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格洛纳斯(GLONASS)简介

日期:2015-08-10 / 人气:

格洛纳斯(GLONASS)是“全球卫星导航系统GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM”的缩写,类似于美国的GPS、欧洲的伽利略卫星定位系统、中国的北斗卫星导航系统。

最早开发于苏联时期,后由俄罗斯继续该计划。俄罗斯1993年开始独自建立本国的全球卫星导航系统。按计划,该系统于2007年开始运营,当时只开放俄罗斯境内卫星定位及导航服务。到2009年,其服务范围已经拓展到全球。

该系统主要服务内容包括确定陆地、海上及空中目标的坐标及运动速度信息等。系统已经于2011年1月1日在全球正式运行。根据俄罗斯联邦太空署信息中心提供的数据(2012年10月10日),目前有24颗卫星正常工作、3颗维修中、3颗备用、1颗测试中。

采用两种信号接入体制

格洛纳斯项目是苏联在1976年启动的项目,格洛纳斯系统将使用24颗卫星实现全球定位服务,可提供高精度的三维空间和速度信息,也提供授时服务。按照设计,格洛纳斯星座卫星由中轨道的24颗卫星组成,包括21颗工作星和3颗备份星,分布于3个圆形轨道面上,轨道高度 19100千米,倾角64.8°。和GPS系统不同,格洛纳斯系统使用频分多址(FDMA)的方式,每颗格洛纳斯卫星广播两种信号,L1和L2信号。具体地说,频率分别为L1=1602+0.5625*k(MHz)和L2=1246+0.4375*k(MHz),其中 k为1~24为每颗卫星的频率编号,同一颗卫星满足L1/L2=9/7。在2013年前后发射GLONASS-K2卫星在原来的FDMA频率附近另加3个CDMA信号。

目前,格洛纳斯的定位精度有了很大提高,dL = 0.6m,dB = 2.1m,dH = 6.6m, HDOP = 0.9, PDOP = 1.9,GDOP = 2.2,见下图数据:

系统组成

由卫星星座、地面监测控制站和用户设备三部分组成。

GLONASS星座

GLONASS 星座由27颗工作星和3颗备份星组成,所以GLONASS星座共由30颗卫星组成。27颗星均匀地分布在3个近圆形的轨道平面上,这三个轨道平面两两相隔120度,每个轨道面有8颗卫星,同平 面内的卫星之间相隔45度, 轨道高度2.36万公里,运行周期11小时15分,轨道倾角56度。

地面支持系统

地面支持系统由系统控制中心、中央同步器、遥测遥控站(含激光跟踪站)和外场导航控制设备组成。地面支持系统的功能由前苏联境内的许多场地来完成。随着苏联的解体,GLONASS系统由俄罗斯航天局管理,地面支持段已经减少到只有俄罗斯境内的场地了,系统控制中心和中央同步处理器位于莫斯科, 遥测遥控站位于圣彼得堡、捷尔诺波尔、埃尼谢斯克和共青城。

用户设备

GLONASS 用户设备(即接收机)能接收卫星发射的导航信号,并测量其伪距和伪距变化率,同时从卫星信号中提取并处理导航电文。接收机处理器对上述数据进行处理并计算出用户所在的位置、速度和时间信息。GLONASS系统提供军用和民用两种服务。GLONASS系统绝对定位精度水平方向为16米,垂直方向为25米。目前,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定位、导航和时频领域等。

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,最近一次是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。

技术难点

  1. 目前GLONASS工作不稳定,卫星工作寿命短,在轨卫星只12颗;
  2. GLONASS用户设备发展缓慢,生产厂家少,设备体积大而笨重;
  3. 由于GLONASS采用的是FDMA,所以用户接收机中频率综合器复杂;
  4. 对GPS/GLONASS兼容接收机,需解决两系统的时间和坐标系统问题。

应用范围

卫星导航首先是在军事需求的推动下发展起来的,GLONASS与GPS一样可为全球海陆空以及近地空间的各种用户提供全天候、连续提供高精度的各种三维位置、三维速度和时间信息(PVT信息),这样不仅为海军舰船、空军飞机、陆军坦克、装甲车、炮车等提供精确导航;也在精密导弹制导、C3I精密敌我态势产生、部队准确的机动和配合、武器系统的精确瞄准等方面广泛应用。另外,卫星导航在大地和海洋测绘、邮电通信、地质勘探、石油开发、地震预报、地面交通管理 等各种国民经济领域有越来越多的应用。GLONASS的出现,打破了美国对卫星导航独家垄断的地位,消除了美国利用GPS施以主权威慑给用户带来的后顾之忧,GPS/GLONASS兼容使用可以提供更好的精度几何因子,消除GPS的SA影响,从而提高定位精度。

编辑:河南北斗