俄罗斯全球卫星导航系统GLONASS

俄罗斯全球卫星导航系统----GLONASSGLObalNAvigationSatelliteSystem制作者:郑国宁电话:[phone]前苏联的CICADA美国子午卫星系统的诱导下，前苏联海军也于1965年开始建立一个卫星导航系统，称之为CICADA，该系统由12颗卫星组成。它与NNSS相似，同属于第二代导航系统。1995年3月7日，俄罗斯联邦政府宣布解密，供民间使用。第二代定位系统存在严重的局限性：1）卫星少，不能实时定位。2）轨道低，难以精密定轨。3）频率低，难以补偿电离层效应的影响。制作者:郑国宁电话:[phone]GLONASS组建建立“格罗纳斯”系统的动议可以追朔到上世纪60年代。苏联军方确认需要一个卫星无线电导航系统（SRNS）用于规划中的新一代弹道导弹的精确导引。当时已有的CICADA卫星导航系统接收站需要好几分钟的观测才能确定一个位置，显然不能达到军方要求。1968-1969年，苏联国防部、科学院和海军的一些研究所联合起来要为海、陆、空、天武装力量建立一个单一的解决方案。1970年这个系统的需求文件编制完成。经论证后，1976年苏联颁布法令确定建立“格罗纳斯”系统。GLONASS工作测试开始于苏联1982年10月12日发射第一颗试验卫星，整个测试计划分两个阶段完成。第一阶段（1982-1990年）到1984-1985年，由4颗卫星组成的试验系统达到验证系统的基本性能指标。空间星座从1986年开始逐步扩展，到1990年系统第一阶段的测试计划已经完成，当时空间星座已有10颗卫星，布置在轨道面1（6颗）和轨道面3（4颗）上。该星座每天制作者:郑国宁电话:[phone]GLONASS组建至少能提供15小时的二维定位覆盖，而三维覆盖至少可达8小时。第二阶段（1990年-1995年）GLONASS测试计划的第二阶段主要完成对用户设备的测试，随着空间星座1996年1月18日最终布满24颗工作卫星而告结束。俄罗斯耗资30多亿美元.GLONASS的主要作用是实现全球、全天候的实时导航与定位，还可用于全球时间传递。2003年9月24日，是俄联邦政府总统正式宣布俄罗斯GLONASS系统开始服役的十周年纪念日。制作者:郑国宁电话:[phone]GLONASS系统构成---空间卫星部分空间卫星部分由24颗GLONASS卫星组成，其中工作卫星21颗，在轨备用卫星3颗，均匀地分布在3个轨道面上。3个轨道面互成120度夹角，每个轨道上均匀分布8颗卫星，轨道高度约19100km，轨道偏心率为0.01，轨道倾角为64.8度。这样的分布可以保证地球上任何地方任一时刻都能收到至少4颗卫星的导航信息，为用户的导航定位提供保障。制作者:郑国宁电话:[phone]GLONASS系统构成---空间卫星部分每颗GLONASS卫星上都装备有着稳定度的铯原子钟，并接收地面控制站的导航信息和和控制指令，星载计算机对其中的导航信息进行处理，生成导航电文向用户广播，控制信息用于控制卫星在空间的运行卫星有六种类型：BlockⅠ,BlockⅡa,BlockⅡb,BlockⅡ以及正在研制中的下一代改进型卫星GLONASS-MⅠ和GLONASS-MⅡ。每颗GLONASS卫星都在L波段上发射两个载波信号L1和L2，民用码仅调制在L1上，而军用码在（L-1和L2）双频上，GLONASS采用频分多址（FDMA）区分卫星信号。制作者:郑国宁电话:[phone]GLONASS系统构成---地面控制部分任务:地面监控部分可实现对定位卫星的整体维护和控制，地面控制设备负责汇集、储存、处理所有在轨卫星的遥测信息，监控系统整体功能的质量。分布:包括系统控制中心和分散在俄罗斯领土上的跟踪控制站网。地面控制部分早先分散于苏联各加盟共和国境内，地面控制中心和时间标准站位于莫斯科，遥测和跟踪站位于圣彼得堡、捷尔诺波尔（乌克兰）、叶尼塞斯克和共青城。