格洛纳斯（GLONASS）的过去、现在和将来（一）

最近，美国《GPS World》杂志专门著文，谈俄罗斯的格洛纳斯系统的过去、现在和将来。这里就该文重点做一转述，以供大家了解和关注。

原苏联的第一颗格洛纳斯卫星是在35年前，也就是1982年10月12日发射升空的。格洛纳斯计划是1976年提出来的，三年后便付诸研发行动。当时，由于苏联的火箭发射能力强大，一开始计划就是用一箭三星的方式发射卫星。由于多次发射失败和卫星工作寿命较短，所以一直发射到70多颗卫星时，到1996年格洛纳斯卫星星座才达到额定工作的24颗，宣布正式投入完全服务。可惜好景不长，由于苏联的解体和俄罗斯的经济困难，格洛纳斯星座的卫星数量至2002年最低降到7颗卫星，维持正常工作的卫星为6颗。

图1所示是俄罗斯纪念第一颗格洛纳斯卫星发射35周年的宣传页，标志其发展的几个重要里程碑。从2003年开始，格洛纳斯系统又进入复苏阶段。以每年差不多发射6个卫星的速度回归，加上卫星寿命有所增加，所以到2011年12月8日，格洛纳斯星座又恢复到24颗卫星的完全工作状态，并基本能够保持。

世界上最早出现的卫星导航兼容接收机，就是GPS/GLONASS接收机。而今天的GNSS接收机，业已包括GPS/GLONASS/BDS/Galileo，还可能具有接收QZSS星基增强信号的能力。本文将简要回顾格洛纳斯计划的历史，讨论其现状，并概述其卫星星座的近期计划，以及导航信号和地面支持网络。

格洛纳斯的过去和现状

美苏冷战期间，有关格洛纳斯的信息很少。苏联解体后，有关信息变得较为容易获得。俄罗斯还发布了格洛纳斯的接口控制文件（ICD）。它的最新版本是在2016年发布的，只在俄罗斯公开。

卫星与信号。至今，格洛纳斯已经发射过6种型号的卫星。1982年10月到1985年5月间发射了第一批称为Block I 的10颗卫星，1985年5月到1986年9月间发射了6颗Block IIa卫星，1987年4月至1988年5月间发射了12颗Block IIb卫星，其中6颗卫星因发射故障而丧失。第四个型号是Block IIv（v是俄文字母的第三个字母的英文音译）。到2005年底，俄罗斯已经部署了60个IIv卫星。随后的每一代卫星都包含设备功能增强，和使用寿命的增加。2001年12月1日发射了一颗GLONASS-M卫星（第五种型号的原型卫星，用于现代化），同时发射的还有两颗Block IIv，包括2003年12月10日和2006年12月26日的两次一箭三星发射中，分别各带有一颗GLONASS-M卫星。 2005年12月25日发射升空了两颗GLONASS-M卫星。新设计的现代化格洛纳斯卫星提供了许多改进，包括更好的星载电子设备、更长的使用寿命，和L2民用信号以及改进的导航信息。除了2011年2月26日和2014年11月30日发射的两颗GLONASS-K1（有时简称为GLONASS-K）卫星外，自2005年12月以来发射的所有GLONASS卫星都是GLONASS-M卫星。GLONASS- K1卫星与前面五种型号的卫星明显不同。它们更轻，提高了时钟稳定性，并将卫星设计寿命延长至10年。它们还在首次包括伴随传统频分多址信号的第三频率上，加上了国际上流行的码分多址（CDMA）信号。所有的格洛纳斯卫星都是由雷舍特涅夫信息卫星系统股份公司制造。

与其他GNSS不同的是，GLONASS的传统信号使用FDMA，而不是CDMA。与传统的GPS信号一样，GLONASS信号包括两个伪随机噪声（PRN）测距码：类似于GPS C / A码（标准精度ST码）和P码（精密精度VT码），调制到L1和L2载波上。GLONASS ST码也已经在GLONASS-M卫星的L2频率上传输。 GLONASS ST码长511个码片，码率为每秒511 千比特，重复间隔为1毫秒。 VT码是33,554,432个码片，每秒5.11兆比特。代码序列被截断以给出1秒的重复间隔。与GPS卫星不同的是，所有的GLONASS卫星都传输相同的编码。他们从工作频率为5 MHz的板载原子频率标准（AFS）中获取信号时序和频率。从Block II到GLONASS-M系列的各种GLONASS卫星系列在每个卫星上有三个铯原子频率综合器（AFS）。发送的信号像GPS信号一样是右旋圆极化的，具有可比较的信号强度。 GLONASS-K1在新的L3频率（1202.025 MHz）上传输CDMA信号，GLONASS-K2还将在L1和L2频率上提供CDMA信号。

导航电文。GLONASS信号也包含提供卫星轨道、时钟和其他信息的导航电文。单独地每秒50比特的导航电文以模2加到ST和VT代码上。 ST码电文包括来自GLONASS系统时间的卫星时钟历元和速率偏移；以卫星位置、参考时期的速度和加速度矢量表示的卫星星历表；和附加信息，如同步位、数据期龄、卫星健康状况、UTC（SU）和GLONASS系统时间偏移量和所有其他GLONASS卫星的历书。

控制段。格洛纳斯系统有个地面站网络，用于监测和维护卫星星座，并确定卫星的轨道和其运行的空间航行服务行为。跟踪网络仅在前苏联境内使用观测站，辅之以卫星激光测距台，以帮助确定轨道，因此所有的GLONASS卫星都包含激光反射器。

性能。系统误差历年来不断有所改善，目前达到1到2米左右。与第一批GLONASS-M卫星相比，最新GLONASS-M卫星的星载AFS具有更好的性能。相对一天的稳定性从10-13提高到2.4×10-14。使用GLONASS广播轨道和时钟的误差水平可能导致伪距定位误差大约比GPS提供的误差大两倍。（待续）