GLONASS1 - 副本

GLONASS卫星导航系统摘要：谈到全球卫星导航系统，人们首先想到的是美国的GPS系统，而俄罗斯的格洛纳斯鲜为人知。恐怕很少有人知道，格洛纳斯的正式组网比GPS还早，这也是美国加快GPS建设的重要原因之一。不过苏联的解体让格洛纳斯受到很大影响，正常运行卫星数量大减，甚至无法为为俄罗斯本土提供全面导航服务，更不要说和GPS竞争。到了21世纪初随着俄罗斯经济的好转，格洛纳斯也开始恢复元气，推出了格洛纳斯-M和更现代化的格洛纳斯-K卫星更新星座。下面介绍格洛纳斯的系统组成、原理、应用等。GLONASS卫星导航系统“格洛纳斯GLONASS”是俄语中“全球卫星导航系统GLOBALNAVIGATIONSATELLITESYSTE”的缩写。GLONASS的正式组网比GPS还早，不过由于苏联的解体让格洛纳斯系统停滞了几年，正常运行卫星数量大减，甚至无法为为俄罗斯本土提供全面导航服务。到了21世纪初随着俄罗斯经济的好转，格洛纳斯也开始恢复元气。（1）抗干扰能力强（2）GLONASS系统采用了军民合用、不加密的开放政策（3）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）。一、GLONASS系统由控制、空间和用户三个部分组成。1.1控制部分控制部分也称为地基控制设施，由系统控制中心、分布在俄罗斯各地的指令跟踪站网和导航场监测设备组成。1.2控制中心GLONASS系统的控制中心位于距莫斯科40km处的戈利希诺市。系统控制中心收集测控站的信息，形成服务信息数组（包括星历、历书和时频修正值）、星载设备控制程序和一次有效的控制指令，并通过控制站向卫星星载设备注入服务信息和控制程序。此外，对每一个卫星的星载设备的工作进行操作控制。1.3测控站GLONASS的控制站分布在莫斯科、列宁格勒、叶尼塞斯克、共青团城、萨雷沙甘（哈萨克斯坦）和捷尔诺波剌（乌克兰）。前苏联解体后，乌克兰和哈萨克斯坦境内的控制站不再参加GLONASS系统的保障工作，所有任务由俄罗斯境内的控制站来承担。俄罗斯（前苏联）布站的考虑一是要可靠地解决整个星座的测量任务，以便每天能向系统所有卫星注入一次高精度的星历和时间修正值（有可能一天注入两次星历和时间修正值）。甚至当一个站出现故障时，也可用另一个站代替完成任务；二是必须保障GLONASS系统所有卫星只能从俄罗斯境内获取高精度信息，为保障连续工作，测控站设备都有备份系统；三是必须使用航空航天部队已有的中心和测控站设施。按照这种考虑，测控站分布有一定的冗余度。因此在前苏联解体以后，不再使用前苏联加盟共和国境内的测控站设备时，并未影响到GLONASS系统的精度。俄联邦航天署副局长达维多夫在近期俄美总统委员会创新合作工作组会议上表示，航天署提议在同美国GPS全球定位系统合作的框架内在美境内部署格洛纳斯测量站。达维多夫指出，目前GPS与GLONASS系统是全球仅有的得到完全部署的轨道导航卫星集群。据他称，俄罗斯境内有19个GPS系统测量站，而相应的，美国境内并没有类似的GLONASS系统测量站。他说：“我们提议考虑在交流测量数据方面开展合作，在美国境内部署8个GLONASS（系统）的测量站。”2.1空间部分GLONASS卫星群组成空间部分，整个星座计划由21~24颗卫星组成。GLONASS卫星分布在相隔120的三个轨道面上，升交点赤经相互间隔120。每一个轨道面有7~8颗卫星，这7~8颗卫星彼此等距，升交距角为45，相邻轨道面上卫星之间升交距角相差15。这些卫星被放置到倾角为64.8，半长轴约为25510km的标称圆轨道上，卫星轨道高度为18840~19940km，轨道周期约为675.8min。卫星的地面轨迹每17圈或8个恒星日重复一次，并且均纳入宇宙号卫星系列。卫星由”质子号”火箭从位于哈萨克斯坦列宁斯克附近的拜克努尔发射场一次3颗发射升空。从已发射的卫星来看，卫星重量一般1300kg，寿命为3~4年。