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对GLONASS卫星导航定位系统的认识

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对GLONAS卫S星导航定位系统的认识

现在世界上正在运行的全球卫星导航定位系统主要有两大系统：一是美国的 GPS系统，

二是俄罗斯的“ Glonass”系统。近年来，欧洲也提出了有自己特色的“仿俐略”全球卫星定位 计划。因而，未来密布在太空的全球卫星定位系统将形成美、俄、欧操纵的 GPS、“格

鲁纳斯”、“伽利略”三大系统“竞风流”的局面。

Glonass即俄全球导航卫星系统，是原苏联从80年代初开始建设，1995年投 入使用的全球定位导航系统。也由卫星星座、地面监测控制站和用户设备三部 分组 成。现在由俄罗斯空间局管理。

Glonass系统采用中高轨道的24颗卫星星座，有21颗工作星和3颗备份星，

期 T=11h15min ‘ 倾角 i=64.8 °。

与美国GPS不同，Glonass采用FDMA区分不同卫星（GPS为CDM） A， 每颗

GLONAS 卫 S 星发播频率 L1= （2828+N） *0.5625MHz，L2= （2828+N）

*4375MHz，其 中N=1〜24，同一颗卫星满 足L1/L2=9/7 （GPS固定 为

L1=1575.42MHz，L2=1227.6MHz，L1/L2=77/76 ），其上调制有两种速率的 PN

码：粗捕获码（称C/A码），其码率为0.511MHz （GPS为1.023MHz）。此外，俄

对Glonass系统采用了军民合用、不加密的开放政策。

GLONAS卫S星的载波上也调制了两种伪随机噪声码：S码和P码。

GLONAS系S统单点定位精度水平方向为16m，垂直方向为25m。

1982年10月，第一代Glonass卫星首次由质子号运载一箭三星发射入轨，卫星

采用三轴稳定体制，整量质量1400kg，轨道寿命5年。为满足定位需求，卫星携带

有精密链子钟（GPS为做原子钟）、计算机。

到目前为止，共发射了 80余颗GLONAS卫S星，最近一次是2000年10月13

日发射了三颗卫星。截止2001年1月10日为止尚有10颗GLONAS卫S星正在运 行

为进一步提高Glonass系统的定位能力，幵拓广大的民用市场，俄政府计划用 4年时间将其更新为Glonass-M系统。内容有：改进一些地面测控站设施；延长卫 星的在轨寿命到8年；实现系统高的定位精度：距离精度为（10〜15） m，定时精 度为均匀分布在3个 形轨道平面上，每轨道面有8颗，轨道高度H=19000km，运行周 （20〜30） ns，速度精度达到0.01m/s，并于1994年10月首发

Glonass-M 卫星。

另外，俄计划将系统发播频率改为GPS的频率，并得到美罗克威尔公司的技术

支援。

目前，俄已着手布置第二代Glonass卫星，用于接续正在服务的第一代卫星。 按预定计划，1996年发射首颗第二代卫星，将在轨运行8年以上。

实现系统高的定位精度：位置精度提高到10〜15m，定时精度提高到20〜

30ns，速度精度达到0.01 m/s。GLONAS与S GPS有许多不同之处：

一是卫星发射频率不同。GPS的卫星信号采用码分多址体制，每颗卫星的信 号

频率和调制方式相同，不同卫星的信号靠不同的伪码区分。而GLONAS采S用频 分多址体制，卫星靠频率不同来区分，每组频率的伪随机码相同。由于卫星发射的 载波频率不同，GLONAS可S以防止整个卫星导航系统同时被敌方干扰，因而，具 有更强的抗干扰能力。二是坐标系不同。GPS使用世界大地坐标系（WGS-8） 4， 而GLONAS使S用前苏联地心坐标系（PE-90）。三是时间标准不同。GPS系统时 与世界协调时相尖联，而GLONAS则S与莫斯科标准时相尖联。

