格洛纳斯系统

格洛纳斯系统（Глобальная навигационная спутниковая система，意译为“全球导航卫星系统”，缩写为ГЛОНАСС，英语：GLONASS）是俄罗斯拥有的全球卫星导航系统（GNSS），与美国的全球定位系统（GPS）、中国的北斗卫星导航系统及欧盟的伽利略定位系统并列为当前四大全球导航系统。

系统由苏联自1976年起研制，第一颗卫星于1982年10月12日发射，1995年建成24颗卫星的基本星座。苏联解体后一度因经费短缺而衰退，大部分卫星失效，至2001年起俄罗斯政府大幅增加投入，2011年恢复完整全球运作能力。截至2025年，星座维持约24至26颗运作中卫星（视不同来源而定），提供全球覆盖，主要轨道高度约19,130公里，分布于三个轨道平面。

格洛纳斯系统传统上采用独特的频分多址（FDMA）讯号技术，每颗卫星使用不同载波频率（L1频段约1602 MHz附近、L2频段约1246 MHz附近），所有卫星传送相同伪随机码。此设计有别于GPS等系统采用的码分多址（CDMA），理论上可提升对宽频干扰的抵抗能力，尤其在敌方试图同时压制多颗卫星讯号时较具优势；然而，由于频率间隔较小及接收机处理复杂度较高，传统FDMA讯号在民用定位精确度上通常略逊于现代CDMA系统，标准精度水平定位误差一般为2.5–7米（水平），垂直约15米，视接收环境而异。近年来，新一代卫星（如GLONASS-K及GLONASS-K2）已逐步加入CDMA讯号（L1OC、L2OC、L3OC等），以提升与其他GNSS的相容性及精确度，并计划于2025年前后扩充至30颗运作卫星，未来或逐步淘汰旧有FDMA讯号。

格洛纳斯在高纬度地区（例如俄罗斯北部）因轨道倾角较大（约64.8°），可见卫星数较多，定位表现通常优于GPS；与其他系统结合使用时，能显著加快首次定位时间并提高整体可靠度，尤其在城市峡谷或遮蔽环境中。系统同时提供标准精度民用讯号及军用高精度加密讯号，广泛应用于交通、测绘、紧急救援及国防领域。

## 系统架构

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GLONASS系统由空间部分、控制部分和用户部分所组成。

### 空间部分

- 卫星数量：24颗工作卫星
- 轨道数量：3，每个轨道有8颗卫星
- 轨道倾角：64.8度
- 轨道高度：19000公里
- 运行周期：11小时15分40秒
- 系统参考时间：UTC
- 系统参考座标：PZ-90
- 信号型式：FDMA,CDMA

截至2019年7月28日，在轨卫星共有27颗。

- 轨道平面1：8颗正在运作
- 轨道平面2：8颗正在运作，2颗后备
- 轨道平面3：8颗正在运作，1颗正进行测验

## 历史

该系统最早在1976年由苏联海军提出，1982年开始，现在由俄罗斯政府负责管理。1990~1991年组建成具备覆盖全球的卫星导航系统，从1982年12月12日开始，该系统的导航卫星不断得到补充，至1995年，该系统卫星在数目上基本上得到完善，但随着俄罗斯经济不断衰弱，该系统亦因日久失修等原因陷入崩溃边缘。但2001年到2010年10月俄罗斯政府已经补齐了该系统需要的24颗卫星。

### 苏联时期

20世纪60至70年代，苏联当时的西科琳卫星定位系统过于陈旧，无法及时地提供准确的定位，已经无法满足苏联产生的各种新的需要，苏联决定组建新的的卫星导航系统。1968-1969年苏联国防部、国家科学院和苏联海军联合开发新的导航系统用于海陆空及太空的军事力量。1970年，这些部门联合制定了关于此计划的文书。

1976年，取名为“格洛纳斯统一空间导航系统的部署的讨论”方案在苏共中央委员会和苏联内阁分别获得通过。1982年，发射首颗卫星入轨。但由于航天拨款不足，该系统部分卫星一度老化，最严重曾只剩6颗卫星运行。

### 俄罗斯时期

2003年12月，由俄国应用力学科研生产联合公司研制的新一代卫星交付联邦航天局和国防部试用，为2008年全面更新Glonass系统作准备。在技术方面，GLONASS系统的抗干扰能力比GPS要好，但其单点定位精确度不及GPS系统。2004年，印度和俄罗斯签署了《关于和平利用俄全球导航卫星系统的长期合作协议》，正式加入了GLONASS系统，计划联合发射18颗导航卫星。

2006年12月25日，俄罗斯用质子-K运载火箭发射了3颗格洛纳斯-M卫星，使格洛纳斯系统的卫星数量达到17颗。

2010年12月5日，俄罗斯携带有3颗卫星的质子－M运载火箭发射后偏离正常轨道，坠落夏威夷附近的太平洋中。

2011年2月26日，发射了一颗格洛纳斯-K卫星。

2013年7月2日，搭载三颗“格洛纳斯-M”导航卫星的俄罗斯质子-M运载火箭在哈萨克斯坦拜科努尔航天发射场点火升空后发生偏转并爆炸解体。

## 与GPS的对比

### 特性

在技术方面，GLONASS与GPS有以下几点不同之处：

- 卫星发射频率：GPS的卫星信号采用码分多址（CDMA）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GLONASS采用频分多址（FDMA）体制，卫星靠频率不同来区分，每组频率的伪随机码相同。基于这个原因，GLONASS可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。
- 坐标系：GPS使用世界大地坐标系（WGS84），而GLONASS使用的则是1990年苏联官方所制定的PZ-90参考坐标系。
- 时间标准：GPS系统时与世界标准时间（UTC）相关联，而GLONASS则与莫斯科标准时间（UTC+3）相关联。

### S.A.干扰

此外，由于GLONASS没有施加S.A.干扰（Selective Availability），所以它的民用精度优于2000年5月1日之前有施加S.A.干扰的GPS系统。但是GLONASS的应用普及度还远不及GPS，主要是因为俄罗斯长期以来不够重视开发民用市场。

### 民用市场

2010年代起，已有包括iPhone 4S以后版本、iPad 3以后版本、Samsung Galaxy系列（不包括低阶和部分旧型号中高阶型号）、SONY Xperia系列手机、魅族MX2、Nokia Lumia 920、华硕Padfone 2等iOS、Android、Windows Phone 8系统的众多厂牌智能手机，以及Garmin推出的户外休闲导航仪eTrex 30等机种都同时支援GLONASS和GPS双定位系统。

Nokia也表示将在其即将推出的手机中使用GLONASS。2012年10月16日，HTC发表该公司旗舰机种ONE X+手机中应用此技术。

## 参考文献

- автор = Шебшаевич В. С., Дмитриев П. П., Иванцев Н. В. и др.

## 外部链接

- Official GLONASS web page
- GNSS web page including GLONASS
- Description of GLONASS on the web page of the International Laser Ranging Service (ILRS)
- GLONASS: present, future and past Presented on the ILRS Technical Workshop, 14–19 September 2009, Metsovo, Greece
- A homemade receiver for GPS & GLONASS satellites
- Navipedia information on GLONASS —Wiki initiated by the European Space Agency