全球导航卫星系统

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全球导航卫星系统(GLObal NAvigation Satellite System,GLONASS)

目录

什么是全球导航卫星系统[1]

  全球导航卫星系统是由原苏联研制组建的采用距离交会原理进行工作的一种全球性的卫星导航定位系统,简称GLONASS。现由俄罗斯负责管理。该系统与美国的GPS全球定位系统十分相似,也采用被动式测距原理(通过测定”卫星信号的单程传播时间来测定卫星至接收机之间的距离)。GLONASS卫星星座也是由24颗卫星组成的,这些卫星分布在3个轨道倾角为64.8°,高度为19150km的近圆形轨道上,每个轨道分布有8颗卫星。

全球导航卫星系统的组成[2]

  同GPS类似。GLONASS全球导航卫星系统也由空间卫星星座.地面控制系统和用户设备三大部分组成。

  1.卫星星座
Image:GLONASS卫星星座.jpg

  GLONASS卫星星座的轨道为三个等间隔的椭圆轨道。各轨道平面的夹角为120°,轨道倾角64.8°,轨道的偏心率为0.01。每个轨道上等间隔地分布8颗卫星,如图1所示。卫星离地面的高度为19000km,绕地球运行周期约11h15min,地迹重复周期8d,轨道同步周期17圈,由于GLONASS卫星的轨道倾角大于GPS卫星的轨道倾角,所以在高纬度(50°以上)地区的可视性较好。GLONASS卫星上都装有激光反射镜和铯原子钟,激光反射镜为地面控制站激光测距的合作目标,铯原子钟产生高稳定度的时标,为卫星本身的星载设备提供同步时间信号。

  2.地面控制系统

  地面控制系统包括一个系统控制中心,一个指令跟踪站,其他监控站分布于俄罗斯境内,指令跟踪站遥测所有卫星,用激光测距设备测距,对数据进行采集、处理和更新,并向各卫星发送控制指令和导航信息。

  3.用户设备

  GLONASS接收机接收GLONASS卫星信号并测量出伪距和速度。从卫星信号中分离和处理导航电文,接收机中的计算机根据输入数据解算出三维坐标、三维速度矢量和时间未知数。

  目前市场上的GLONASS接收机多为专用型接收机。有些GPS接收机生产厂家研制了GPS/GLONASS双星接收机。其优点是,用户可同时接收两个系统的卫星信号,改善观测卫星的几何分布。提高定位精度。

全球导航卫星系统信号[2]

  1.载波信号

  GLONASS卫星发射L1L2两种载波信号。L1频率为1.602~1.616MHz。L2频率为1.246~1.256MHz,L1为民、军两用。L1频道间隔0.5625MHz。L2只为军用,L2频道间隔0.4375MHz。信号格式为伪随机噪声扩频信号。测距码序列有511码元素。同步码重复周期2s,30bit。并有100周方波振荡的二进制码信号调制。识别各卫星的方法采用频分复用制(FDMA)。

  2.导航电文

  星载计算机将从地面控制站接收到专用信息进行处理。生成导航电文向用户广播。导航电文包括:卫星的轨道参数、星钟改正数、时间系统参数和GLONASS历书等。

  GLONASS导航电文所含数据分为时实数据和非时实数据两类。时实数据是与发射该导航电文的GLONASS卫星相关的数据。包括卫星钟面时、卫星钟钟差、卫星信号载波频率偏差、卫星星历。非时实数据为卫星导航系统的历书数据。包括卫星的状态数据、每颗卫星的钟面相对于GLONASS系统时的近似改正数。卫星的轨道根数。GLONASS系统时间相对于UTC的改正数等。

  GLONASS导航电文是一种二进制码。按汉明码(Hamming Code)方式编排。一个完整的GLONASS导航电文由1个超帧(Superframe)组成。而每个超帧由5个帧(Frame)组成。每个帧由15个串(String)组成。串相当于GPS导航电文中的子帧(Subframe)。

全球导航卫星系统的使用方略[2]

  GLONASS系统可供民用和国防共同使用。不带任何限制。也不收用户费用。并按照公布的性能。在星座全部布满后至少运行15年。民用的定位精度为:平面±50~±70m。高程±75m。测速精度为±15cm/s。授时精度为±1μs。

全球导航卫星系统与GPS的不同[1]

  GLONASS与GPS的主要不同点是:

  (1)GPS采用的是码分址技术,即每个GPS卫星都是以相同的载波频率发射信号,但各卫星使用的测距码的结构互不相同,用户可以根据测距的结构来区分识别不同的卫星信号.而GLONASS采用的是频分多址技术,即各卫星使用的载波频率是不相同的,第i颗卫星的载波频率为:

  (f1)i=1602.5625MHz+(i-1)×0.5625MHz

  (f2)i=1246.4375MHz+(i-1)×0.4375MHz    (i=l,2,…,24)

  用户可以根据载波频率宋区分识别不同的卫星信号。

  (2)两者使用的时间系统和坐标系统各不相同。

  GPS使用的是GPS时间和WGS-84(ITRF)大地坐标系:而GLONASS使用的是GLONASS时间,即原苏联的国家时间标准UTC(SU),GLONASS使用的坐标系统是PZ—90坐标系,使用时应加以注意。

  GLONASS的出现不仅使一般用户多了一种选择的机会,而且几种卫星导航定位系统并存、相互竞争的局面也为人们提供了一种更为有利的环境。

参考文献

  1. 1.0 1.1 陈德基主编.水利工程勘测分册.中国水利水电出版社,2004年11月第1版.
  2. 2.0 2.1 2.2 杨晓明 苏新洲编著.数字测绘基础 (上册).测绘出版社,2005.10.
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