俄羅斯全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)GLONASS.ppt

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1、俄羅斯全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) ----GLONASS,GLObal NAvigation Satellite System,前蘇聯(lián)的 CICADA,美國子午衛(wèi)星系統(tǒng)的誘導(dǎo)下，前蘇聯(lián)海軍也于 1965 年開始建立一個衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，稱之為 CICADA ，該系統(tǒng)由 12 顆衛(wèi)星組成。它與 NNSS 相似，同屬于第二代導(dǎo)航系統(tǒng)。1995 年 3 月 7 日，俄羅斯聯(lián)邦政府宣布解密，供民間使用。 第二代定位系統(tǒng)存在嚴(yán)重的局限性： 1 ）衛(wèi)星少，不能實(shí)時定位。 2 ）軌道低，難以精密定軌。 3）頻率低，難以補(bǔ)償電離層效應(yīng)的影響。,GLONASS 組建,建立“格羅納斯”系統(tǒng)的動議可以追朔到上世紀(jì)60

2、年代。蘇聯(lián)軍方確認(rèn)需要一個衛(wèi)星無線電導(dǎo)航系統(tǒng)（SRNS）用于規(guī)劃中的新一代彈道導(dǎo)彈的精確導(dǎo)引。當(dāng)時已有的CICADA衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)接收站需要好幾分鐘的觀測才能確定一個位置，顯然不能達(dá)到軍方要求。1968-1969年，蘇聯(lián)國防部、科學(xué)院和海軍的一些研究所聯(lián)合起來要為海、陸、空、天 武裝力量建立一個單一的解決方案。1970年這個系統(tǒng)的需求文件編制完成。經(jīng)論證后，1976年蘇聯(lián)頒布法令確定建立“格羅納斯”系統(tǒng)。 GLONASS工作測試開始于蘇聯(lián)1982年10月12日發(fā)射第一顆試驗(yàn)衛(wèi)星，整個測試計(jì)劃分兩個階段完成。第一階段（1982-1990年）到1984-1985年，由4顆衛(wèi)星組成的試驗(yàn)系統(tǒng)達(dá)到驗(yàn)證系

3、統(tǒng)的基本性能指標(biāo)。空間星座從1986年開始逐步擴(kuò)展，到1990年系統(tǒng)第一階段的測試計(jì)劃已經(jīng)完成，當(dāng)時空間星座已有10顆衛(wèi)星，布置在軌道面1（6顆）和軌道面3（4顆）上。該星座每天,GLONASS 組建,至少能提供15小時的二維定位覆蓋，而三維覆蓋至少可達(dá)8小時。 第二階段（1990年-1995年） GLONASS測試計(jì)劃的第二階段主要完成對用戶設(shè)備的測試，隨著空間星座1996年1月18日最終布滿24顆工作衛(wèi)星而告結(jié)束。俄羅斯耗資30多億美元. GLONASS的主要作用是實(shí)現(xiàn)全球、全天候的實(shí)時導(dǎo)航與定位，還可用于全球時間傳遞。 2003年9月24日，是俄聯(lián)邦政府總統(tǒng)正式宣布俄羅斯GLONASS系

4、統(tǒng)開始服役的十周年紀(jì)念日。,GLONASS系統(tǒng)構(gòu)成---空間衛(wèi)星部分,空間衛(wèi)星部分由24顆GLONASS衛(wèi)星組成，其中工作衛(wèi)星21顆，在軌備用衛(wèi)星3顆，均勻地分布在3個軌道面上。 3個軌道面互成120度夾角，每個軌道上均勻分布8顆衛(wèi)星，軌道高度約19100km，軌道偏心率為0.01，軌道傾角為64.8度。這樣的分布可以保證地球上任何地方任一時刻都能收到至少4顆衛(wèi)星的導(dǎo)航信息，為用戶的導(dǎo)航定位提供保障。,GLONASS系統(tǒng)構(gòu)成---空間衛(wèi)星部分,每顆GLONASS衛(wèi)星上都裝備有著穩(wěn)定度的銫原子鐘，并接收地面控制站的導(dǎo)航信息和和控制指令，星載計(jì)算機(jī)對其中的導(dǎo)航信息進(jìn)行處理，生成導(dǎo)航電文向用戶廣播，

