翻译:俄国卫星GLONASS 简介 天基全球导航卫星系统 (GNSS)

Posted 2022-01-26 AI架构师易筋

GLONASS是一种天基全球导航卫星系统 (GNSS)，它在全球范围内持续向所有人免费提供可靠的定位、导航和授时服务。GLONASS 接收器使用卫星技术并基于三角测量原理计算它们在GLONASS 参考系统中的位置。它是美国全球定位系统 ( GPS )、中国北斗导航系统或欧盟 (EU)计划中的伽利略定位系统等其他 GNSS 系统的替代和补充。

1. 介绍

苏联第一艘导航航天器“旋风”于 1967 年发射入轨。[1]这是苏联第一个低轨道导航系统“蝉”的开端。它由四颗卫星组成，放置在海拔1000公里、倾角83度的圆形轨道上，可提供数百米范围内的定位数据。然而，对空间导航的要求不断增加，低轨道系统无法满足所有潜在用户的要求。

随着 Kosmos-1413、Kosmos-1414 和 Kosmos-1415 的发射，称为GLONASS 的高空（20000 公里）卫星导航系统的飞行试验于 1982 年 10 月 12 日开始[1]。1991 年苏联解体后，该系统由俄罗斯联邦继续使用，俄罗斯联邦于 1993 年正式宣布该系统运行[2]，并于 1995 年达到 24 颗运行卫星的最佳状态。

完成后，该系统因俄罗斯经济崩溃和航天工业资金减少而年久失修[3]。在 2000 年代初，在弗拉基米尔·普京 (Vladimir Putin) 的总统任期内，该系统的恢复成为政府的首要任务，并大幅增加了资金。2007 年 5 月，俄罗斯总统弗拉基米尔·普京签署了一项关于GLONASS导航系统的法令，为客户免费提供服务：“向俄罗斯和外国消费者免费、无限制地提供全球导航卫星系统GLONASS民用导航信号的访问权限”。[2]

2. GLONASS 信号结构

GLONASS 信号频谱
每个GLONASS系统航天器 (SV)“GLONASS”和“GLONASS-M”在两个子频带（L1 ~ 1,6 GHz，L2 ~ 1,25 GHz）的基本频率上发射导航无线电信号。[4]

值得一提的是，GLONASS依赖于频分多址 (FDMA) 技术，而不是其他 GNSS 系统（例如GPS或GALILEO）使用的 CDMA 技术。每颗卫星都在自己的载频上发射导航信号，因此如果两颗格洛纳斯卫星位于一个轨道平面的对映槽中，它们就可以在相同的载频上发射导航信号。[4]

每个GLONASS卫星的传输频率可以通过应用以下表达式从信道编号 k [5]得出：[4]

GLONASS的现代化将为 GLONASS-K 卫星在 ARNS 频段中增加一个新的第三频率 G3。该信号将提供第三个民用 C/A2 和军用 P2 代码，特别适用于生命安全应用。

3. GLONASS 参考框架

准确且明确定义的时间参考和坐标系在 GNSS 中必不可少，其中位置是根据信号传播时间测量值计算的，并作为一组坐标提供（请参阅GNSS 定位）。GLONASS时间 (GLONASST) 由 GLONASS 中央同步器 (CS) 生成。与 GPS 不同，GLONASS 时标针对周期性闰秒进行调整，UTC（协调世界时）和 GLONASST 之间的差异不应超过 1 毫秒加 3 小时。[4]

正如GLONASS 接口控制文件中所规定的，GLONASS广播星历描述了给定卫星的发射天线相位中心在 PZ-90.02 Earth-Centered Earth-Fixed 参考系中的位置，定义如下：[4]

• ORIGIN位于地球的中心。
• 根据国际地球自转服务 (IERS) 的建议，Z 轴指向常规地球极点。[6]
• X 轴指向地球赤道平面与国际海尔国际局 (BIH) 确定的零子午线的交点。
• Y 轴完成右手坐标系。

4. GLONASS服务

GLONASS系统提供两种服务：[7]

SPS：标准定位服务（或标准精度信号服务）是一项开放服务，面向全球用户免费。导航信号最初仅在 G1 频段提供，但从 2004 年开始，新的 GLONASS-M 也在 G2 中传输第二个民用信号。
PPS：精确定位服务（或高精度信号服务）仅限于军事和授权用户。在两个频带G1和G2中提供两个导航信号。

5. GLONASS架构

GLONASS由三个部分组成：GLONASS 空间部分(SS)、GLONASS 地面部分(CS) 和GLONASS 用户部分(US) [4]。

根据GLONASS接口控制文件，[4]的GLONASS空间段 在三个轨道平面，其升序节点是120度开由24颗卫星。八颗卫星在每个平面上等距分布，纬度位移参数为 45 度[8]。这些卫星在海拔 19100 公里、倾角 64.8 度的圆形轨道上运行，每颗卫星在大约 11 小时 15 分钟内完成轨道运行。卫星的间距允许提供对地球表面和近地空间的连续和全球覆盖。

GLONASS 地面部分 包括系统控制中心和位于俄罗斯全境的指挥和跟踪站网络。控制部分提供GLONASS星座状态监测、轨道参数修正和导航数据上传。

最后，GLONASS 用户段 由用户接收器组成，它们根据GLONASS导航信号计算坐标、速度和时间。

6. GLONASS 表演

2006 年，当国防部长谢尔盖·伊万诺夫下令将现有的格洛纳斯信号之一提供给民用用户时，可实现的性能只有大约 30 米。然而，还有另一种信号（用于军事目的的加密信号）可以获得更好的性能，后来在 2007 年，总统弗拉基米尔·普廷 (Vladimir Putting) 要求将整个系统提供给所有人。因此，在 2007 年 5 月 18 日，可实现的性能增加到大约 10 米，但比 GPS 性能更安静。从那时起，系统进行了多项改进，目前GLONASS 性能和GPS 性能非常相似。

7. GLONASS 的未来和演变

2011年德国CeBIT博览会上的Glonass K卫星
GLONASS现代化始于 2003 年第二代卫星 GLONASS-M 的发射。下一代卫星 GLONASS-K 的使用寿命为 10 年，并首次包括码分-除了传统的 FDMA 信号之外，还有多址 (CDMA) 信号。[9]

GLONASS 的演进是在短期、中期和长期计划和实施的。

参考

https://gssc.esa.int/navipedia/index.php/GLONASS_General_Introduction