苏联解体后，俄关闭了驻国外的监控设备，目前整个控制系统均分布于俄罗斯境内。其中控制中心位于莫斯科州的克拉斯诺兹纳缅斯克市；8个测控站分别位于圣彼得堡、沃尔库塔、雅库茨克、彼得罗巴甫洛夫斯克、叶尼塞斯克、乌兰乌德、乌苏里斯克和基塔布。制作者:郑国宁电话:[phone]GLONASS的系统构成----用户设备部分用户通过“格罗纳斯”接收机接收“格罗纳斯”卫星信号，测量其伪距或载波相位，同时结合卫星星历进行必要的处理便可得到用户的三维坐标、速度和时间。由于“格罗纳斯”系统因为各种原因一直不能实现全功能使用，因此市场上的“格罗纳斯”终端产品远不如GPS完善，且多为“格罗纳斯”和GPS双制式。目前已投放市场的几种主要接收机包括：“格罗纳斯”/GPSAT-302空中定位-授时传感器、KOTLHNMT-102便携式船用收发两用机、“格罗纳斯”/GPSM-103便携式导航接收机、KOTLHNMT-201“格罗纳斯”/GPS船用中波导航差动校正接收机、KOTLHNNT-101“格罗纳斯”/GPS车用接收机和K-161型导航-授时接收器。制作者:郑国宁电话:[phone]GLONASS的系统构成----用户设备部分俄罗斯航天仪表制造科研所表示，俄研制的首批双系统全球定位系统(GPS)和全球卫星导航系统(Glonass，即格罗纳斯)双制式接收器将于2008年上市。由于能够接收美俄两国的双制式信号，如果美国即使像在伊拉克战争期间那样关闭GPS，这种接收器将仍然可以从俄罗斯全球导航卫星系统的卫星上接收到信号。目前，俄罗斯市场销售的接收器只能接收到GPS的信号，这种双模信号的民用接收器为首次上市，可以初步摆脱对美国GPS的依赖，出厂价将为15000卢布至18000卢布(约合4479～5375元人民币)。俄罗斯方面宣称，格罗纳斯系统可将定位精确到几米以内。预计2009年，格罗纳斯全球卫星导航系统中将拥有24颗航天卫星，届时全球上所有居民均可使用其信息。制作者:郑国宁电话:[phone]GLONASS系统的运行状况作为现代战争的“定盘星”，俄罗斯“格罗纳斯”（GLONASS）全球卫星定位系统自1993年投入使用以来历经坎坷。随着俄罗斯国民经济的复苏，它已经走出低谷并逐渐恢复“元气”。GLONASS一开始就没有加SA干扰，所以其民用精度优于加SA的GPS。不过，其应用普及情况则远不及GPS，这主要是俄罗斯没有开发民用市场。另外，GLONASS卫星平均在轨道上的寿命较短，且由于经济困难无力补网，在轨可用卫星少，不能独立组网2003年的伊拉克战争对俄罗斯产生了相当大的震动，迫使俄罗斯领导层再次对太空的军事用途重视起来。近日，俄罗斯空间系统科学研究所所长孟什可夫对记者说，3年前GLONASS经历了最糟糕的时期，当时只有8~10颗卫星在工作，而要该系统发挥完全的作用，需要有24颗卫星。现在只有11颗卫星处于工作状态，但是要使该系统具有军用价值，在轨道上至少要有18颗星。俄罗斯航天的老大难问题就是经费不足。为此，俄罗斯航宇局正试图吸引外资。按航宇局局长科普捷夫的说法，正在和包括中国在内的国家和组织进行商谈来共同恢复GLONASS。希望到2011年该系统将完全恢复。制作者:郑国宁电话:[phone]GLONASS系统的运行状况自2004年起，随着俄罗斯国防定货的拨款规模与国家装备规划相适应，其导航卫星的轨道部署逐渐稳定下来。2005年，国家的国防定货量已完全与航天兵的需求相适应，“格罗纳斯”在轨卫星增至17颗（另有2个激光反射器）。2005年12月和2006年1月，普京总统多次提出要加快“格罗纳斯”定位系统的建设，此后，俄国防部和航天局将“自2007年起为俄境内用户提供导航定位服务”作为航天计划的重要内容纳入议事日程。2006年是恢复卫星在轨部署的头一年，因此该年对于能否完全恢复系统的整体功能来说也是关键的一年。2006年1月19日，俄国防部长伊万诺夫向普京总统汇报时称，他已同俄联邦航天局的有关专家举行多次会议，认为加快“格罗纳斯”系统的建设原则上可行。