GLONASS 系统简介
GLONASS 是 GLObal NAvigation Satellite System( 全球导航卫星系统 ) 的字头缩写,是前苏联从 80 年代初开始建设的与美国 GPS 系统相类似的卫星定位系统,也由卫星星座、地面监测控制站和用户设备三部分组成。现在由俄罗斯空间局管理。 GLONASS 系统的卫星星座由 24 颗卫星组成,均匀分布在 3 个近圆形的轨道平面上,每个轨道面 8 颗卫星,轨道高度 19100 公里,运行周期 11 小时 15 分,轨道倾角 .8 °。 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。 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,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。
GLONASS 系统和 GPS 系统的比较
项目 星座卫星数 轨道面个数 轨道高度 运行周期 轨道倾角 载波频率 传输方式 调制码 时间系统 坐标系统 SA AS 24 6 20183 公里 11 小时 58 分 55 度 L1:1575.42MHz L2:1227.60MHz 码分多址 C/A- 码和 P- 码 UTC WGS-84 有( 2000 年 5 月 1 日取消) 有 GPS 系统 24 3 19100 公里 11 小时 15 分 65 度 L1:1602.56-1615.50MHz L2:1246.44-1256.50MHz 频分多址 S 码和 P 码 UTC SGS-E90 无 无 GLONASS 系统
GPS+GLONASS 系统对纯 GPS 系统的改进
1) 可见卫星数增加一倍: GLONASS 卫星星座组网完成后,可用于导航定位的卫星总数将
增加一倍。在地平线以上的可见卫星数纯 GPS 系统时,一般为 7-11 颗; GPS+GLONASS 系统则可达到 14-20 颗。在山区或城市中,有时因障碍物遮挡,纯 GPS 可能无法工作, GPS+GLONASS 则可以工作。
2) 提高生产效率:在测量应用中, GPS 测量所需要的观测时间取决于求解载波相位整周模糊度所需要的时间。观测时间越长或可观测到的卫星数越多,则用于求解载波相位整周模糊度的数据也就越多,求解结果的可靠性越好。为了提高生产效率,常使用快速定位、实时动态测量( RTK )或后处理动态测量。但要满足一定的精度要求,必须正确求解载波相位整周模糊度,可观测到的卫星数增加得越多,则求解载波相位整周模糊度所需要的观测时间就可缩短得越多,因此 GPS+GLONASS 可以提高生产效率。
3) 提高观测结果的可靠性:用卫星系统进行测量定位的观测结果的可靠性主要决定于用于定位计算的卫星颗数。因此 GPS+GLONASS 将大大提高观测结果的可靠性。
4) 提高观测结果的精度:观测卫星相对于测站的几何分布 (DOP 值 ) 直接影响观测结果的精度。可观测到的卫星越多,则可以 大大改善观测卫星相对于测站的几何分布,从而提高观测结果的精度。
小常识: GLONASS 系统从理论上有 24 颗卫星,但由于卫星使用寿命和资金紧张等问题,实际上目前只有 8 颗。
GLONASS-K型卫星
俄罗斯格洛纳斯与2010年3月2号发射的三颗GLONASS-M型卫星于28号开始正常传输导航信息。俄罗斯的GNSS系统目前包括23颗卫星,其中包括出现信号发生器故障的716号卫星。
我们决定格洛纳斯系统采用两颗备用卫星,与GPS系统类似。俄罗斯航天设备工程公司总经理在26号俄罗斯举办的记者招待会上说到。
今年内还有6颗卫星计划发射,其中包括第一颗GLONASS-K型卫星,今年年底系统将保有24颗卫星完成布星工作,格洛纳斯全球导航卫星系统副总设计师发表了自己的看法。自此除美国GPS系统之外,我们将在未来最先看到完整的格洛纳斯系统,GPS一家独大的情况可能会有所改变。
EGNOS系统是欧洲自主建设的第一个卫星导航系统,它通过增强现在运行的两个军用系统:GPS和 GLONASS,来满足高安全用户的需求。它是欧洲GNSS( global navigation satellite system )计划的第一步,是目前正在研发中的Galileo 计划的前奏。 EGNOS系统是欧洲空间局(ESA) 、欧盟(EU)和欧洲航空安全组织(Eurocontrol) 联合规划的项目,系统总经费3 亿欧元, 欧空局出资2 亿 , 欧盟1亿。欧空局全面负责 EGNOS系统的技术设计和工程建设,并在1999 年和法国阿尔卡特航天工业公司(Alcatel Space )为代表的一个开发集团签署了研发合同, 总金额2114 亿欧元。欧盟负责国际合作,并且确保把各类用户对系统的要求融入到 EGNOS系统的设计和实施中。欧洲航空安全组织设计民用航空需求,并且在系统测试中扮演主要角色。 EGNOS系统由四部分组成:地面部分、空间部分、用户部分和支持系统。 EGNOS空间部分包括 3 颗 GEO 卫星。两颗是Inmarsat-3卫星,一颗在大西洋东部(AOR-E),另一颗在印度洋IOR)。还有一颗是ESA在非洲上空的地球同步通讯卫星Artemis。
EGNOS地面系统包括MCC(主控制中心),RIMS站(测距与完好性监测站)和陆地导航地球站(NLES)。
用户部分包括:用于空间信号性能验证的EGNOS接收机,以及水运、空运和陆运用户专用设备;系统静态和动态测试平台,用于用户接收机验收、系统性能证明、定位误差比较分析。
支持系统包括EGNOS广域差分网以及系统开发验证平台、工程详细技术设计、系统性能评价以及问题发现等支持系统。