终确定用户的三维位置和时间。
GPS、北斗、伽利略三大系统在定位原理（三边测量）和信号基础技术（扩频、CDMA）上高度一致。它们的差异主要体现在卫星星座构成（轨道类型和数量）、提供的特色服务（如北斗短报文、Galileo高精度开放服务）、以及具体信号频率、调制方式和导航电文格式上。
现代多模GNSS接收机（如常见的GPS+北斗+Galileo接收机）能够同时接收和处理来自多个系统的信号。这大大增加了可见卫星的数量（尤其在复杂城市环境或峡谷中），提高了定位的可用性、精度、可靠性和收敛速度。用户通常无需关心具体使用的是哪个系统，接收机会自动选择最优的卫星组合进行定位。