GLONAS系S统和GPS系统的比较

项目 GPS系统 GLONAS系S统

星座卫星数 24 24

轨道面个数 6 3

轨道高度 20183公里 19100公里

运行周期 11小时58分 11小时15分钟

轨道倾角 55度 65度

载波频率 L1 : 1575.42MHz L1: 1602.56-1615.50MHz

L2: 1227.60MHz L2 : 1246.44-1256.50MHz

传输方式 码分多址 频分多址

调制码 C/A■码和P■码 S码和P码 时间系统 UTC UTC

坐标系统 WGS-84 SGS-E90

SA 有（2000年5月1日取消） 无

AS 有 无

现在很多情况下都是多个系统配合使用，GPS和GLONASS搭配比较常见。所谓

GPS/GLONAS组S合技术，就是用一台接收机同时接收和测量GPS和GLONAS两 S种卫星信号，以便在世界上任何地方、任何时间精确测出三维位置、三维速度、 时间和姿态参数。其应用范围包括：高精度差分导航，自主精确导航、时间和 频率基 准、海上台站管理以及精密测量等等。GPS/GLONAS组S合接收机是将GPS和 GLONAS的S各种能力组合在一个单元内，为用户提供仅用GPS接收机或仅用 GLONAS接S收机无法获得的性能。由于GPS和GLONAS这S两种星基导航系统 在系统构置、导航定位机理、工作频段、调制方式、信号和星历数据结构等方面是 基本相同和相近的，都以发射扩频测距码、测量卫星与用户之间的伪距来完成导航 定位，所以就存在利用一部用户设备同时接收这两种卫星信号的可能性。在两个系统 各自单独工作时，可能存在难于覆盖的空白带，且会受制于人。但是，如果能将两个 系统组合使用，由于可用卫星数目增多，不仅能填补单一系 统存在的覆盖空白问题， 而且可使系统精度显著提高。尤其对军用用户，有利于解除后顾之忧。因此， GPS/GLONAS组S合技术已经成为近几年研究的重点。该组合接收机具有以下几 个优点：1 •提高了系统完善性。在实际的导航系统中，完善性是一个很重要的指 标。当一颗已经失效（不论是暂时或 是长期）的卫星依然在广播导航电文时，地面 用户很可能由错误的电文导致错

误的导航定位，这会产生严重的后果。但在组合使 用两个系统时，由于可观测卫星数目增倍，能够 很可靠地发现失效的卫星，避免出现 损失。2•提高了系统可靠性。卫星系统仅仅可用是不够的，还应该有足够的可靠 性。国际民航组织（ICAO）对民用航空导航系统的可靠性有严格的要求，规定其 失效概率应当小于1x10・8。这对于两个系统中的任何一个都是过于苛刻的要求，但 对 组合系统来说，由于一般可以同时观测到10颗以上卫星，只要其中有4・5颗 正常 工作就可以获得有效的导航解，满足ICAO的要求。3.提高了系统精度。组合导航 可以在两个系统中选择最小几何精度因子（PDOP）值的一组 卫星，且GLONAS卫 S星又无选择可用性（SA）的影响，所以可为用户提供更高的导航精度。4.提高了 导航连续性。试验结果表明，仅观测GPS星座的4颗卫星难以实现连续的精确导 航，特别是在高动态应用场合，运动载体和GPS卫

星之间存在较大的加速度径向分量，易于导致接收机跟踪环路的失锁，难于获得稳 定的实时定位和姿态测量精度。采用GPS/GLONAS组S合接收机以后，既可在一 天的任何时间接收4颗以上的卫星信号，又可选择径向加速度较小的卫星构成定位

星座，确保导航的连续性。 一般来讲，GPS/GLONAS组S合接收机

在锁定4颗同类卫星时，可确定三维位置和速度，速度精 度为1cm/s。典型组 合接收机有 吃 个跟踪GPS卫星的并行口和12个跟踪GLONAS卫S星的并行口， 容量很大，因此总能利用最佳可用星座以提供最精确的位置。如果一个卫星系统或 某颗卫星被矣闭或发生故障，或卫星变得不健康，这种组合接收机将自动使用运行 正常的卫星。

GPS+GLONAS系S统对纯GPS系统的改进

1） 可见卫星数增加一倍：GLONAS卫S星星座组网完成后，可用于导航定位 的卫星总数将增加一倍。在地平线以上的可见卫星数纯GPS系统时，一般为7-11 颗；GPS+GLONA系SS统则可达到14・20颗。在（±1区或城市中，有时因障碍物遮

挡，纯GPS可能无法工作，GPS+GLONAS则S可以工作。

2） 提高生产效率：在测量应用中，GPS测量所需要的观测时间取决于求解载波

相位整周模糊度所需要的时间。观测时间越长或可观测到的卫星数越多，则用于求 解载波相位整周模糊度的数据也就越多，求解结果的可靠性越好。为了提高生产效 率，常使用快速定位、实时动态测量（RTK）或后处理动态测量。但要 满足一定的精度 要求，必须正确求解载波相位整周模糊度，可观测到的卫星数增加得越多，则求解 载波相位整周模糊度所需要的观测时间就可缩短得越多，因此GPS+GLONAS可S以 提高生产效率 3） 提高观测结果的可靠性：用卫星系统进行测量定位的观测结果的可靠性主要决定于

