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关于格洛纳斯卫星导航系统

关于格洛纳斯卫星导航系统

格洛纳斯卫星导航系统的结构

俄罗斯卫星导航系统GLONASS在高级配置中包括以下部分

  • GLONASS 系统的宇航综合体,由星座轨道构成,是将航天器送入轨道的设备,地面控制综合体
  • 功能增强, 包括全球卫星导航系统(GNSS)功能增强的广域系统,差分校正和监测系统,以及区域和本地监测与差分导航系统
  • 高精度天文时信息系统
  • GLONASS 的基本支持设施 – 迅速确定地球自转和定位参数系统,形成协调世界时的国家刻度系统,俄罗斯联邦的大地控住系统
  • 民用和转用的导航设备
Структура ГЛОНАСС

使用 GLONASS 系统的主要组织是《俄罗斯航天系统》公司。

GLONASS 航天综合体的主要组织是《姆·夫·列少特涅夫《信息卫星系统》公司。

导航活动领域的联邦网络运营商是非商业性合伙公司《GLONASS》。

由中央机械科学研究院坐标时间和导航支持信息分析中心对GLONASS的导航范围进行全天候的及时监视和确认。

国际活动

俄罗斯联邦在 GNSS 领域开展的国际合作旨在促进GLONASS系统的可持续发展,并积极参与全球卫星导航协议。

在 GNSS 发展的最近几年,其功能增强已成为发达国家坐标时间和导航支持系统的基础,是国家和私营部门发展世界经济的重要因素。随着多个 GNSS 的同时运行,对拥有此类系统的国家间以及与GNSS开发和使用直接相关的国际组织间项目协调发展的需求日益增加。GNSS领域的国际合作是俄罗斯联邦在国家航天活动政策中非常重要的一部分。

为确保 GLONASS 系统与其他GNSS系统的兼容与互补,并向国外推广使用,坐标时间和导航支持信息分析中心专家自发参加并组织了俄罗斯代表参加以下活动:

  • 联合国大会倡议成立的国际GNSS委员会;
  • 国际GNSS服务(IGS),坐标时间和导航支持信息分析中心是IGS服务的联合分析中心;
  • 国际激光测距服务(ILRS),坐标时间和导航支持信息分析中心是ILRS服务的联合分析中心;
  • 国际地球自转服务(IERS),坐标时间和导航支持信息分析中心是IERS官方的分析中心;
  • 航空无线电技术设备委员会(RTCA),在会议上讨论将 GLONASS 系统纳入航空导航设备标准的问题;
  • 国际民用航空组织(ICAO),在会议讨论发展和应用 GLONASS 系统的开放服务使用标准。

坐标时间和导航支持信息分析中心专家还参加国外的全球和区域导航系统供应商的双边谈判和协商,参与国外GLONASS系统地面测量部分的工作,是确保其广泛运用的重要因素之一。

全球导航卫星系统的功能增强系统

全球GNSS的发展正在朝着提高定位准确性和可用性,确保导航范围使用的可靠性以及扩展可用服务的方向发展。形成了GNSS发展的两个方向,与提供其导航服务的准确性和可靠性有关:

  • 现有(GLONASS,GPS)系统的现代化和新全球卫星导航系统的开发(欧洲伽利略项目,中国北斗项目);
  • 对增强功能加进行发开(FD)。

GNSS功能增强为用户提供更多信息,以提高确定空间坐标,速度和时间的准确性和可靠性。

功能性增强的输出信息通过特殊的通信渠道传送至用户。 它通常包含校正信息(以消除或减少确定用户位置误差)和有关GNSS完整性的信息(以确保定位结果的可靠性和有效性)。

在俄罗斯联邦和其他国家,已开展各种类型的功能性增强,并正在进行积极工作以使现有系统现代化并创建新系统。

功能增强系统

参数 局部差分系统 区域差分系统 广域差分校正系统 全球差分校正系统
构成 一个或多个测量收集站1 数据传输通道 测量站网络 数据传输通道 计算中心 区域测量站网络 数据传输通道 计算中心 地面控制综合体 全球测量站网络 数据传输通道 计算中心 地面控制综合体
校正信息 被测量用户对导航参数的更正 系统完整性信息2 被测量用户对导航参数的更正 系统完整性信息 对星历时间信息的更正3被测量用户对导航参数的更正 系统完整性信息 对星历时间信息的更正 消除大气信号失真的校正 被测量用户对导航参数的更正 系统完整性信息
传输渠道 地面数据传输线4 地面数据传输线 通信和中继航天器 通信和中继航天器
覆盖区域 50–200km 400–2000km 2000–5000km 覆盖全球
用户位置误差 1-5cm 5-50cm 5dm-2m 5cm – 2m