5、控制信息用于控制衛(wèi)星在空間的運(yùn)行 衛(wèi)星有六種類型：Block,Blocka, Blockb, Block以及正在研制中的下一代改進(jìn)型衛(wèi)星GLONASS-M和GLONASS-M。 每顆GLONASS衛(wèi)星都在L波段上發(fā)射兩個載波信號L1和L2，民用碼僅調(diào)制在L1上，而軍用碼在（L-1和L2）雙頻上，GLONASS采用頻分多址（FDMA）區(qū)分衛(wèi)星信號。,GLONASS系統(tǒng)構(gòu)成---地面控制部分,任務(wù): 地面監(jiān)控部分可實(shí)現(xiàn)對定位衛(wèi)星的整體維護(hù)和控制，地面控制設(shè)備負(fù)責(zé)匯集、儲存、處理所有在軌衛(wèi)星的遙測信息，監(jiān)控系統(tǒng)整體功能的質(zhì)量。 分布: 包括系統(tǒng)控制中心和分散在俄羅斯領(lǐng)土上的跟蹤控制站網(wǎng)。 地面

6、控制部分早先分散于蘇聯(lián)各加盟共和國境內(nèi)，地面控制中心和時間標(biāo)準(zhǔn)站位于莫斯科，遙測和跟蹤站位于圣彼得堡、捷爾諾波爾（烏克蘭）、葉尼塞斯克和共青城。蘇聯(lián)解體后，俄關(guān)閉了駐國外的監(jiān)控設(shè)備，目前整個控制系統(tǒng)均分布于俄羅斯境內(nèi)。其中控制中心位于莫斯科州的克拉斯諾茲納緬斯克市；8個測控站分別位于圣彼得堡、沃爾庫塔、雅庫茨克、彼得羅巴甫洛夫斯克、葉尼塞斯克、烏蘭烏德、烏蘇里斯克和基塔布。,GLONASS的系統(tǒng)構(gòu)成----用戶設(shè)備部分,用戶通過“格羅納斯”接收機(jī)接收“格羅納斯”衛(wèi)星信號，測量其偽距或載波相位，同時結(jié)合衛(wèi)星星歷進(jìn)行必要的處理便可得到用戶的三維坐標(biāo)、速度和時間。由于“格羅納斯”系統(tǒng)因?yàn)楦鞣N原因一直

7、不能實(shí)現(xiàn)全功能使用，因此市場上的“格羅納斯”終端產(chǎn)品遠(yuǎn)不如GPS完善，且多為“格羅納斯”和GPS雙制式。目前已投放市場的幾種主要接收機(jī)包括：“格羅納斯”/GPS AT-302空中定位-授時傳感器、KOTLHN MT-102便攜式船用收發(fā)兩用機(jī)、“格羅納斯”/GPS M-103便攜式導(dǎo)航接收機(jī)、KOTLHN MT-201“格羅納斯”/GPS船用中波導(dǎo)航差動校正接收機(jī)、KOTLHN NT-101“格羅納斯”/GPS車用接收機(jī)和K-161型導(dǎo)航-授時接收器。,GLONASS的系統(tǒng)構(gòu)成----用戶設(shè)備部分,俄羅斯航天儀表制造科研所表示，俄研制的首批雙系統(tǒng)全球定位系統(tǒng)(GPS)和全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(Glo

8、nass，即格羅納斯)雙制式接收器將于2008年上市。由于能夠接收美俄兩國的雙制式信號，如果美國即使像在伊拉克戰(zhàn)爭期間那樣關(guān)閉GPS，這種接收器將仍然可以從俄羅斯全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的衛(wèi)星上接收到信號。目前，俄羅斯市場銷售的接收器只能接收到GPS的信號，這種雙模信號的民用接收器為首次上市，可以初步擺脫對美國GPS的依賴，出廠價將為15000盧布至18000盧布(約合44795375元人民幣)。俄羅斯方面宣稱，格羅納斯系統(tǒng)可將定位精確到幾米以內(nèi)。預(yù)計(jì)2009年，格羅納斯全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中將擁有24顆航天衛(wèi)星，屆時全球上所有居民均可使用其信息。,GLONASS系統(tǒng)的運(yùn)行狀況,作為現(xiàn)代戰(zhàn)爭的“定盤星”，