用于定位计算的卫星颗数。因此GPS+GLONAS将S大大提高观测结果的可靠 性。

4） 提高观测结果的精度：观测卫星相对于测站的几何分布（DOP值）直接影响观测结

果的精度。可观测到的卫星越多，则可以大大改善观测卫星相对于测站的几何分布，

从而提高观测结果的精度。

对GLONAS卫S星导航定位系统的认识

班级：08电子信息工程2班

学号：0011

姓名：刘洋

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全球定位系统(GPS)术语及定义

全球定位系统(GPS)术语及定义

全球定位系统（GPS）术语及定义

全球定位系统（GPS）术语及定义

【 中华人民共和国国家标准 GB/T 19391-2003 】 2004-12-24 5:55:15

1 范围

本标准规定了全球定位系统（GPS）常用术语及定义。

本标准适用于GPS专业范围内的各种标准的制定、各类技术文件的编制，也适用于科研、教学等方面。

2 通用术语

2.1

全球定位系统 global positioning system（GPS）

导航星 navigation by satellite timing and ranging（NAVSTAR）

一种卫星导航定位系统。由空间段、地面控制段和用户段三部分组成.为伞球用户提供实时的三维位置、速度和时间信息。包括主要为军用的精密定位服务（PPS）和民用的标准定位服务（SPS）。

2.2

全球导航卫星系统 global navigation satellite system（GLONASS）

一种全球卫星导航定位系统：为全球用户提供实时的三维位置、速度和时间信息。包括军用和民用两种服务。

2.3

伽利略系统 Galileo system

一种民用全球卫星导航系统；

2.4

全球导航卫星系统 global navigation satellite system（GNSS）

由国际民航组织提出的概念。GNSS的最终目标是由多种民用卫星导航系统组成，向全球民间提供服务。并将由多国民间参与运行和控制的卫星导航系统。GNSS也已经为国际海事组织（IMO）所接受。欧洲的GNSS计划分为两个阶段，即GNSS-1和GNSS-2。GNSS-1为EGNOS（欧洲地球静止轨道卫星导航重叠服务）系统，GNSS-2为Galileo（伽利略）系统。

2.5

静地星/定位星系统 Geostar/Locstar system

一种卫星定位系统，利用两颗地球轨道静止卫星双程测距而实现定位功能，兼有简短报文通信能力。

卫星导航系统-第11讲-卫星导航定位误差-2

卫星导航系统-第11讲-卫星导航定位误差-2

卫星导航系统-第11讲-卫星导航定位误差-2

平流层

中间层

电离层

散逸层

⼤⽓层温度

⼤⽓层电⼦密度

⼤⽓层对信号传播的影响

⼤⽓折射

信号在穿过⼤⽓层时，速度将发⽣变化，传播路径也将发⽣弯曲，也称⼤⽓延迟，在GPS测量定位中，通常仅考虑信号传播速度的变化。

⾊散介质与⾮⾊散介质

⾊散介质：对不同频率的信号，所产⽣的折射效应不同；

⾮⾊散介质：对不同频率的信号，所产⽣的折射效应相同；

对卫星导航信号来说，电离层是⾊散介质，对流层是⾮⾊散介质；

对于⾊散介质这块⼉，由于不同频率的⾊散情况不⼀样，那么可以⽤多种频率来传播导航信息，这样的话，就有可能采⽤⼀些技术把这些延时消除掉；

电离层对信号传播的影响

电⼦密度：单位体积中所包含的电⼦数。

电⼦总量（TEC-Total Electron Content）:底⾯积为⼀个单位⾯积时沿信号传播路径贯穿整个电离层的⼀个柱体内所含的电⼦总数。

与太阳活动密切相关，太阳活动剧烈时，电⼦含量增加。

太阳活动周期约为11年。

电离层延迟改正⽅法

双频改正

⽅法：利⽤双频观测值直接计算出延迟改正或组成⽆电离层延迟的组合观测量 效果：改正效果最好

经验模型改正

⽅法：根据以往观测结果所建⽴的模型

改正效果：较差

实测模型改正

⽅法：利⽤实际观测所得到的离散的电离层延迟（或电⼦含量），建⽴模型（如内插）效果：改正效果较好

电离层延迟改正⽅法-双频观测

含有⾼密度电⼦，电磁波传播速度与其频率有关。⼤⽓物理学给出的电离层群折射率的计算公式为：

经验模型

Bent模型

国际参考电离层模型Klobuchar模型（应⽤⽐较多）

实测模型

基本思想：

利⽤基准站的双频观测数据计算电离层延迟利⽤所得到的电离层延迟量建⽴局部或全球的TEC实测模型类型局部模型适⽤于局部区域全球模型适⽤于全球区域

对流层延迟

来⾃卫星的信号在穿过电离层后，经平流层到达对流层，其中的粒⼦多数是中性离⼦，对频率低于30GHz的⽆线电信号没有散射作⽤。对流层的折射与地⾯⽓候、⼤⽓压⼒、温度和湿度变化密切相关，这也使得对流层折射⽐电离层折射更复杂。卫星信号在通过对流层的过程中，不仅速度发⽣变化，⽽且传播⽅向也发⽣变化，传播路径呈曲线。对流层折射的影响与信号的⾼度⾓有关，观测卫星的⾼度⾓越⼩，则信号需经由较长的路线才能穿过对流层，因⽽对流层对信号传播的影响越⼤，在天顶⽅向的影响约2.3m，在地⾯⽅向的影响可达20m。所以在应⽤卫星导航时，通常避免观测⾼度⾓低于15°的卫星，以减弱对流层的影响 。

