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GLONASS定位是什麼

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GLONASS是俄語中“全球衞星導航系統GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTE”的縮寫,作用類似於美國的GPS、歐洲的伽利略衞星定位系統

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談到全球衞星導航系統,人們首先想到的是美國的GPS系統,而俄羅斯格洛納斯(GLONASS)系統則格洛納斯衞星鮮為人知。

不久前格洛納斯系統即將滿員上崗提供全球定位服務的消息才再次吸引了人們的目光。恐怕很少有人知道, 格洛納斯的正式組網比GPS還早, 這也是美國加快GPS建設的重要原因之一。不過蘇聯的解體讓格洛納斯受到很大影響,正常運行衞星數量大減,甚至無法為為俄羅斯本土提供全面導航服務,更不要説和GPS競爭。

到了21世紀初隨着俄羅斯經濟的好轉,格洛納斯也開始恢復元氣,推出了格洛納斯-M和更現代化的格洛納斯-K衞星更新星座

GLONASS項目是蘇聯在1976年啟動的項目,格洛納斯系統將使用24顆衞星實現全球定位服務,可提供高精度的.三維空間和速度信息,也提供授時服務。按照設計,格洛納斯星座衞星由中軌道的24顆衞星組成,包括21顆工作星和3顆備份星,分佈於3個圓形軌道面上,軌道高度19100千米,傾角64.8°。

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和GPS系統不同,GLONASS系統使用頻分多址(FDMA)的方式,每顆格洛納斯衞星廣播兩種信號,L1和L2信號。具體地説,頻率分別為L1=1602+0.5625*k(MHz)和L2=1246+0.4375*k(MHz),其中 k為1~24為每顆衞星的頻率編號,同一顆衞星滿足L1/L2=9/7。GLONASS系統設計定位精度為在95%的概率條件下,水平向為100米,垂直向為150米。

GLONASS系統的主要用途是導航定位,當然與GPS系統一樣,也可以廣泛應用於各種等級和種類的測量應用、GIS應用和時頻應用等,系統單點定位精度水平方向為16M,垂直方向為25M。

1982年至1985年間,發射了3顆模擬星和18顆原型衞星用作測試。由於蘇聯的衞星和電子設計水平和美國有很大差距,蘇聯這些測試衞星設計壽命只有一年,真實的平均在軌壽命也只有14個月。

格洛納斯系統1985年開始正式建設,1985~1986年,6顆真正的格洛納斯衞星被髮射升空,這些衞星對比原型衞星改進了授時和頻率標準,增強了頻率的穩定性,不過它們的壽命仍然不佳,只有大約16個月的平均壽命。此後又發射了繼續改進的12顆衞星,不過一半的衞星由於發射事故損失了,這些新衞星設計壽命2年,實際平均壽命是22個月。

這樣到了1987年,格洛納斯系統共計發射了包括早期原型衞星在內的30顆衞星,在軌可用衞星9顆,前景一片光明。1988年開始發射的衞星是進一步改進的版本,這個版本在現在一般稱為格洛納斯衞星。

這些衞星重量1400千克,採用三軸穩定技術和精密銫原子鐘,設計壽命進一步提高到3年,在1988年到2000年間這個版本的格洛納斯衞星發射了54顆之多。這些衞星都是在拜哈努爾發射中心使用質子火箭以一箭三星的方式發射入軌的。

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什麼是 GLONASS 及其工作原理

GLONASS(格洛納斯)是俄羅斯製造的全球衞星導航系統。它自 1950 年代後期開始創建,但僅在 21 世紀零年代才在民用領域廣泛使用。它目前屬於俄羅斯聯邦

經常有人説“GLONASS是GPS的類似物”,但事實並非如此。蘇聯科學家比美國人更早地開始創建衞星導航系統:在蘇聯,該技術的基礎是在 1958 年開發的,而在美國,他們在 1959 年第一個人造地球發射後考慮使用航天器進行導航蘇聯的衞星。

格洛納斯發展史

首先,讓我們弄清楚如何使用 GLONASS 確定座標。它是使用在地球上空約 19,000 至 20,000 公里的軌道上的幾顆衞星組成的網絡進行的。

當您想知道自己的位置時,您的 GLONASS 設備將至少檢測到其中四顆衞星。接下來,將測量來自衞星的信號到達您的設備所需的時間,然後計算到每個衞星的距離。由於衞星的座標在任何時候都是已知的,因此這些距離可用於計算接收器的當前地理位置。

為了覆蓋整個地球表面, GLONASS導航系統的軌道星座必須包括至少 24 顆衞星。有了這樣的數字,至少有 4 個衞星位於每個用户的“可見性”區域。這就是確定對準確地理定位很重要的四個參數所需的時間:X 和 Y 座標、Z 高度以及衞星時鐘與用户設備時鐘之間的`時差。

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導航系統的工作原理

在撰寫本文時,GLONASS 軌道星座包括 26 顆衞星,其中一顆處於進入系統的階段。

截至 22 年 7 月 14 日 GLONASS 航天器的當前位置

GLONASS 在技術上與 GPS 有何不同

GPS全稱Global Positioning System,是美國開發的全球定位系統。它使用與 GLONASS 相同的定位原理。截至年6月,GPS星座共有31顆在用衞星。然而,GPS 和 GLONASS 一樣,只有 24 顆衞星就足以覆蓋整個地球。

軌道羣對比

GLONASS 和 GPS 系統之間存在很多技術差異,但其中絕大多數對普通用户來説並不重要。讓我們詳細討論主要的,除了我們已經提到的衞星數量的差異:

衞星的位置

GLONASS 衞星放置在三個平面上,它們以 64.8° 的標稱角度向赤道傾斜,並以 11 小時 15 分 44 秒的週期旋轉。它們與地球的自轉異步移動。

這提供了一個穩定的軌道系統,與 GPS 軌道不同,它幾乎不需要對航天器軌道進行校正。此外,即使將幾顆衞星帶出軌道,這也不會影響俄羅斯聯邦領土上的導航可用性。反過來,GPS 衞星在六個平面上,傾斜約 55° 並同步轉動——它們需要地面校正站來進行準確的地理定位。

數據傳輸方法

衞星傳輸的信息使用不同的協議進行加密:GLONASS 具有 FDMA,這是一種更耗能的協議,但具有更好的數據保護;GPS具有經濟且安全性較低的CDMA。

定位誤差

對於 GLONASS,它是 3-6 m,對於 GPS,它是 2-4 m。

覆蓋範圍

GLONASS 覆蓋了俄羅斯聯邦全境的 100% 和地球的 70%。另一方面,GPS 可以在任何地方工作,除了極圈附近的緯度 - 問題在於軌道的傾角。

事實上,對於普通用户來説,衞星運行的軌道和高度、地面跟蹤站如何向他們傳輸信息、如何進行計算,這些都沒有區別。他在確定地理位置時不需要“外科手術式”的準確性。然而,幾米的誤差對於民用和軍用航空、大地測量學和製圖學以及確定陸地邊界可能具有決定性意義。在地面基礎設施和更復雜的導航設備的幫助下,GLONASS 和 GPS 都可以提供精確到幾毫米的座標。

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