按照俄罗斯空间局权威人士的话说，GLONASS卫星设计寿命均为3年，但通过地面对卫星系统的巧妙管理，每颗卫星的平均工作寿命可超过4.5年。每颗卫星都配备有铯时间/频率标准，以形成高稳定度的星上时间标准，并保证星上设备所有程序的同步。星上计算机对从地面控制设备中发射来的导航信息进行处理，转换成用户所需要的导航信息格式。卫星播放两种导航信号：标准精度的导航信号和高精度的导航信号。所有民用用户都可以经常性地在全球范围内享用标准精度导航信号提供的信息，这一信息可保证确定水平坐标的精度为50~70m（概率为99.7%），垂直坐标的精度70m（概率为99.7%），速度矢量分量的精度为15cm/S（概率为99.7%），时间精度为1μS。GLONASS相继各批号卫星都包含设备的改进和使用寿命的增加。根据”全球导航卫星系统-M”计划，俄罗斯军事航天力量从1996年下半年开始进行飞行试验。有资料显示，第二代GLONASS卫星，即GLONASS-M改进了姿控和铯钟稳定性、改变了L1频率、降低了带外辐射干扰和采用双频测距等技术，以提高定位精度，预期寿命为5~7年，在L1和L2上都有C/A码。GLONASS-M卫星不仅寿命长，而且发射体积小、重量轻，可以使用”联盟”中型运载火箭从俄罗斯北部的普列谢茨克航天发射场进行发射。另外，设计之中的第三代GLONASS改进型卫星，即GLONASS-K卫星的在轨寿命为10~15年，其重量将只有现在的GLONASS卫星的一半，一枚质子号运载火箭可发射6颗这样的卫星。GLONASS-M和K卫星均可以使用”联盟”中型运载火箭从俄罗斯北部的普列谢茨克航天发射场进行发射2013年7月2日，搭载三颗“格洛纳斯-M”导航卫星的俄罗斯质子-M运载火箭在哈萨克斯坦拜科努尔航天发射场点火升空后发生偏转并爆炸解体。俄罗斯联邦航天局称，目前Glonass导航系统在轨卫星共29颗。其中，其中有23颗在轨运行，3颗备用卫星，2颗正在维护，还有一颗正处于试飞阶段。2.2用户部分GLONASS是一个具有双重功能的军用/民用系统。所有军用和民用GLONASS用户构成用户部分。该系统的潜在民用前景巨大，而且与GPS互为补充。不过，格洛纳斯导航系统虽已投入全面运行，但与GPS相比，其民用化仍大大落后。实现全球覆盖的格洛纳斯，在全球的民用和商业用户仍然少得可怜，主要原因是其用户端的设备发展一直严重滞后。比如，第一批俄制格洛纳斯车用导航设备2007年才出台，却比性能相似的GPS接收机还要笨重和昂贵。而且，市场上的格洛纳斯接收机品种很少，对消费者来说难以普及。俄罗斯在2012年的第一季度出台了新的GLONASS发展计划——«GLONASS系统2012—2020年维护、发展以及应用计划»,计划总投资高达3465亿卢布(约合120亿美元),用于该系统未来九年间的发展建设。2012年俄罗斯并未发射GLONASS卫星,截至2012年12月26日GLONASS系统在轨卫星共29颗,其中24颗工作,1颗测试,3颗备用,1颗维护。二、出台新的GLONASS系统发展计划«GLONASS系统2002—2011年发展计划»于2011年12月31日结束,从2001年到2011年,俄罗斯政府一直积极进行GLONASS系统星座的恢复工作,截至2011年12月1日的统计,累计投入资金高达1071亿卢布。紧接着,俄罗斯政府着手制定了GLONASS系统2012—2020年间的下一步发展计划。这项名为«GLONASS系统2012—2020年维护、发展以及应用计划»的投资计划于2012年1月28日递交俄罗斯政府,并于2012年3月3日得到批准,计划总投资高达3465亿卢布(约合120亿美元),其中3264亿卢布(约94%)预算明确,其余部分尚不确定。三、与其他定位系统一样，GLONASS系统主要功能也是定位和导航。GLONASS技术，可为全球海陆空以及近地空间的各种军、民用户全天候、连续地提供高精度的三维位置、三维速度和时间信息。