9、俄羅斯“格羅納斯”（GLONASS）全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)自1993年投入使用以來歷經(jīng)坎坷。隨著俄羅斯國民經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇，它已經(jīng)走出低谷并逐漸恢復(fù)“元?dú)狻薄?GLONASS一開始就沒有加SA干擾，所以其民用精度優(yōu)于加SA的GPS。不過，其應(yīng)用普及情況則遠(yuǎn)不及GPS，這主要是俄羅斯沒有開發(fā)民用市場。另外，GLONASS衛(wèi)星平均在軌道上的壽命較短，且由于經(jīng)濟(jì)困難無力補(bǔ)網(wǎng)，在軌可用衛(wèi)星少，不能獨(dú)立組網(wǎng) 2003年的伊拉克戰(zhàn)爭對俄羅斯產(chǎn)生了相當(dāng)大的震動，迫使俄羅斯領(lǐng)導(dǎo)層再次對太空的軍事用途重視起來。近日，俄羅斯空間系統(tǒng)科學(xué)研究所所長孟什可夫?qū)τ浾哒f，3年前GLONASS經(jīng)歷了最糟糕的時期，當(dāng)時只有810顆衛(wèi)星在

10、工作，而要該系統(tǒng)發(fā)揮完全的作用，需要有24顆衛(wèi)星。現(xiàn)在只有11顆衛(wèi)星處于工作狀態(tài)，但是要使該系統(tǒng)具有軍用價值，在軌道上至少要有18顆星。俄羅斯航天的老大難問題就是經(jīng)費(fèi)不足。為此，俄羅斯航宇局正試圖吸引外資。按航宇局局長科普捷夫的說法，正在和包括中國在內(nèi)的國家和組織進(jìn)行商談來共同恢復(fù)GLONASS。希望到2011年該系統(tǒng)將完全恢復(fù)。,GLONASS系統(tǒng)的運(yùn)行狀況,自2004年起，隨著俄羅斯國防定貨的撥款規(guī)模與國家裝備規(guī)劃相適應(yīng)，其導(dǎo)航衛(wèi)星的軌道部署逐漸穩(wěn)定下來。2005年，國家的國防定貨量已完全與航天兵的需求相適應(yīng)，“格羅納斯”在軌衛(wèi)星增至17顆（另有2個激光反射器）。2005年12月和2006

11、年1月，普京總統(tǒng)多次提出要加快“格羅納斯”定位系統(tǒng)的建設(shè)，此后，俄國防部和航天局將“自2007年起為俄境內(nèi)用戶提供導(dǎo)航定位服務(wù)”作為航天計(jì)劃的重要內(nèi)容納入議事日程。 2006年是恢復(fù)衛(wèi)星在軌部署的頭一年，因此該年對于能否完全恢復(fù)系統(tǒng)的整體功能來說也是關(guān)鍵的一年。2006年1月19日，俄國防部長伊萬諾夫向普京總統(tǒng)匯報(bào)時稱，他已同俄聯(lián)邦航天局的有關(guān)專家舉行多次會議，認(rèn)為加快“格羅納斯”系統(tǒng)的建設(shè)原則上可行。而總統(tǒng)普京早在2005年6月視察拜科努爾發(fā)射場時就已經(jīng)下令在2007年前而非原定的2008年恢復(fù)“全球衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)”在俄本土的工作。2006年4月7日，俄國防部長伊萬諾夫在航天局“2001-

