GLONASS发展现状与展望

《GLONASS发展现状与展望》由会员分享，可在线阅读，更多相关《GLONASS发展现状与展望（12页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、GLONASS发展现状与展望一、GLONASS术沿革俄罗斯的格洛纳斯卫星导航系统（GLONASS美国GPS系统几乎同时起步，但经历了漫长而曲折的发展过程，GLONASS系统的组网建设远落后于 GPS。随着近年来经济的 复苏与卫星导航系统战略性地位的提升，俄政府加大了 GLONASSE程的资金投入力度，使其得到快速复苏，目前成 为全球第二大卫星导航系统。1982年第一颗 GLONASS卫星发射成功，至 1995年底，GLONASS导航星座组网卫星数量超过 24颗。俄罗斯政府于 1996年宣布GLONASS全球卫星导航系统正式建成。从 2003年开始，GLONASS系统进入全面升级阶段， 寿命更长

2、、 通讯系统更为稳定的新型 GLONASS-M卫星陆续发射并入轨 运行，进入2010年后，5颗GLONASS-卫星的发射成功标志着 新一代GLONASS统正式完成组网建设。2011年，具有更轻便 体积和更长久寿命的GLONASS-K1卫星的发射标志着GLONASS 系统进入了第三代发展阶段。随后该颗卫星播发的码分多址（CDM）信号被地面检测站首次捕获，使得 GLONASS的信号 编码方式实现了重大转变，并在2011年底实现了全球覆盖能 力。截至2018年9月，GLONAS系统星座共包含26颗在轨卫星，其中24颗卫星运行在工作状态，1颗 卫星处于维护状态，1颗卫星正在进行飞行参数测试， 24颗工

3、作卫星均匀分布在3个近圆形轨道面上，每 个轨道面有8颗卫星运行，与赤道间的轨道倾角为 64.8 ,每两个轨道面之间的夹角为120,同一个 轨道面上的卫星之间相隔45. GLONAS系统的轨道 高度约为19100km运行周期约为11h15min。GLONASS 卫星2018年9月25 9: 45 UTC卫星位置如图1所 示。图 1 GLONAS卫星实时位置（2018.9.25 9:45 UTC匚I：匚.7JD7477dd743?S&CE743?L2075?1E4 DQ 1 B83 3* 06 34 i25.ra-ia口建1匕11+ DE： 34 启3 J 9 1 Bft1 1 I 1口吕 34

4、5 Ca 1 s十 06-34 嶄4Jg-r OE-34 2&.Q9.1B-+- DE 34 2B 0Q 1 B+ OE-34 2B 09JI BQB 34 0D 1 SDB 17OE Id 09 ISP5 ip as十 十 OE-34 2B.G1B-1G+ 13百 34 ZB1 32 5 limiFMK： （n epwiiiiB IU1CTA 1 口矣 1E.G1.1 口02 UQ7 33-1 !J 02 03 13 ?t M 1D14 IS Q9 30 01 10DZ OS 1 ZE.03. IDW 1 1nInin w嚼TigiIn aperaiKMi尸巧俺r&eu表3 GLONASSE

5、星星历信息随着第三代 GLONASS系统的发展，GLONASS-K卫星已 具有播发CDMA信号的能力，这将有效升级 GLONASS系统 的定位精度与测距范围，还将提高 GLONASS系统的鲁棒性及冲突防护能力，并且能够更好的与其它GNSS系统之间实现兼容与互操作。今后发射的GLONASS卫星都将广播 CDMA信号，同时保留原有的 FDMA信号。随着系统组网星座的全 面建成与现代化进程的推进，GLONASS勺定位精度不断提高，早已超越了第一代 GLONASS设想的参数标准。最近 5年来 GLONASS勺定位精度几乎提高了一个数量级，从大约35m提高到5m以内。2011年，在地面增强系统的辅助下，

6、 GLONASS系统在俄罗斯本国境内的定位数据精度已经达到0.5m。二、GLONASS现代化GLONASS勺危机引起了俄政府的重视，俄总统普京表示，“出于国家安全战略的考虑，俄罗斯应该使用本国的GLONAS,而非美国的 GPS或者是欧洲的 GALILEO导航系 统”。2001年8月20日，俄罗斯政府批准了 GLONASS 20022011年发展计划，拉开了 GLONASS系统恢复和现 代化的序幕。GLONASS现代化包括卫星现代化、地面控制区段现代化 以及开展国际合作等，特别是包括GLONASS卫星信号在内的整体性能的提高。2003年12月10日，第一颗 GLONASS-M卫星入轨运行，并于2

