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GLONASS全球卫星导航系统

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GLONASS全球卫星导航系统_第1页
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GLONASS 全球卫星导航系统GLONASS 是“ GLOBAL NA VIGATION SATELLITE SYSTE (全球卫星导航系统) ”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 该系统和 GPS 一样, 也采用距离交 会原理进行工作,可为地球上任何地方及近地空间的用户提 供连续的、精确的三维坐标、三维速度及时间信息恐怕很少有人知道,GLONASS 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 GLONASS 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, GLONASS 也开始恢复元气,推出 了 GLONASS-M 和更现代化的 GLONASS-K 卫星更新星座GLONASS 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GLONASS 卫星在轨重量为 1.4 吨,圆柱形星体的两侧配备 有太阳能电池帆板,其面积约为 7 平方米,功率为 1.6kW 卫星体前端安有 12 根 L 波段发射天线,用以向用户发射导 航信号星载铯原子钟为卫星提供基准频率GLONASS 采用频分多址技术,第 i 颗卫星的信号频率 为: 从 1982 年 10 月 12 日发射第一颗 GLONASS 卫星起至 1995 年 12 月 14 日止,先后共发射了 73 颗 GLONASS 卫星,最 终建成了由 24 颗工作卫星组成的卫星星座这 24 颗卫星均 匀分布在三个轨道倾角为 64.8 度的轨道上 相邻轨道面的升 交点赤经之差为 120 度每个轨道面上均匀分布 8 颗卫星 卫星在几乎为圆形的轨道上飞行卫星的平均高度为 19390Km ,运行周期为 11 小时 15 分钟 44 秒GLONASS 的地面监控部分均设在前苏联的本土内其系统 控制中心位于莫斯科, 5 个跟踪站分别位于 Ternopol 、 st. Peterbury、 Eniseisk、 Balkash 、 kom somclsk-cnamur 。

GLONASS 所用的时间系统是前苏联自己维持的 UTC 时间, 除了存在跳秒外,与 GPS 时间之间还有数十纳秒的差异 o GLONASS 所用的坐标系是 PZ90 坐标系,与 GPS 所用的 WGS-84 也不相同GLONASS 卫星虽然已于 1996 年初组网成功并正式投入运 行,但由于卫星的平均寿命过短,一般仅为 2—3 年,加之俄罗斯的经济状况欠佳,没有足够的资金来及时补发新卫 星,所以至 2000 年底卫星数已减少至 6 颗,系统已无法正 常工作 此后,随着经济情况的好转, 俄罗斯政府制定了 “拯 救 GLONASS 的补星计划” ,并着手对系统进行现代化改造, 其主要措施为:( 1)在 2003 年前发射 GLONASS-MI 卫星,卫星的工作寿 命预计为 5 年,在轨重量为 1480kg 2)在 2003 年后发射 GLONASS-M2 卫星,设计工作寿命为 7 年,在轨重量为 2000kg ,并增设第二民用频率(3) 2009 年开始研制第三代的 GLONASS-K 卫星,设计工 作寿命为 10 年,并增设第三个频率 (1201.74 一 1208. 51MHz)0 2010 年后重新建成由 24 颗 GLONASS_M 卫星和 GLONASS-K 卫星组成的卫星星座。

4)2015 年发射新型的 GLONASS-KM 卫星,改进地面 控制系统及坐标系统,使其与 ITRF 框架保持一致,提高卫 星钟的稳定度,以进一步改善系统的性能至 2009 年 12 月 29 日,星座中共有 22 颗卫星,其中 15 颗处于正常工作状态, 3 颗卫星处于维修状态, 3 颗新发射的卫星处于启动调整状 态,另 l 颗卫星从 2009 年 6 月起就停止工作,无法启动与 GPS 不同, GLONASS 采用了频分多址技术 FDMA 这种 方法的优点是敌对方发出的某一干扰信号只会影响与其频 率相仿的卫星信号,对其他卫星信号不会产生显著的影响; 不同卫星信号间也不会产生严重的干扰;测距码的结构比码 分多址要简单得多 FDMA 的缺点是接收机体积大、 价格贵, 因为处理不同频率的卫星信号时需配备更多的前端部件此 外,系统占用的频率资源也要大得多, 其中有一部分与 VLBI 所用的频谱重叠, 所以 GLONASS 决定将位于地球两侧的两 个卫星共用一个频率,把所占用的频率压缩一半同时也在 考虑今后是否改用码分多址技术CLONASS与GPS的另一差异是:GPS的地面监测站是较均 匀地分布在全球范围内的, 而 GLONASS 的监测站则布设在 国内。

为弥补国内布站的缺陷,在卫星上配备了后向激光反 射棱镜,通过激光测卫观测值(精度优于 2cm)来校正无线电测距的结果,以提高测距精度此外,又将卫星高度降低 至 19lOOkm ,相应的卫星运行周期减少为 llh 15min 一天内卫星运行 17/8 圈,而同一轨道上相邻卫星间 的间隔正好为 1/8 圈.也就是说,一天后同一时间,同一方 向出现的是一颗相邻卫星,每 8 天循环一次这种安排有助 于对所有卫星较均匀地进行跟踪观测此外,由于俄罗斯处 于高纬度地区, 因此把 GLONASS 的轨道倾角也提高了大约 10 度,以便对高纬度地区有更好的覆盖率。

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