对 GLONASS卫星导航定位系统的认识现在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“ Glonass ”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Glonass 即俄全球导航卫星系统,是原苏联从 80 年代初开始建设, 1995 年投入使用的全球定位导航系统 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 系统采用中高轨道的 24 颗卫星星座,有 21 颗工作星和 3 颗备份星,均匀分布在 3 个圆形轨道平面上,每轨道面有 8 颗,轨道高度 H=19000km,运行周期 T=11h15min,倾角 i=64.8 °与美国 GPS不同, Glonass 采用 FDMA区分不同卫星( GPS为 CDMA),每颗GLONASS卫星发播频率 L1=( 2828+N)*0.5625MHz,L2=( 2828+N)*4375MHz,其中 N=1~ 24 ,同一颗卫星满 足 L1/L2=9/7 ( GPS 固定 为 L1=1575.42MHz,L2=1227.6MHz, L1/L2=77/76 ),其上调制有两种速率的 PN 码:粗捕获码(称 C/A 码),其码率为 0.511MHz(GPS为 1.023MHz)。
此外,俄对 Glonass 系统采用了军民合用、不加密的开放政策GLONASS卫星的载波上也调制了两种伪随机噪声码: S 码和 P 码GLONASS系统单点定位精度水平方向为 16m,垂直方向为 25m1982 年 10 月,第一代 Glonass 卫星首次由质子号运载一箭三星发射入轨,卫星采用三轴稳定体制,整量质量 1400kg,轨道寿命 5 年为满足定位需求,卫星携带有精密铯子钟( GPS为铷原子钟)、计算机到目前为止,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:距离精度为( 10~15) m,定时精度为( 20~30)ns,速度精度达到 0.01m/s,并于 1994 年 10 月首发1Glonass-M 卫星另外,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。
目前,俄已着手布置第二代 Glonass 卫星,用于接续正在服务的第一代卫星按预定计划, 1996 年发射首颗第二代卫星,将在轨运行 8 年以上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/sGLONASS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)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GLONASS系统和 GPS系统的比较项目GPS系统GLONASS系统星座卫星数2424轨道面个数63轨道高度20183 公里19100 公里运行周期11小时 58分11小时 15 分钟轨道倾角55度65度载波频率L1: 1575.42MHzL1: 1602.56-1615.50MHzL2: 1227.60MHzL2:1246.44-1256.50MHz传输方式码分多址频分多址调制码C/A- 码和 P-码S码和 P码时间系统UTCUTC坐标系统WGS-84SGS-E90SA有( 2000 年 5 月 1 日取消)无2AS 有 无现在很多情况下都是多个系统配合使用, GPS和 GLONASS搭配比较常见。
所谓GPS/GLONASS组合技术,就是用一台接收机同时接收和测量 GPS和 GLONASS两种卫星信号, 以便在世界上任何地方、任何时间精确测出三维位置、三维速度、时间和姿态参数其应用范 围包括:高精度差分导航,自主精确导航、时间和频率基准、海上台站管理以及精密测量等等 GPS/GLONASS组合接收机是将 GPS和 GLONASS的各种能力组合在一个单元内, 为用户提供仅用 GPS 接收机或仅用GLONASS接收机无法获得的性能 由于 GPS和 GLONASS这两种星基导航系统在系统构置、导航定位机理、工作频段、调制方式、 信号和星历数据结构等方面是基本相同和相近的, 都以发射扩频测距码、 测量卫星与用户之间 的伪距来完成导航定位,所以就存在利用一部用户设备同时接收这两种卫星信号的可能性在 两个系统各自单独工作时, 可能存在难于覆盖的空白带,且会受制于人但是,如果能将两个 系统组合使用,由于可用卫星数目增多, 不仅能填补单一系统存在的覆盖空白问题,而且可使 系统精度显著提高尤其对军用用户,有利于解除后顾之忧因此, GPS/GLONASS组合技术已 经成为近几年研究的重点 该组合接收机具有以下几个优点: 1. 提高了系统完善性。
在实际的导航系统中,完善性是一个很重要的指标 当一颗已经失效 (不论是暂时或是长期)的卫星依然在广播导航电文时,地面用户很可能由错误的电文导致错误 的导航定位, 这会产生严重的后果但在组合使用两个系统时,由于可观测卫星数目增倍,能够 很可靠地发现失效的卫星,避免出现损失 2. 提高了系统可靠性卫星系统仅仅可用是不够的, 还应该有足够的可靠性 国际民航组织 ( ICAO)对民用航空导航系统的可靠性有严格的要求,规定其失效概率应当小于 1×10-8 这对 于两个系统中的任何一个都是过于苛刻的要求,但对组合系统来说,由于一般可以同时观测到10 颗以上卫星,只要其中有 4-5 颗正常工作就可以获得有效的导航解,满足ICAO的要求3. 提高了系统精度组合导航可以在两个系统中选择最小几何精度因子(PDOP)值的一组 卫星,且 GLONASS卫星又无选择可用性( SA)的影响,所以可为用户提供更高的导航精度4. 提高了导航连续性试验结果表明, 仅观测 GPS星座的 4 颗卫星难以实现连续的精确导航,特别是在高动态应用场合, 运动载体和 GPS卫3星之间存在较大的加速度径向分量, 易于导致接收 机跟踪环路的失锁, 难于获得稳定的实时定位和姿态测量精度。
采用 GPS/GLONASS组合接收机以 后,既可在一天的任何时间接收 4 颗以上的卫星信号, 又可选择径向加速度较小的卫星构成定位 星座,确保导航的连续性 一般来讲, GPS/GLONASS组合接收机在锁定 4 颗同类卫星时,可确定三维位置和速度,速度精 度为 1cm/s 典型组合接收机有 12 个跟踪 GPS卫星的并行口和 12 个跟踪 GLONASS卫星的并行口,容 量很大,因此总能利用最佳可用星座以提供最精确的位置 如果一个卫星系统或某颗卫星被关 闭或发生故障, 或卫星变得不健康, 这种组合接收机将自动使用运行正常的卫星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4对 GLONASS卫星导航定位系统的认识班级: 08 电子信息工程 2 班学号: 0011姓名:刘洋5。