学科学中的卫星定位与导航技术

GLONASS（格洛纳斯），是“GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM”全球卫星导航的缩写。GLONASS卫星导航系统作用类似于美国的GPS、欧洲的“伽利略”卫星定位系统和中国的“北斗”卫星导航系统。

该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。该系统于 2007 年开始运营，当时只开放俄罗斯境内卫星定位及导航服务。到 2009 年，其服务范围已经拓展到全球。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。GLONASS导航系统目前在轨运行的卫星已达 30颗（图 5-2-1），俄航天部门计划2014年内再发射3颗。

图5-2-1 GLONASS系统图片

2014年11月11日报道，“俄罗斯航天系统”公司公告说，该公司准备好在中国部署俄罗斯卫星导航系统GLONASS差分校正和监测系统站（SDCM），安装工作将在12月份开始。

GLONASS系统由27颗工作星和3颗备份星组成，27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°，每个轨道面有8颗卫星，同平面内的卫星之间相隔 45°，轨道高度 2.36 万千米，运行周期 11小时15′，轨道倾角64.8°。

该系统的结构GLONASS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GLONASS和GLONASS-M两种类型，后者使用寿命更长，可达7年。研制中的“GLONASS-K”卫星的在轨工作时间可长达10年至12年。

主要功能：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。如图5-2-2所示。

图5-2-2 卫星图片

GLONASS的研制开始于70年代中期，历经20多年的曲折历程，虽然曾遭遇了苏联解体，俄罗斯经济不景气，但始终没有中断过系统的研制和卫星的发射。终于1996年1月18日实现了空间满星座24颗工作卫星正常地播发导航信号，使系统达到了一个重要的里程碑。

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。

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。

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，随后系统开始进入完全工作阶段。

GLONASS由空间卫星系统（即空间部分）、地面监测与控制子系统（即地面控制部分）、用户设备（即用户接收设备）三个基本部分组成。

GLONASS空间星座由24颗卫星（图5-2-3）组成，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。

图5-2-3 格洛纳斯卫星(www.xing528.com)

卫星的功能作用于我们现实生活中，离不开地面的控制。该系统的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。

卫星导航首先是在军事需求的推动下发展起来的， GLONASS与GPS一样可为全球海陆空以及近地空间的各种用户提供全天候、连续提供高精度的各种三维位置、三维速度和时间信息（PVT 信息），这样不仅为海军舰船、空军飞机、陆军坦克、装甲车、炮车等提供精确导航；也在精密导弹制导、C3I精密敌我态势产生、部队准确的机动和配合、武器系统的精确瞄准等方面广泛应用。另外，卫星导航在大地和海洋测绘、邮电通信、地质勘探、石油开发、地震预报、地面交通管理等各种国民经济领域有越来越多的应用。GLONASS的出现，打破了美国对卫星导航独家龚断的地位，消除了美国利用GPS施以主权威慑给用户带来的后顾之忧，GPS/GLONASS兼容使用可以提供更好的精度几何因子，消除GPS的SA影响，从而提高定位精度。

2010年12月5日下午俄罗斯发射的3颗GLONASS-M型全球导航系统导航授时卫星未能进入预定轨道并随即坠入太平洋。俄航天部发布的消息说，从哈萨克斯坦拜科努尔发射场升空的一枚运载火箭，在飞行过程中可能发生故障，其产生的推力过大，使卫星达到的高度超过了预定轨道。入轨失败后，卫星坠入了太平洋夏威夷附近海域。目前俄已成立委员会，对事故具体原因展开调查。俄国防部官员指出，此次事故对俄GLONASS导航系统的建设不会产生严重影响，当前该系统在轨运行的卫星和备用卫星完全能保证导航信号覆盖俄全境。此次发射使用的是俄“质子-M”型火箭。按规程，该火箭升空3个多小时后，应与火箭推进器分离并进入预定轨道。这是俄罗斯当年第三次发射GLONASS导航系统卫星。目前该系统在轨卫星总数为26颗，其中20颗正常工作，4颗正接受技术维护，另有2颗处于“预备役”状态。按计划，俄航天部门本月还将从俄西北部的普列谢茨克发射一颗GLONASS-K型新一代导航卫星。2013年7月2日上午，在哈萨克斯坦拜科努尔航天发射场，俄罗斯“质子 M”运载火箭搭载三颗俄国GLONASS导航卫星发射升空后，火箭离地不久即发生故障，箭体大角度偏离航线并空中解体，最后坠地爆炸。

GLONASS系统原定于2012年12月31日正式投入使用。在启用后，它将由俄国空天防御部管理。但 2012 年国防部长和空天防御部司令易人拖延了这一进程。现在该系统启用的日期还没有确定。俄罗斯《消息报》2013年1月 21 日称，俄机械制造科学研究所副所长谢尔盖·列夫尼维赫说：“目前，包括国防部在内的所有相关方已经就启用GLONASS系统的相关文件达成协议。1月底到2月初将举行由空天防御兵和俄航天署代表出席的联合技术会议，以便最终协调关于启用该系统的全部问题。”

GLONASS事故紧急反应系统是在俄GLONASS卫星导航系统的基础上研制的车载接收设备，用于在发生交通事故时通过卫星向应急部门报告情况，以降低交通事故死亡率。俄联邦航天署表示，这种将于 2014 年初启用的系统能将救援反应时间缩短10%至30%。

欧亚经济委员会今年年初通过的道路安全技术规范中规定，从 2015 年起，所有在俄境内销售的新型轿车、火车和公共汽车都应安装GLONASS事故紧急反应系统。俄议会正在拟订的法案是对这项规定的补充，将安装范围扩大到俄境内所有适用该系统的道路交通工具。

GLONASS事故紧急反应系统将由汽车制造商直接安装，车主无需为此服务支付费用。但汽车制造商估计，该系统终端将使汽车成本提高约4,000卢布（约合133美元）。

据俄罗斯媒体报道，俄国家杜马（议会下院）正在起草一项法案，规定从2020年起，所有俄境内登记的道路交通工具必须强制安装GLONASS事故紧急反应系统。

2014 年索契冬奥会物流与交通中心项目应用了GLONASS，管理各种运输方式，包括铁路运输、公路运输、海运，俄罗斯首次为货运运营商和他们的客户开发了一个公用综合信息系统。为索契冬奥会承担运输任务的1300辆车安装了GLONASS设备，运用格洛纳斯技术控制中心可以在线监控车辆运行情况。

2014年 3月 24日，俄罗斯国防部当天成功用“联盟2-1B”火箭将一颗GLONASS-M导航卫星送入轨道。

俄罗斯国防部空天防御部队新闻发言人佐洛图欣表示，俄空天防御部队于莫斯科时间24日2时54分（北京时间6时54分）在俄北部普列谢茨克发射场进行了此次发射，卫星于莫斯科时间6时26分（北京时间10时26分）与推进器成功分离，进入预定轨道。

这颗 GLONASS-M导航卫星编号 54，将用于新一代GLONASS导航系统，可提高其定位精确度。

2014年6月15日，俄罗斯一颗GLONASS-M导航卫星 15 日凌晨成功进入预定轨道。这是俄罗斯该年发射的第二颗GLONASS导航系统卫星。

据俄罗斯国防部空天防御部队新闻发言人佐洛图欣介绍，这颗卫星于莫斯科时间14日21时17分（北京时间15日1时17分）在俄北部普列谢茨克发射场发射升空，大约3个半小时后顺利进入预定轨道，卫星所载系统运行正常。