这样为海军舰船、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。GLONASS在定位、测速及定时精度上则优于施加选择可用性（SA）之后的GPS，由于俄罗斯向国际民航和海事组织承诺将向全球用户提供民用导航服务，并于1990年5月和1991年4月两次公布GLONASS的ICD，为GLONASS的广泛应用提供了方便，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的公开化，打破了美国对卫星导航独家经营的局面，既可为民间用户提供独立的导航服务，又可与GPS结合，提供更好的精度几何因子（GDOP）；同时也降低了美国政府利用GPS施以主权威慑给用户带来的后顾之忧，因此，引起了国际社会的广泛关注。GPS定位技术由于其具有实时、连续、全天候等特点,越来越在车辆导航和监控系统等实时动态定位中发挥重要作用。然而,当车辆行驶在两旁高楼林立的城区街道或林荫道上时,存在GPS卫星信号被遮挡而失锁的问题,有时可见星少于3颗,GPS接收机无法定位,或只能接收3颗卫星的信号,定位精度很差,从而影响车辆导航和监控系统的实时动态定位精度和可靠性。俄罗斯的GLONASS系统自从1995年以来已投入使用,也能够为全球用户提供类似于GPS的导航定位功能,而且不象GPS受SA和AS政策的干扰。近几年,人们开始考虑用GLONASS增强GPS,即组合GPS/GLONASS。通过综合GPS和GLONASS这两种系统的特点,取长补短,则可以获得较高的车辆导航和监控系统的定位精度及可靠性。目前已有包括苹果iPhone4S、iPhone5、iPad3、iPad4、SamsungGalaxy系列、索尼Xperia系列手机、魅族MX2、NokiaLumia920、华硕Padfone2等iOS、Android、WindowsPhone8系统的智能手机搭载了GLONASS和GPS双定位系统。四、关于GLONASS系统各方面应用的简单介绍1.航空建设的全球导航星座，它与GPS配合起来，可以大大提高导航卫星的可用性，使单一的GPS市区可用性大大提高。地面改正数据可以通过静地卫星转发给飞机。2.航海卫星导航接收机广泛地用于海上行驶的各类船只，DGPS则广泛地用于沿岸与进港，以及内河行驶的船只，精度可达到2-3m。在卫星导航接收机与无线通信手段集成后，该系统便成为一个位置报告系统和紧急救援系统。许多渔船将GPS与雷达和鱼探器结合在一起，产生明显的经济效益。3.通信与导航的融合卫星导航接收机与无线电通信机的结合是自然发生的，这种融合产生的意义是非常深远的。4.人员跟踪个人跟踪的应用需求与E911这类导航手机或称定位手机思路相似，但其产品类型和主要功能定位则与它们大相径庭。首先要求其体积和功耗要小，便于隐藏或佩带，如手表之类。其应用功能可以由中心加以激活或启动，以利于获取佩带者所在位置。5.消费娱乐徒步旅行者、猎人、越野滑雪者，野外工作人员和户外活动者现在常应用袋式定位器，配上电子地图，可以在草原、大漠、乡间、山野或无人区内找到自己的目的地。6.测绘GLONASS测绘还可用于绘图、地藉测量、地球板块测量、火山活动监测、GIS领域、大桥监测、水坝监测、滑坡监测、大型建筑物监测等。这种测量技术的实时动态化(RTK)可以用于海洋河道公路测量，以及矿山、大型工程建设工地等作为自动化管理和机械控制。7.授时GLONA设备还用于作为时间同步装置，特别是作为交易处理定时(如在ATM机中)和通信网络中应用。8.车辆监控管理9.汽车导航与信息服务10.其它五、问题提问1、格洛纳斯和GPS抗干扰性比较GLONASS采用频分多址（FDMA）编码方式，而GPS则采用了码分多址（FDMA），就抗干扰性而言，由于CDMA采用了扩频处理，故其抗干扰性能好，可与同频带的窄带共存而不影响其工作。所以码分多址比频分多址要强得多，因此G