[科普中国]-俄罗斯全球导航卫星系统

机制

与美国的GPS系统不同的是GLONASS系统采用频分多址(FDMA)方式，根据载波频率来区分不同卫星（GPS是码分多址（CDMA），根据调制码来区分卫星）。每颗GLONASS卫星发播的两种载波的频率分别为L1=1,602+0.5625k(MHz)和L2=1,246+0.4375k(MHz)，其中k=1～24为每颗卫星的频率编号。所有GPS卫星的载波的频率是相同，均为L1=1575.42MHz和L2=1227.6MHz。

GLONASS卫星的载波上也调制了两种伪随机噪声码：S码和P码。俄罗斯对GLONASS系统采用了军民合用、不加密的开放政策。

GLONASS系统单点定位精度水平方向为16m，垂直方向为25m。

GLONASS卫星由质子号运载火箭一箭三星发射入轨，卫星采用三轴稳定体制，整量质量1400kg，设计轨道寿命5年。所有GLONASS卫星均使用精密铯钟作为其频率基准。第一颗GLONASS卫星于1982年10月12日发射升空。到目前为止，共发射了80余颗GLONASS卫星，仅2000年10月13日发射了三颗卫星。截止2001年1月10日为止尚有10颗GLONASS卫星正在运行。

为进一步提高Glonass系统的定位能力，开拓广大的民用市场，俄政府计划用4年时间将其更新为Glonass-M系统。内容有：改进一些地面测控站设施；延长卫星的在轨寿命到8年；实现系统高的定位精度：位置精度提高到10～15m，定时精度提高到20～30ns，速度精度达到0.01m/s。

另外，俄计划将系统发播频率改为GPS的频率，并得到美罗克威尔公司的技术支援。

GLONASS系统的主要用途是导航定位，当然与GPS系统一样，也可以广泛应用于各种等级和种类的测量应用、GIS应用和时频应用等。

现状起初，前苏联要用20年时间发射76颗GLONASS卫星。到1995年，俄罗斯只完成24颗中高度圆轨道卫星加1颗备用卫星组网，耗资30多亿美元，此卫星网由俄罗斯国防部控制。 GLONASS空间部分也由24颗卫星组成。俄罗斯对GLONASS系统采用了军民合用、不加密的开放政策。GLONASS系统单点定位精度水平方向为16m，垂直方向为25m。其应用普及情况远不及GPS。前一时期由于经济困难无力补网，原来在轨卫星陆续退役，现在轨道上只有6颗星可用，不能独立组网，只能与GPS联合使用。

全球导航卫星系统是从1982年10月2日开始启动的。1993年9月拥有12颗卫星的这一系统正式运行。2005年该系统卫星集群的卫星从2004年的14颗增加到17颗。未来几年卫星集群将由使用寿命为7年的新一代“全球导航卫星系统-M”型卫星和使用寿命为10年的“全球导航卫星系统-K”型卫星扩充。

在联邦航天项目框架内，到2012年年底俄罗斯全球导航卫星系统计划将卫星集群的卫星数量增至24颗。

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俄联邦太空署信息中心提供的资料显示，GLONASS为提供全球、全天候免费服务卫星信号，可用性如下右图，覆盖全球范围。

同时，从衡量定位精度的几何精度因子（PDOP）快照截图可以看出，世界上大多数国家的PDOP值小于3（黄色标识），表明良好的能见度和GLONASS星座有利的几何位置精度。数值越小精度越高。

定位精度一直在提升，2013年可以达到1.5米（2D RMS）。23

组成GLONASS卫星星座GLONASS卫星导航系统拥有工作卫星21颗，同时还有3颗备份卫星。卫星星座的轨道为3个等间隔椭圆轨道面，24颗卫星均布于该3个轨道。3个轨道平面的相互夹角按升交点经度计算为120°，编号按地球自西向东的旋转方向递增，分别为No．1、No．2、No．3。1～8号卫星在No．1轨道，其余类推。各轨道的卫星编号均按卫星运动的反方向递增。轨道倾角64．8°±0．3°，轨道偏心率为±0．01。卫星距地面高度为1．91万km，运行周期为1 1h15m45 s。由于GLONASS卫星轨道倾角大于GPS卫星的轨道倾角，故在高纬度(50度以上)地区的可视性较好。地面用户每天提前4．07min见到同一颗卫星，在中国境内可见到24颗中高度角5度以上的11颗卫星，比能够见到的GPS卫星要多3～4颗。每颗GLONASS卫星上都装有铯原子钟，以产生高稳定的时间标准，并向所有星载设备提供同步信号。星载计算机将从地面控制站接收到的信息进行处理，生成导航电文向地面用户播发。4

地面控制系统地面控制系统包括一个系统控制中心(设在莫斯科的Golisyno-2)，一个指令跟踪站(CTS)，网络分布在俄罗斯境内。CTS跟踪着GLONASS可视卫星，遥测所有卫星，进行测距数据的采集和处理，并向各卫星发送控制指令和导航信息。在地面控制站(GCS)内有激光测距设备对测距数据作周期修正，为此所有GLONASS卫星上都装有激光反射镜。4

用户设备GLONASS用户端设备为用户接收机。用户通过GLONASS用户接收机同步、追踪4颗及以上卫星，将接收的

信号计算出导航者位置坐标值、时间等。实际应用中一般设计为能同时接收GLONASS、GPS卫星信号，如下图示。用户接收机可以单独使用GLONASS卫星信号定位，也可与GPS组合使用定位。结合GPS与GLONASS，对提升精度或整体性改善度是一个很好的选择。相对于GPS设备，GLONASS组合定位用户接收机优势如下：

1、精度因子改善。由于结合GPS与GLONASS卫星，可视卫星数量增加与几何关系的改善，可降低精度因子，也可提升定位精度。

2、避免地形遮蔽的影响。对于城市峡谷或山区而言，可视卫星数量可能低于4颗而导致无法定位。若结合GPS与GLONASS，可克服地形遮蔽的影响。

3、增强整体性。由于有了更多可视卫星，导航者在自主式侦测时，可以较容易侦测与分辨异常现象，也增强了整体性。

4、增强妥善性。结合了GPS与GLONASS后，导航者的正常动作较不会是受到某颗卫星异常的影响。较容易取得持续的服务与较高的妥善率。5

全球部署根据俄罗斯GLONASS-NIS（俄罗斯GLONASS国家服务运营商）提供的信息，俄罗斯GLONASS在全球布局推广：

乌克兰：合作中；白俄罗斯：合作中；哈萨克斯坦：谈判中；印度：合作中；委拉瑞拉：谈判中；巴西：合作中；埃及：谈判中；南非：谈判中；土耳其：谈判中。6

典型应用项目在俄罗斯，已经在如下项目中应用GLONASS：

ERA-GLONASS交通事故应急响应

ITS Moscow智能交通莫斯科

Navigation support for majorsporting events国际体育赛事导航支持

Logistics & Transportation Center for the 2014 Winter Olympics in Sochi 2014索契冬奥会物流与交通中心导航支持

Industry solutions 行业应用

International Activities全球部署

Workshop APEC亚太合作7

在中国，GLONASS也在越来越多的领域应用，如精确农业、无人机导航、GIS测绘、个人定位、车载定位与导航、船舶海航等。