1.测量收集站-控制校正站,是高精度导航设备,安装在具有已知坐标点上。

2.有关系统完整性的信息-关于GNSS运行失败的信息,在运行过程中通过自身手段未检测到或未纠正的失败信息。系统完整性信息的传输可防止用户使用不正确的导航数据。

3.星历时间信息-用于计算航天器轨道的数据和航空时钟数据。

4.地面数据传输线-VHF无线电,移动无线通信系统或Internet网络。


目前,正在积极开发五个广域差分校正系统:SDCM,WAAS, EGNOS, GAGAN, MSAS。

Широкозонные системы дифференциальной коррекции

SDCM系统的覆盖范围是俄罗斯联邦的整个领土和邻近地理区域,该系统的主要用户是民航。 借助《射线》中继系统的航天器传输SDCM校正信息。

存在私有全球差分校正系统,例如,StarFire navigation system StarFire(John Deere公司商业系统);Starfix DGPS System 与 OmniSTAR(荷兰Fugro N.V. 公司的商业系统)。

在全球差分校正系统中,《PPP服务》(英语是Precise Point Positioning - 精确点定位)占据了一个单独的位置。当将精确的卫星轨道和双频GNSS接收器结合时(考虑一阶电离层的影响),PPP技术能够提供从分米到厘米甚至更高(静态模式)的定位精度。

PPP技术相对于其他差分定位方法的主要优点为,仅需一个接收器即可实现PPP,并且在用户附近不需要特殊的基站。

特别强调FD,区别于用户传统意义上的使用 - 伪卫星和辅助功能增强。

伪卫星FD是一个或几个伪卫星(位于地面的导航卫星),它们会生成GNSS格式的导航信号。它们在指定区域增补GNSS全球无线电导航领范围,并且通常具有局部操作区域。它的大小取决于伪卫星发射机功率和视程。

辅助FD是实现“assisted GNSS”模式并形成不用校正修正的系统,以加快与导航航天器连接并提高用户位置的可靠性。

在俄罗斯联邦,差分系统的发展方向是由俄罗斯联邦的无线电导航计划和联邦目标计划所确定的。

目前,《俄罗斯航天》国家集团公司正在致力于开发和有效利用全球系统,为国民用户提供高精度导航和星历时间信息(http://glonass-svoevi.ru/)。

该系统旨在为消费者提供实时和后验模式的高精度导航支持。基于高精度星历时间形成的高精度导航和星历时间信息通过地面公共通信信道(Internet) 传输,并在用户的专用导航设备中与GNSS信号一起进行处理,从而将导航精度提高一级以上,达到厘米级别。实时数据仅适用于注册客户。用户可不受限制地获得后验信息。

将来,还计划使用数据传输的航空通道。为通过航空通信通道向消费者传输数据,将使用通信及中继卫星的机载无线电技术综合体的组件,以及用于向卫星传输信息的地球站,这将确保在整个地球表面和临近空间向全球用户传输辅助信息。高精度导航和星历时间的创建是分阶段进行的,逐步提高准确性和操作性。

研究中心可通过互联网免费提供有关GLONASS系统的高精度信息,以确保在俄罗斯联邦广泛使用卫星导航:

  • 中央机械科学研究院坐标时间和导航支持信息分析中心是IGS国际服务(International GNSS service)的联合分析中心,是国际激光测距服务组织(ILRS)的联合分析中心, 也是国际地球自转服务(IERS)的官方分析中心。中心产品 - 用于GLONASS和GPS的高精度星历时间信息,地球自转参数。ftp://ftp.glonass-iac.ru/MCC/PRODUCTS/
  • 《精密仪器系统》科学生产集团》公司。星历后验高精度确定和GLONASS(高精度导航和星历时间)系统的时间校正系统。(http://glonass-svoevi.ru/.)

高精度导航数据的应用

个人导航
  • 空间导向访问信息资源
搜寻及救援
  • 搜救行动
大地测量与制图
  • 管理大地测量网络
  • 调查工程,测量界标
  • 地图和计划的现实化
建筑
  • 道路建设工程
  • 通讯,管道等铺设
  • 铁路建设与维修
陆路运输
  • 控制高危险运输
  • 智能交通系统
  • 铁道状况及时监督
农业
  • 高精准农作
  • 农机维修
航空
  • 国际民航组织入港和降落
  • 无人机导航
太空
  • 追踪运载火箭
  • 高精度确认航天器轨道
水运
  • 港口和内运河的进港和调度
环境
  • 监控地球变形
  • 监控地球自转参数
  • 监控对流层和电离层的组成和状态
  • 监控水林资源
  • 矿藏开采
通讯与同步
  • 同步输电线路
  • 通信与电信设备的同步
  • 同步空间用户的时间
  • 协调世界时(UTC)