而总统普京早在2005年6月视察拜科努尔发射场时就已经下令在2007年前而非原定的2008年恢复“全球卫星定位导航系统”在俄本土的工作。2006年4月7日，俄国防部长伊万诺夫在航天局“2001-2005年航天工作总结会”上称：俄将加快“格罗纳斯”卫星定位系统的建设，争取使其在2007年投入使用。为此，俄政府在2006年追加航天拨款约5300万美元。按照制作者:郑国宁电话:[phone]GLONASS系统的运行状况政府计划，自2006年起俄所有新型运输设备均应装备“格罗纳斯”接收机，同时所有的武器装备也将全面配备卫星接收机，特别是为部队基层指挥员逐渐配发个人卫星接收机。有国家元首的支持和政府经费的保障（2007年俄拨款40亿卢布，比去年多一倍），到2007年底该系统在轨的全状态工作卫星将达到18颗。通常情况下，当导航卫星总数达到24颗时便能做到将地球“尽收眼底”。而要使系统充分发挥基本的导航定位功能，在轨卫星至少需要18颗，这对俄罗斯来说尚需半年多时间。按照计划，俄罗斯将于2007年12月发射3颗新一代“格罗纳斯”卫星，届时即可对俄境内的目标达到不间断导航，但地球其他部分地点仍将有1个半小时的间断期。截止2007年4月14日尚有19颗“格罗纳斯”卫星在轨运行，其中在用的12颗（至少有4颗M型）；即将纳入系统的1颗；临时进行技术保养的3颗；即将撤出系统的3颗。在用的12颗卫星中，轨道面I有7颗，序号分别为796、794、789、795、701、712、797；轨道面II有2颗，序号分别为717和715；轨道面III有3颗，序号分别为798、714、713。目前，制作者:郑国宁电话:[phone]GLONASS系统的运行状况“格罗纳斯”定位卫星对俄境内目标的导航间断时间为2.49小时，全球间断时间为4.47小时。存在的主要问题是卫星信号质量不尽人意，导航精度仅为10-15米、时间精度20-30纳秒、速度精度为0.01米/秒。与GPS和“伽利略”相比存在明显差距。目前该系统已处于“国家级水准”，并达到了国防需求的最低水平，卫星信号可以覆盖俄85%的国土面积，30%由军队使用，70%供民用，正在为边防人员、生物资源的保护、航空业、航天业、运输业及日常生活用户提供服务。为了提高系统完全工作阶段的效率和精度性能、增强系统工作的完善性，已经开始了GLONASS系统的现代化计划。主要内容如下：改善GLONASS与其它无线电系统的兼容性；改进卫星子系统；改进地面控制系统；配置差分子系统。制作者:郑国宁电话:[phone]改频计划解决GLONASS信号与其它电子系统相互干扰的另外一种有效办法是使GLONASS象GPS那样，使用码分多址（CDMA），即所有卫星均采用相同的发射频率，该频率可以很接近GPS的或者就用GPS的频率。这样，两个系统的兼容问题可大大改善，并使某些干扰问题降到最小。据报道，美国洛克韦尔公司决定协助俄罗斯改进GLONASS。是将GLONASS的频率改为GPS的频率，便于世界民用。此项计划将耗资470万美元。GLONASS采用频分制，24颗卫星L1信号的总频带宽度为1602～1615.5±0.51MHz。显然该频段的高端频率与传统的射电天文频段（1610.6～1613.8MHz）重叠。另外ITUWARC-92又决定将1016-1626.5MHz频段分配给低地球轨道（LEO）移动通信卫星使用，因此要求GLONASS改变频率，即让出高端频率。1993年9月俄罗斯作出响应，决定在同一轨道面上相隔180°（即在地球相反两侧）的两颗卫星使用同一频道。于是，在仍保持频分多址的情况下，系统总频道数可减少一半，因而可让出高端频率。制作者:郑国宁电话:[phone]下一代改进型卫星和未来的星座在1996年12月的有关会议上，美国的代表要求俄罗斯加快实施GLONASS的改频计划，并希望俄罗斯能在