7、004年12月8日开始向用户发送导航定位信 号，这标志着 GLONASS现代化迈出了坚实的第一步。GLONASS勺卫星现代化包括：(1) 2003年开始发射第二代 GLONASS卫星：GLONASS-Ml卫星和 GLONASS-Mil 卫星。第一代 GLONASS 卫星寿命只有三年左右，时间精度为3 X 10 13 s 5X 10 13 s，提供一个民用信号。较第一代 GLONASS卫 星而言，GLONASS-ME星寿命更长，可达七年，时间精度也 更高，达到1 X 10 13 s，并且在L2上增发了第二民 用信号。GLONASS-ME星频道号逐步由 K = 124调整为K =7-6 o由于频道

8、号的限制， GLONASS同一轨道面对 径上的两颗卫星分配了同一个通道号。地面接收机不需要同 时跟踪这两颗卫星，但空基接收机必须通过一定的判别方法， 如多普勒频移检查等，区分轨道面对径上的两颗卫星。对于 GLONASS-ME星，空基接收机还可以通过电文中的在轨卫星编号予以判别。GLONASS-ME星的导航电文较第一代卫星在 内容上更为丰富，还增加了星上电文完整性检验标志、时间 系统转换等相关参数。(2) 2010年12月开始研发第三代 GLONASS导航卫星GLONASS-K1 卫星。较 GLONASS-ME星而言，GLONASS-K1卫星寿命进一步延长，可达十年，时间精度也 进一步提高，可达

9、 5 X 10 14 s 1 X 10 13 s , 并且增加了 L3OC信号(L3载频上码分多址(CDMA)体制的 第三民用信号）。第一颗GL0NASS-K1卫星已于2011年2 月26日发射升空，截至2013年4月，该卫星仍处于飞行 测试阶段。20142017年发射的GLONASS-M卫星也将增 加L3OC信号。（3）分别于2015和2025年开始发射更新一代的GLONASS-K2卫星和 GLONASS-KM卫星，增强系统的整体功 能，扩大 GLONASS应用领域，提高 GLONASS与 GPS的竞 争能力。GLONASS-K2卫星将在L1、L2载频上发射CDMA言 号，加上L3OC信号，

10、民用信号将达到 5个。K2卫星将从 2017年起逐步替代现有的 M卫星。KM卫星载频数量将达 到6个，民用信号达到8个（2个频分多址（FDMA）信号： L1OF L2OE 6 个 CDMA 信号：L1OC、L2OC L3OC L1OCM L3OCIM L5OCM）地面控制区段现代化包括： 改善地面控制设施，增加 卫星监测站； 改善卫星时钟的稳定度； 改善动力学模型； 改进时间保持系统。此外，俄罗斯还通过与美国、欧盟及中国等国的合作，使GLONAS与GPS GALILEO及北斗系统具有较好的兼容性。三、GALILEO发展现状与展望伽利略（Galileo ）卫星导航系统是欧盟正在建设中的 全球导航

11、定位系统，它是世界上第一个完全向民用开放的具有商业性质的卫星定位系统，既能够为民众提供高精度导 航信号，又可以提供给政府和军方高度安全的加密信号。随着欧盟有关部门的大力支持，Galileo 正以高速发展的趋势进入国际GNSS市场，并将与GPS GLONAS删北斗卫星 导航系统实现兼容与互操作。2003年起Galileo系统工程建设开始实施，2005年与2008年，欧盟先后将两颗用于 考察系统关键技术的试验卫星GIOV-A与GIOV-B送入太空轨道，按照计划，此后会有4颗工作卫星发射升空并进行 在轨运行试验，它们将在 2012年前重点验证系统空间段与 地面段的基本功能实现。验证阶段完成后，Gal