12、2005年航天工作總結(jié)會”上稱：俄將加快“格羅納斯”衛(wèi)星定位系統(tǒng)的建設(shè)，爭取使其在2007年投入使用。為此，俄政府在2006年追加航天撥款約5300萬美元。按照,GLONASS系統(tǒng)的運(yùn)行狀況,政府計(jì)劃，自2006年起俄所有新型運(yùn)輸設(shè)備均應(yīng)裝備“格羅納斯”接收機(jī)，同時所有的武器裝備也將全面配備衛(wèi)星接收機(jī)，特別是為部隊(duì)基層指揮員逐漸配發(fā)個人衛(wèi)星接收機(jī)。 有國家元首的支持和政府經(jīng)費(fèi)的保障（2007年俄撥款40億盧布，比去年多一倍），到2007年底該系統(tǒng)在軌的全狀態(tài)工作衛(wèi)星將達(dá)到18顆。通常情況下，當(dāng)導(dǎo)航衛(wèi)星總數(shù)達(dá)到24顆時便能做到將地球“盡收眼底”。而要使系統(tǒng)充分發(fā)揮基本的導(dǎo)航定位功能，在軌衛(wèi)星至少

13、需要18顆，這對俄羅斯來說尚需半年多時間。按照計(jì)劃，俄羅斯將于2007年12月發(fā)射3顆新一代“格羅納斯”衛(wèi)星，屆時即可對俄境內(nèi)的目標(biāo)達(dá)到不間斷導(dǎo)航，但地球其他部分地點(diǎn)仍將有1個半小時的間斷期。 截止2007年4月14日尚有19顆“格羅納斯”衛(wèi)星在軌運(yùn)行，其中在用的12顆（至少有4顆M型）；即將納入系統(tǒng)的1顆；臨時進(jìn)行技術(shù)保養(yǎng)的3顆；即將撤出系統(tǒng)的3顆。在用的12顆衛(wèi)星中，軌道面I有7顆，序號分別為796、794、789、795、701、712、797；軌道面II有2顆，序號分別為717和715；軌道面III有3顆，序號分別為798、714、713。目前，,GLONASS系統(tǒng)的運(yùn)行狀況,“格羅納

14、斯”定位衛(wèi)星對俄境內(nèi)目標(biāo)的導(dǎo)航間斷時間為2.49小時，全球間斷時間為4.47小時。存在的主要問題是衛(wèi)星信號質(zhì)量不盡人意，導(dǎo)航精度僅為10-15米、時間精度20-30納秒、速度精度為0.01米/秒。與GPS和“伽利略”相比存在明顯差距。 目前該系統(tǒng)已處于“國家級水準(zhǔn)”，并達(dá)到了國防需求的最低水平，衛(wèi)星信號可以覆蓋俄85%的國土面積，30%由軍隊(duì)使用，70%供民用，正在為邊防人員、生物資源的保護(hù)、航空業(yè)、航天業(yè)、運(yùn)輸業(yè)及日常生活用戶提供服務(wù)。 為了提高系統(tǒng)完全工作階段的效率和精度性能、增強(qiáng)系統(tǒng)工作的完善性，已經(jīng)開始了GLONASS系統(tǒng)的現(xiàn)代化計(jì)劃。 主要內(nèi)容如下： 改善GLONASS與其它無線

15、電系統(tǒng)的兼容性；改進(jìn)衛(wèi)星子系統(tǒng)；改進(jìn)地面控制系統(tǒng)；配置差分子系統(tǒng)。,改頻計(jì)劃,解決GLONASS信號與其它電子系統(tǒng)相互干擾的另外一種有效辦法是使GLONASS象GPS那樣，使用碼分多址（CDMA），即所有衛(wèi)星均采用相同的發(fā)射頻率，該頻率可以很接近GPS的或者就用GPS的頻率。這樣，兩個系統(tǒng)的兼容問題可大大改善，并使某些干擾問題降到最小。據(jù)報(bào)道，美國洛克韋爾公司決定協(xié)助俄羅斯改進(jìn)GLONASS。是將GLONASS的頻率改為GPS的頻率，便于世界民用。此項(xiàng)計(jì)劃將耗資470萬美元。 GLONASS采用頻分制，24顆衛(wèi)星L1信號的總頻帶寬度為16021615.50.51MHz。顯然該頻段的高端頻率與傳

