全球導航衛星系統

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全球導航衛星系統(GLObal NAvigation Satellite System,GLONASS)

目錄

什麼是全球導航衛星系統[1]

  全球導航衛星系統是由原蘇聯研製組建的採用距離交會原理進行工作的一種全球性的衛星導航定位系統,簡稱GLONASS。現由俄羅斯負責管理。該系統與美國的GPS全球定位系統十分相似,也採用被動式測距原理(通過測定”衛星信號的單程傳播時間來測定衛星至接收機之間的距離)。GLONASS衛星星座也是由24顆衛星組成的,這些衛星分佈在3個軌道傾角為64.8°,高度為19150km的近圓形軌道上,每個軌道分佈有8顆衛星。

全球導航衛星系統的組成[2]

  同GPS類似。GLONASS全球導航衛星系統也由空間衛星星座.地面控制系統和用戶設備三大部分組成。

  1.衛星星座
Image:GLONASS卫星星座.jpg

  GLONASS衛星星座的軌道為三個等間隔的橢圓軌道。各軌道平面的夾角為120°,軌道傾角64.8°,軌道的偏心率為0.01。每個軌道上等間隔地分佈8顆衛星,如圖1所示。衛星離地面的高度為19000km,繞地球運行周期約11h15min,地跡重覆周期8d,軌道同步周期17圈,由於GLONASS衛星的軌道傾角大於GPS衛星的軌道傾角,所以在高緯度(50°以上)地區的可視性較好。GLONASS衛星上都裝有激光反射鏡和銫原子鐘,激光反射鏡為地面控制站激光測距的合作目標,銫原子鐘產生高穩定度的時標,為衛星本身的星載設備提供同步時間信號。

  2.地面控制系統

  地面控制系統包括一個系統控制中心,一個指令跟蹤站,其他監控站分佈於俄羅斯境內,指令跟蹤站遙測所有衛星,用激光測距設備測距,對數據進行採集、處理和更新,並向各衛星發送控制指令和導航信息。

  3.用戶設備

  GLONASS接收機接收GLONASS衛星信號並測量出偽距和速度。從衛星信號中分離和處理導航電文,接收機中的電腦根據輸入數據解算出三維坐標、三維速度矢量和時間未知數。

  目前市場上的GLONASS接收機多為專用型接收機。有些GPS接收機生產廠家研製了GPS/GLONASS雙星接收機。其優點是,用戶可同時接收兩個系統的衛星信號,改善觀測衛星的幾何分佈。提高定位精度。

全球導航衛星系統信號[2]

  1.載波信號

  GLONASS衛星發射L1L2兩種載波信號。L1頻率為1.602~1.616MHz。L2頻率為1.246~1.256MHz,L1為民、軍兩用。L1頻道間隔0.5625MHz。L2只為軍用,L2頻道間隔0.4375MHz。信號格式為偽隨機雜訊擴頻信號。測距碼序列有511碼元素。同步碼重覆周期2s,30bit。並有100周方波振蕩的二進位碼信號調製。識別各衛星的方法採用頻分復用制(FDMA)。

  2.導航電文

  星載電腦將從地面控制站接收到專用信息進行處理。生成導航電文向用戶廣播。導航電文包括:衛星的軌道參數、星鐘改正數、時間系統參數和GLONASS曆書等。

  GLONASS導航電文所含數據分為時實數據和非時實數據兩類。時實數據是與發射該導航電文的GLONASS衛星相關的數據。包括衛星鐘面時、衛星鐘鐘差、衛星信號載波頻率偏差、衛星星曆。非時實數據為衛星導航系統的曆書數據。包括衛星的狀態數據、每顆衛星的鐘面相對於GLONASS系統時的近似改正數。衛星的軌道根數。GLONASS系統時間相對於UTC的改正數等。

  GLONASS導航電文是一種二進位碼。按漢明碼(Hamming Code)方式編排。一個完整的GLONASS導航電文由1個超幀(Superframe)組成。而每個超幀由5個幀(Frame)組成。每個幀由15個串(String)組成。串相當於GPS導航電文中的子幀(Subframe)。

全球導航衛星系統的使用方略[2]

  GLONASS系統可供民用和國防共同使用。不帶任何限制。也不收用戶費用。並按照公佈的性能。在星座全部佈滿後至少運行15年。民用的定位精度為:平面±50~±70m。高程±75m。測速精度為±15cm/s。授時精度為±1μs。

全球導航衛星系統與GPS的不同[1]

  GLONASS與GPS的主要不同點是:

  (1)GPS採用的是碼分址技術,即每個GPS衛星都是以相同的載波頻率發射信號,但各衛星使用的測距碼的結構互不相同,用戶可以根據測距的結構來區分識別不同的衛星信號.而GLONASS採用的是頻分多址技術,即各衛星使用的載波頻率是不相同的,第i顆衛星的載波頻率為:

  (f1)i=1602.5625MHz+(i-1)×0.5625MHz

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

  用戶可以根據載波頻率宋區分識別不同的衛星信號。

  (2)兩者使用的時間系統和坐標系統各不相同。

  GPS使用的是GPS時間和WGS-84(ITRF)大地坐標系:而GLONASS使用的是GLONASS時間,即原蘇聯的國家時間標準UTC(SU),GLONASS使用的坐標系統是PZ—90坐標系,使用時應加以註意。

  GLONASS的出現不僅使一般用戶多了一種選擇的機會,而且幾種衛星導航定位系統並存、相互競爭的局面也為人們提供了一種更為有利的環境。

參考文獻

  1. 1.0 1.1 陳德基主編.水利工程勘測分冊.中國水利水電出版社,2004年11月第1版.
  2. 2.0 2.1 2.2 楊曉明 蘇新洲編著.數字測繪基礎 (上冊).測繪出版社,2005.10.
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