12、ileo 系统的其它26颗卫星将陆续发射升空并在轨运行，完成Galileo星座部署，预计在2014年形成一个具有开放服务功能的初 步系统， 并于2018年前后建成具有完全工作能力的全球 导航定位系统。Galileo 系统的组网星座包括 30颗卫星， 其中27颗卫星为工作星，其余3颗为备份星，这些卫星均匀分布在3个中高度轨道面上，每个轨道面都部署9颗工作星和1颗备份星，3个轨道面相隔120，轨道高度 为23616km，倾角为 56，卫星运行周期为 14h4min。虽 然Galileo 系统的星座规划为 30颗卫星，但目前为止只 有建造18颗卫星的资金，其余 12颗卫星的建造资金还未 得到落实。G

13、alileo 卫星采用码分多址（CDMA （简称为L1 ）频段。每颗Galileo卫星均可播发6种不同的导航信号：E5A、E5B E6C E6P、L1F 及 L1P。Galileo 系统提供4种导航服务和1种搜索救援服务，其中导航服务包括了1种免费的开放服务和其它3种付费授权服务，它们分别是：?开放服务 OS( Open Service )；?商业服务 CS( Commercial Service )；? 公共管理业务 PRS( Public Regulated Service )；? 生命安全服务 SoL ( Safety of Life Service )；? 搜救业务 SAR( Sear

14、ch and Rescue Service )。Galileo 导航系统的星座布局与GPS和GLONASS类似，也是使用中高轨道(MEO的星座组网，但整个系统设 计为额定状态下由30颗卫星参与组网，这就大大增加了卫 星的数量，使得星座结构得到一定改善，进而向用户提供具有更高精度系数的定位服务。在Galileo 项目计划中提出，即便使用的是免费的民用信号，定位精度也有望达到6m左右，高于GPS系统C/A码的10m定位精度；而对于一 般的授权商业用户，Galileo 可提供误差小于1m的定位服 务。Galileo 计划的实施对于欧盟的发展具有关键性战略 意义，从此欧盟拥有了属于自己的卫星导航系统，

15、摆脱了对 GPS的依赖，为今后建立起独立自主的军事防御体系奠定了 坚实基础。据报道，欧盟现已着手准备发展第二代Galileo 卫星 导航系统，并计划在2020年2025年开始全面部署。在项目启动17年、遭遇多次挫折并超支 3倍之后， 欧洲“伽利略”卫星导航系统终于在2016年12月15日宣布投入使用。该系统有望在 性能上胜过其竞争对手，同时保证欧洲在卫星导航领域的自 主。它全球免费使用的初期服务将仅供已配备同“伽利略”兼容芯片的智能手机和导航设备使用。为该项目出资的欧盟 委员会称，某些设备只需通过软件升级就能开始使用这些服 务。欧盟内部市场、工业、创业与中小企业专员别恩科夫斯 卡称，欧洲正在加

16、入导航服务提供者俱乐部。“伽利略”系统现有18颗在轨卫星。它的初期服务信号将会时断时续， 需借助美国的GPS卫星来增强，但其可靠性和独立性会随 着在轨卫星数量的增加而改善。欧委会和欧空局称，该系统 应能在2020年实现由30颗卫星组网并全面投入运行，届时将能提供精度前所未有的授时和定位数据。按照计划，该系统还将在 2017年和2018年再发射8颗卫星。组网所需的另 4颗卫星尚未正式订购PRN卫星容秫发肘日期信号时铀1EUlOV-lrGafflM2011/10/21MEOE1.E56 E5b, E6PHME12lOV-2,Galileo2011/10/21MEOElf E5 E5S E6RAFS

17、IOV-3zGal leo2012/10/12MEOEl, E5缶 E5bf E6PHME20lOV-Galileo2012/10/12MEOEl, E5a, E5bf E6RAF?E18FOC-12014/6/22MEOEl,E5a, E5bfE6RAPS 鼠 PHME14FOC-22014/8/22MEOEl, E5af E5t E6RAFS & PHME26FOC-32015/3/27MEOEl,E5b, E6RAFS & PHM 1E22；_ FOC-4 _2015/3/27MEO 3Elf E5ar E5b, EhRAF弓 & PHME24FOC-52015/9/11MEOlE1,E