16、統(tǒng)的射電天文頻段（1610.61613.8MHz）重疊。另外ITU WARC-92又決定將1016-1626.5MHz頻段分配給低地球軌道（LEO）移動通信衛(wèi)星使用，因此要求GLONASS改變頻率，即讓出高端頻率。 1993年9月俄羅斯作出響應(yīng)，決定在同一軌道面上相隔180（即在地球相反兩側(cè)）的兩顆衛(wèi)星使用同一頻道。于是，在仍保持頻分多址的情況下，系統(tǒng)總頻道數(shù)可減少一半，因而可讓出高端頻率。,下一代改進(jìn)型衛(wèi)星和未來的星座,在1996年12月的有關(guān)會議上，美國的代表要求俄羅斯加快實(shí)施GLONASS的改頻計(jì)劃，并希望俄羅斯能在2000年完成。而俄羅斯的代表仍堅(jiān)持原計(jì)劃不能改變，因?yàn)楦淖冇?jì)劃受到因此

17、要升級衛(wèi)星和其它設(shè)備的限制。 從1990年起，俄羅斯就開始研制下一代改進(jìn)型衛(wèi)星，GLONASS-M，重約1480kg 。這種新型衛(wèi)星將進(jìn)一步改進(jìn)星上原子鐘，提高頻率穩(wěn)定度和系統(tǒng)的精度，更為重要的是它的工作壽命可以達(dá)到5年以上，這對確保GLONASS空間星座維持21-24顆工作衛(wèi)星發(fā)射信號至關(guān)重要。1995年按計(jì)劃對GLONASS-M進(jìn)行了全面的地面測試，并計(jì)劃在1996年第三季度進(jìn)行首次這種衛(wèi)星發(fā)射。這次發(fā)射將攜帶兩顆BlockV衛(wèi)星和一顆GLONASS-M衛(wèi)星。以后M型衛(wèi)星將作為替補(bǔ)衛(wèi)星，一直用到2000年。,下一代改進(jìn)型衛(wèi)星和未來的星座,近期，俄羅斯正準(zhǔn)備研制一種工作壽命可達(dá)7年的更大（其

18、重約達(dá)2000kg）和功能更強(qiáng)的GLONASS-M型衛(wèi)星。除了對星上子系統(tǒng)作重要改進(jìn)外，還將增加星間數(shù)據(jù)通信和監(jiān)視能力，因而可自主運(yùn)行長達(dá)60天。M衛(wèi)星還將發(fā)射第二個民用頻率，以便消除電離層對民用定位精度的影響。預(yù)計(jì)，這些M型衛(wèi)星將在2000年以后發(fā)射 。 另外，GLONASS計(jì)劃的管理者正在考慮把未來空間星座衛(wèi)星總數(shù)增至27顆，即在原每個軌道面上均布8顆工作衛(wèi)星外，各軌道面上再增加1顆在軌備用衛(wèi)星。,地面控制部分的改進(jìn),地面控制部分的改進(jìn)包括改進(jìn)控制中心；開發(fā)用于軌道監(jiān)測和控制的現(xiàn)代化測量設(shè)備；改進(jìn)控制站和控制中心之間的通信設(shè)備。這些改進(jìn)項(xiàng)目完成后，可使星歷精度提高30-40%，可使導(dǎo)航信號

19、相位同步的精度提高12倍（15ns），以及可降低偽距誤差中的電離層分量,差分增強(qiáng)系統(tǒng),為了進(jìn)一步提高GLONASS的精度，以滿足三個類別的飛機(jī)精密進(jìn)場/著陸的要求，俄羅斯正計(jì)劃開發(fā)以下三種差分增強(qiáng)系統(tǒng)。（1）廣域差分系統(tǒng)（WADS）。它包括在俄羅斯境內(nèi)建立3-5個WADS地面站，可為離站15002000km內(nèi)的用戶提供5-15m的位置精度。（2）區(qū)域差分系統(tǒng)（RADS）。在一個很大的區(qū)域上設(shè)置多個差分站和用于控制、通信和發(fā)射的設(shè)備。它可在離臺站400600km的范圍內(nèi)，為空中、海上、地面以及鐵路和測量用戶提供3-10m的位置精度。（3）局域差分系統(tǒng)（LADS）。它采用載波相位測量校正偽距，可為

