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GPS最强大的对手 格洛纳斯完全解析

BEAREYES.COM 北京 [ 转载 ] 作者:小熊在线-xz 日期:2008年10月16日

    “格洛纳斯GLONASS”是俄语中“全球卫星导航系统GLOBAL NAVIGation SATELLITE SYSTE”的缩写。作用类似于美国的GPS、欧洲的伽利略卫星定位系统。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,该系统将于2007年年底之前开始运营,届时只开放俄罗斯境内卫星定位及导航服务。到2009年年底前,其服务范围将拓展到全球。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。小熊在线www.beareyes.com.cn

系统简介

数量:24颗卫星组成;

精度:10米左右;

用途:军民两用;

进展:目前已有17颗卫星在轨运行,计划2008年全部部署到位。小熊在线www.beareyes.com.cn

    全球导航卫星系统(GLONASS)是由苏联(现由俄罗斯)国防部独立研制和控制的第二代军用卫星导航系统,与美国的GPS相似,该系统也开设民用窗口。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。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。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。小熊在线www.beareyes.com.cn

    “格洛纳斯”系统标准配置为24颗卫星,而18颗卫星就能保证该系统为俄罗斯境内用户提供全部服务。该系统卫星分为“格洛纳斯”和“格洛纳斯-M”两种类型,后者使用寿命更长,可达7年。研制中的“格洛纳斯-K”卫星的在轨工作时间可长达10年至12年。小熊在线www.beareyes.com.cn

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。小熊在线www.beareyes.com.cn

1.GLONASS星座

    GLONASS星座由21颗工作星和3颗备份星组成, 所以GLONASS星座共由24颗卫星组成。24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1.91万公里,运行周期11小时15分,轨道倾角64.8度

2 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。小熊在线www.beareyes.com.cn

3 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。小熊在线www.beareyes.com.cn

    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。小熊在线www.beareyes.com.cn

    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。小熊在线www.beareyes.com.cn

    GLONASS系统单点定位精度水平方向为16M,垂直方向为25M。小熊在线www.beareyes.com.cn

    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。小熊在线www.beareyes.com.cn

    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。小熊在线www.beareyes.com.cn

    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。小熊在线www.beareyes.com.cn

    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。小熊在线www.beareyes.com.cn

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。小熊在线www.beareyes.com.cn

伽利略、GLONASS和GPS对比

    目前,世界上正在运行的全球卫星导航定位系统主要有两大系统:一是美国的GPS系统,二是俄罗斯的“格鲁纳斯”系统。近年来,欧洲也提出了有自己特色的“伽利略”全球卫星定位计划。因而,未来密布在太空的全球卫星定位系统将形成美、俄、欧操纵的GPS、“格鲁纳斯”、“伽利略”三大系统“竞风流”的局面。小熊在线www.beareyes.com.cn

GPS独占鳌头

    GPS系统由24颗工作卫星和4颗备用卫星组成。它们分布在6个等间距的轨道平面上,轨道面相对赤道的夹角为55度,每个轨道面上有4颗工作卫星,卫星的轨道接近圆形,轨道高度为2.01836万公里,周期约12小时。GPS能覆盖全球,用户数量不受限制。其所发射的信号编码有精码与粗码。精码保密,主要提供给本国和盟国的军事用户使用;粗码提供给本国民用和全世界使用。精码给出的定位信息比粗码的精度高。GPS系统能够连续、适时、隐蔽地定位,一次定位时间仅几秒到十几秒,用户不发射任何电磁信号,只要接受卫星导航信号即可定位,所以可全天候昼夜作业,隐蔽性好。小熊在线www.beareyes.com.cn

GLONASS不甘落后

    俄罗斯GLONASS卫星定位系统拥有工作卫星21颗,分布在 3个轨道平面上,同时有3颗备份星。每颗卫星都在1.91万公里高的轨道上运行,周期为11小时15分。因GLONASS卫星星座一直处于降效运行状态,现只有8颗卫星能够正常工作。GLONASS的精度要比GPS系统的精度低。为此,俄罗斯正在着手对 GLONASS进行现代化改造,12月就发射了3颗新型“旋风”卫星。该卫星的设计寿命将为7~8年(现行卫星寿命为3年),具有更好的讯号特性。小熊在线www.beareyes.com.cn

GLONASS与GPS有许多不同之处:

    一是卫星发射频率不同。GPS的卫星信号采用码分多址体制,每颗卫星的信号频率和调制方式相同,不同卫星的信号靠不同的伪码区分。而GLONASS采用频分多址体制,卫星靠频率不同来区分,每组频率的伪随机码相同。由于卫星发射的载波频率不同,GLONASS可以防止整个卫星导航系统同时被敌方干扰,因而,具有更强的抗干扰能力。小熊在线www.beareyes.com.cn

    二是坐标系不同。GPS使用世界大地坐标系(WGS-84),而GLONASS使用前苏联地心坐标系(PE-90)。小熊在线www.beareyes.com.cn

    三是时间标准不同。GPS系统时与世界协调时相关联,而GLONASS则与莫斯科标准时相关联。小熊在线www.beareyes.com.cn

“伽利略”后来居上

    “伽利略”系统是欧洲计划建设的新一代民用全球卫星导航系统,预计2008年系统建成并投入运营。按照规划,“伽利略”计划将耗资约27亿美元,星座由30颗卫星组成。卫星采用中等地球轨道,均匀地分布在高度约为2.3万公里的3个轨道面上,星座包括27颗工作星,另加3颗备份卫星。系统的典型功能是信号中继,即向用户接收机的数据传输可以通过一种特殊的联系方式或其他系统的中继来实现,例如通过移动通信网来实现。“伽利略”接收机不仅可以接受本系统信号,而且可以接受GPS、“格鲁纳斯”这两大系统的信号,并且具有导航功能与移动电话功能相结合、与其他导航系统相结合的优越性能。小熊在线www.beareyes.com.cn

    “伽利略”系统与GPS系统的主要区别在于:

    “伽利略”系统确定地面位置或近地空间位置要比GPS精确10倍。其水平定位精度优于10米,时间信号精度达到1 00纳秒。必要时,免费使用的信号精确度可达6米,如与GPS合作甚至能精确至4米。一位电子工程师举例说明了这个区别:“如今的GPS只能找到街道,而‘伽利略 ’系统则能找到车库门。”

文章来源:互联网整理

BEAREYES.COM 北京 日期:2008年10月16日

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