全球卫星导航系统.doc

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全球卫星导航系统

作者：陈继革

来源：《发明与创新(学生版)》2007年第07期

世界上第一个全球卫星导航系统是美国从1973年开始实施的GPS系统，军民两用。但长期以来，美国对本国军方提供的是精确定位信号，对其他用户提供的则是加了干扰的低精度信号。这意味着地球上任何一个目标的准确位置，只有美国人掌握，其他国家只知道个“大概”。为打破美国的垄断，俄罗斯耗资30多亿美元建起了自己的全球卫星导航系统。2002年，欧盟启动了伽利略全球卫星导航定位系统计划。2003年，我国北斗导航试验系统建成，并在紧锣密鼓地建设北斗星2号导航系统。

全球定位系统(GPS)

全球定位系统是美国从20世纪7O年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。是继阿波罗登月计划和航天飞机计划之后的第三项庞大的空间计划。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测、应用通讯等一些军事目的，是美国独霸全球战略的重要组成部分。卫星导航定位系统涉及政治、经济、军事等领域，对维护国家利益具有重大意义。

GPS系统的主体部分由24颗地球同步卫星组成，这些卫星与地面支撑系统组成网络，向全球广播自己的位置信息。对于用户来说，最重要的就是GPS接收机，接收机根据同时收到的4－8颗卫星的位置信息，应用差分定位原理，每隔1－3秒向用户播报一次其位置(经纬度)、速度、高度和时间信息，以供用户或用户的系统使用。

GPS接受设备包括GPS手持机，与手机电话体积相当。其计算机接口包括GPS接收卡或外接设备，由天线、接收单元和电源组成，体积很小，可方便地装载在汽车等航行器上。

GPS系统具有以下特点：全球、全天候工作，能为用户提供连续、实时的三维位置、三维速度和精密时间。不受天气的影响。定位精度高，单机定位精度优于10米，采用差分定位，精度可达厘米级和毫米级。功能多，应用广——随着人们对GPS认识的加深，GPS不仅在测量、导航、测速、测时等方面得到更广泛的应用，而且其应用领域不断扩大。

全球四大卫星导航系统相关介绍

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全球四大卫星导航系统

①美国ＧＰＳ卫星导航系统

数量：由２４颗卫星组成；

轨道：高度约２０２００公里，分布在６条交点互隔６０度的轨道面上；

精度：约为１０米；

用途：军民两用；

进展：１９９３年全部建成，正在实验第二代卫星系统，计划发射２０颗卫星，定位精度将达１毫米。

②欧洲“伽利略”卫星导航系统

数量：３０颗中高度圆轨道卫星组成，２７颗为工作卫星，３颗为候补；

轨道：高度为２４１２６公里，位于３个倾角为５６度的轨道平面内；

精度：最高精度小于１米；

用途：主要为民用；

进展：２００５年１２月２８日首颗实验卫星已成功发射，预计２００８年前可开通定位服务。

③俄罗斯ＧＬＯＮＡＳＳ卫星导航系统

数量：２４颗卫星组成；

精度：１０米左右；

用途：军民两用；

进展：目前已有１７颗卫星在轨运行，计划２００８年全部部署到位。

④中国“北斗”卫星导航系统

数量：３颗卫星组成，２颗为工作卫星，１颗为备用卫星；用途：军民两用；

进展：前两颗分别于２０００年和２００３年发射成功。

目前全球导航定位市场美国一家独大

目前世界上在轨运行的全球卫星定位系统只有美国的GPS系统和俄罗斯的格洛纳斯系统，但由于格洛纳斯系统迟迟未能部署完毕，因此世界卫星定位导航市场一直被美国垄断。

20世纪60年代后期，美国出于自身的政治、军事和经济利益的考虑，开始研制卫星导航系统，经过30多年的努力，终于建成了20世纪航天史上最成功、最有意义的工程之一——全球卫星定位系统（Global Positioning System，简称GPS），它与阿波罗登月计划和航天飞机计划并称为美国航天三大工程。

GPS由美国军方控制，星座由24颗卫星组成，分布在6个轨道面上，可以保证无论在世界什么地方，几乎随时都可以捕获到其中的4颗卫星。每颗GPS卫星都发送两个频率的载波信号，一种信号是民码，抗干扰能力比较差，供民用用户使用，用户可自由接收；另一种信号是军码，抗干扰能力比较强，供军用接收机修正电离层误差，采取加密手段，不能随意接收。