20、離臺站40km以內(nèi)的用戶提供10cm量級的位置精度。 LADS臺站可以是移動系統(tǒng)，還可能用地面小功率發(fā)射機(jī)--偽衛(wèi)星來輔助。 另外，還制訂了一個更大范圍的包括獨(dú)聯(lián)體各國的統(tǒng)一的聯(lián)合國家分系統(tǒng)（UDS）。該系統(tǒng)預(yù)計(jì)在1998-2000年建成，屆時將為獨(dú)聯(lián)體的所有國家提供精密導(dǎo)航定位服務(wù)。1998-2000年建成，屆時將為獨(dú)聯(lián)體的所有國家提供精密導(dǎo)航定位服務(wù)。,GLONASS與GPS 的區(qū)別,一是衛(wèi)星發(fā)射頻率不同。GPS的衛(wèi)星信號采用碼分多址體制，每顆衛(wèi)星的信號頻率和調(diào)制方式相同，不同衛(wèi)星的信號靠不同的偽碼區(qū)分。而GLONASS采用頻分多址體制，衛(wèi)星靠頻率不同來區(qū)分，每組頻率的偽隨機(jī)碼相同。由于衛(wèi)

21、星發(fā)射的載波頻率不同，GLONASS可以防止整個衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)同時被敵方干擾，因而，具有更強(qiáng)的抗干擾能力。 二是坐標(biāo)系不同。GPS使用世界大地坐標(biāo)系（WGS-84），而GLONASS使用前蘇聯(lián)地心坐標(biāo)系（PE-90）。 三是時間標(biāo)準(zhǔn)不同。GPS系統(tǒng)時與世界協(xié)調(diào)時相關(guān)聯(lián)，而GLONASS則與莫斯科標(biāo)準(zhǔn)時相關(guān)聯(lián)。,GLONASS與GPS 的區(qū)別,GPS+GLONASS系統(tǒng)對純GPS系統(tǒng)的改進(jìn),可見衛(wèi)星數(shù)增加一倍：GLONASS衛(wèi)星星座組網(wǎng)完成后，可用于導(dǎo)航定位的衛(wèi)星總數(shù)將增加一倍。在地平線以上的可見衛(wèi)星數(shù)純GPS系統(tǒng)時，一般為7-11顆；GPS+GLONASS系統(tǒng)則可達(dá)到14-20顆。在山區(qū)或城市中

22、，有時因障礙物遮擋，純GPS可能無法工作， GPS+GLONASS則可以工作 提高生產(chǎn)效率：在測量應(yīng)用中，GPS測量所需要的觀測時間取決于求解載波相位整周模糊度所需要的時間。觀測時間越長或可觀測到的衛(wèi)星數(shù)越多，則用于求解載波相位整周模糊度的數(shù)據(jù)也就越多，求解結(jié)果的可靠性越好。為了提高生產(chǎn)效率，常使用快速定位、實(shí)時動態(tài)測量（RTK）或后處理動態(tài)測量。但要滿足一定的精度要求，必須正確求解載波相位整周模糊度，可觀測到的衛(wèi)星數(shù)增加得越多，則求解載波相位整周模糊度所需要的觀測時間就可縮短得越多，因此GPS+GLONASS可以提高生產(chǎn)效率。,GPS+GLONASS系統(tǒng)對純GPS系統(tǒng)的改進(jìn),提高觀測結(jié)果的可靠性：用衛(wèi)星系統(tǒng)進(jìn)行測量定位的觀測結(jié)果的可靠性主要決定于用于定位計(jì)算的衛(wèi)星顆數(shù)。因此GPS+GLONASS將大大提高觀測結(jié)果的可靠性。 提高觀測結(jié)果的精度：觀測衛(wèi)星相對于測站的幾何分布(DOP值)直接影響觀測結(jié)果的精度?？捎^測到的衛(wèi)星越多，則可以 大大改善觀測衛(wèi)星相對于測站的幾何分布，從而提高觀測結(jié)果的精度。,,,?,