俄罗斯 GLONASS 技术

国家自动化信息系统《ERA-GLONASS》

国家自动信息系统(GAIS)《ERA-GLONASS》可迅速接收俄罗斯联邦公路道路交通事故的信息,包括处理,存储和传输到紧急处理服务部。《GLONASS》公司是(GAIS)《ERA-GLONASS》的运营商(https://aoglonass.ru/)。

发生事故时,安装在汽车上的用户终端可判定事故的严重程度,通过GLONASS和/或GPS卫星系统确定事故车辆的位置,与《ERA-GLONASS》基础设施建立通信并通过任何蜂窝运营商传输有关事故的必要数据。

可以通过专用SOS按钮手动呼叫。 同时,《ERA-GLONASS》联络中心的操作员语音验证事件详情,如果确认信息或没有响应,则委派响应服务救援人员,救护车,交警。

俄罗斯国家应急系统《ERA-GLONASS》在技术上与全欧洲系统eCall兼容。

提供额外服务的可能:行驶记录仪功能,车辆状况的远程诊断,交通管理系统,安保搜索系统。

作为该项目的一部分,《ERA-GLONASS》系统的基础设施已部署在俄罗斯联邦各主体中,已完成与系统-112和紧急服务部,其他国家系统的接口,规定了一套国家技术标准,“关于国家自动化信息系统《ERA-GLONASS》”的联邦法律于2014年1月1日生效。

该系统于2013年7月在俄罗斯15个地区投入试运行。系统于2015年1月1日投入商业运营。第一辆配备《ERA-GLONASS》系统的汽车是俄罗斯的Lada Vesta。

自2018年以来,系统用户终端已安装在俄罗斯销售的所有车辆上。

《ERA-GLONASS》系统的投入缩短了事故及其他紧急情况的响应时间,从而减少路上的伤亡人数,并提高货运和旅客运输的安全性。

主要技术特点

GLONASS 系统服务

GLONASS 系统为用户提供两种类型的服务 - 标准和高精度服务(请参阅俄罗斯 GLONASS 技术)

通过在L波段中传输标准精度信号,向用户提供标准精度服务。 每个航天器《Glonass-M》在两个波段中分频发送导航无线电信号:L1(1.6 GHz)和L2(1.25 GHz)。

适用于国内外民用用户的标准精度信号,钟频为0.511 MHz,适用在GLONASS卫星所在的可见区中已配备相应AP的所有消费者。

星座轨道

GLONASS 星座轨道由24个处于中等高度近圆形轨道的卫星组成,高度为 19100 km,倾角为 64.8°,周期为11小时15分44秒。周期值可创建稳定的轨道系统,区别与 GPS 轨道,无需在整个活跃期中保持校正脉冲。即使几架航天器离开轨道组,额定倾斜度也可确保俄罗斯联邦领土导航100%的可用性。

Орбитальная группировка ГЛОНАСС
星座轨道
标准航天器数量 24
轨道高度 19 100 km
平面数量 3
长半轴 25 420 km
周期 11 小时 15 分钟 44 秒
倾角 64,8°

导航无线电信号

GLONASS 系统的导航无线电信号谱。
GLONASS 系统的导航无线电信号特点
波段 载波频率, MHz 信号 伪码长度,代码 钟频,MHz 调频类型 数字信息传输速度,比特/秒
L1 1 600,995 L1OCd
L1OCp
1 023
4 092
1,023
1,023
BPSK (1)
BOC (1,1)
125
导频信号
L2 1 248,06 L2 服务信息传输的划分代码
L2OCp
1 023
4 092
1,023
1,023
BPSK (1)
BOC (1,1)
250
导频信号
L3 1 202,025 L3OCd
L3OCp
10 230
10 230
10,23
10,23
BPSK (10)
BPSK (10)
100
导频信号
坐标系

每个航天器所传输的GLONASS系统,组成星历运行信息,描述该航天器发射天线的相位中心在地球PZ-90坐标地心系统中的位置,定义如下:

  • 坐标原点位于地球的质心;
  • Z轴指向国际地球自转服务(IERS)建议中所定义的地极;
  • X轴指向地球赤道平面与国际时间局(BIH)设定的本初子午线的交汇线;
  • Y轴增补地心直角坐标系至右侧。
参考文献《1990年地球参数》(PZ-90.11)(援引)
时间体系

作为GLONASS系统时标是根据系统中央同步器的时标所形成的相对连续时标。中央同步器配有氢气频率标准。

GLONASS系统的参考时标是俄罗斯的国家协调世界时间UTC(SU)。

GLONASS系统时标与计划校正被同时校正成协调世界时UTC秒的整数。

接口控制文件

接口控制文件

官网

GLONASS用户信息中心: www.glonass-iac.ru