18、5百 E丸 E6RAFS & PHME30F0G62015/9/11MEOEl+ E5a, E5b; E6RAFS & PHM IE08FOCB2015/12/17MEOEl, E5a, E5bfE6RAFS & PHMEOQFOC-92015/12/17MEOEl. E5a, E5b, E6RAFS & PHMEC1_ FOC-IO _MEOEl, E5aT ESb.EeRAFS & PHME02FOC-112Q16/5/24r MEO _Elf E5a; E5b,E6RAFS & PHME07FOC-72016/11/17r MEolEl. E5a, E5b,E6RAFS & PHME03

19、FOC-122016/11/17MEOEl, E5af E5b( E6RAFS & PHME04FOC-131016/11/17Elf E5a, E5bf E6RAFS 氐 PHME051 FOC-14r MEO 1Elf E5a; E5b,E6RAFS & PHM .E21F0352017/12/12MEOEl, E5町 E5b,E6RAFS & PHM |E25FOC-162017/12/12MEOEl, E5a. E5b, E6RAFS & PHM ：E27FOC-172017/12/12MEOEl, ESa, E5b,E6PAFS & PHME31FQC-182017/12/12MEO

20、El, E5“ E5b,E6RAF機繃:表4 Galileo卫星信息“伽利略”系统免费的“开放服务”最终将能达到1 米以内的定位精度，而 GPS和俄罗斯的GLONASS系统是几 米。一项付费服务的定位精度将更高，达到厘米级水平。法 国国家空间研究中心主任勒加尔说，GPS可使列车知道自己所在区域，而“伽利略”将让列车知道自己行驶在哪条线路 上。如此高的精度对于提高无人驾驶汽车和核电厂安全将极其宝贵。“伽利略”项目网站称，到全面投入使用时，该系 统的搜救服务将能把遇险信标启动后探测到海上或山区失 踪人员所需时间从3小时缩短到仅10分钟。它的信号最 终将能到达目前导航卫星信号无法到达的区域，如交通隧

21、道 和来自低仰角卫星的无线电波会被高层建筑遮挡的街道。全 面启用后，地球上绝大多数地方都将能同时看到68颗“伽利略”卫星。“伽利略”系统还将向政府服务部门提供 加密的“公共控管服务”，涉及交通与应急、执法、边境控 制和“和平使命”。按照计划，从2018年起，欧盟内的每 辆新车都将配备“伽利略”系统，以提高导航能力，并将启 用紧急呼叫系统。它精确的授时功能还将提升银行与金融交 易、电信和智能电网的同步性，让这些系统变得更加高效。“伽利略”系统目前的免费使用服务只针对两款同该系统 兼容的手机，即 BQ的Aquaris X5Plus和华为的Mate 9, 以及高通、博通、英特尔、联发科技和u-blo

22、x 生产的十几种适于使用该系统的芯片。别恩科夫斯卡说：“我们需要企业界开展伽利略方面的投入和创新，以开辟新应用和 新业务。”这一由民用部门掌控的服务对欧洲具有重要的战 略意义。欧洲目前仍依赖于 GPS和GLONASS这两个由军方 控制的系统。GPS和GLONASS都不能保证服务不中断。“伽利略”将能同这两个系统通用，但同时又是完全自主的，可 独立运行。美国莱斯大学航天政策高级研究员艾比称，这种独立性在发生某种冲突或分歧、致使美国不得不限制GPS使用时将尤为重要。“伽利略”项目最初获得批准时的初步预算约为30亿欧元，计划2008年投入使用。但该项目遭遇了几次技术 和预算上的挫折，包括 2014年

23、有两颗卫星被送入错误轨道。 目前来看，它2020年前的总耗资在100亿欧元上下。欧委会希望该项目将最终成为一个重要的商业项目。欧 洲目前有近10%的国内生产总值（GDP据信依赖于卫星导 航，而到2030年这一比重预计会提高到约30%。欧委会称，到2020年，全球卫星导航市场价值将达到约2440亿欧元。“伽利略”项目本身预计将在头 20年里为欧盟经济贡献约 900亿欧元。“伽利略”系统开创性的精度与其卫星上所用的迄今 最好的导航原子钟是分不开的。它的每颗卫星上配备4台原子钟。这些时钟的精度高达每300万年只差1秒。时钟每10亿分之一秒的误差就会意味着高达30厘米的定位误差。“伽利略”系统的信号强度也将更高，从而可提供更多信息。