3.3 俄罗斯GLONASS
3.3.1 系统简介
GLONASS（Global Navigation Satellite System，全球卫星导航系统）是一种与美国GPS类似的全球卫星导航系统，是具有全球覆盖范围和相当精度的导航系统，可以为各种军民用户提供全天候、连续的和高精度的三维位置、三维速度和时间信息。俄罗斯对GLONASS采用了军民合用、不加密的开放政策。
苏联从20世纪70年代开始研制GLONASS，于1982年10月发射了第一颗GLONASS卫星。1996年1月，GLONASS星座中的24颗卫星部署完成。GLONASS共有21颗工作卫星和3颗备用卫星，分布在3个轨道面上，各轨道面升交点的赤经相差120°，每个轨道面有8颗GLONASS卫星，轨道高度约1.91万千米，运行周期为11小时15分。在导航定位方面，与GPS不同，GLONASS采用的是苏联地心坐标系（PZ-90）。
在定位精度方面，GLONASS单点定位精度在水平方向为16m，在垂直方向为25m。GLONASS的定位精度比GPS略低，时间精度与GPS相似。俄罗斯早期航天拨款不足，卫星工作不稳定、工作寿命短，设备体积大且笨重等，导致GLONASS0发展缓慢。但是，GLONASS还是在不断地更新换代。
在GPS中，卫星信号采用码分多址（CDMA）机制，每颗卫星的信号频率及调制方式相同，卫星信号依靠不同的伪随机码区分。而GLONASS采用频分多址（FDMA）机制，卫星信号靠不同的频率区分，每组频率的伪随机码相同。由于卫星发射不同的载波频率，GLONASS整个系统不会轻易地被敌方同时干扰，具有更强的抗干扰能力。
GLONASS分为空间段、地面段和用户段3个部分。简单来说，空间段指所有在轨卫星；地面段指地面的控制中心，用于接收卫星信息并跟踪卫星和指挥卫星工作；用户段指所有的民用用户和军用用户手中的接收机。
3.3.2 空间段
1.GLONASS星座
从1982年发射第一颗卫星到现在，GLONASS卫星设计经过多次改进，可分为三代：最初的GLONASS型号（自1982年起）、GLONASS-M型号（自2003年起）和GLONASS-K型号（自2011年起），具体信息如表3-2所示。在GLONASS星座中，24颗卫星均匀分布在3个等间隔的椭圆轨道面上，轨道倾角为64.8°，同平面内的卫星两两相隔45°。这些卫星位于海拔约19100km的中圆轨道上，卫星轨道倾角较大，使得GLONASS特别适合在高纬度地区（北或南）使用。截至2018年5月，GLONASS的卫星总数为26颗，可操作的卫星有24颗，还有1颗在调试阶段，1颗在飞行试验阶段。
表3-2 GLONASS卫星型号对比
续表
2.GLONASS卫星
GLONASS卫星一共有三代。第一代卫星重1250kg，发射数目最多，但设计寿命短，还有很多卫星发射失败。第二代卫星为GLONASS-M，于1990年开始研制，关于2003年首次发射。第二代卫星重1480kg，使用寿命延长到7年。第三代卫星在前几种卫星的基础上有了很大的改进，第三代无加压仓式GLONASS卫星重750kg，运行寿命为10年。
GLONASS卫星的载波调制了两种伪随机噪声码：S码和P码。例如，GLONASS卫星主要发射两种类型的信号：一种是开放标准精度信号L1OF/L2OF；另一种是模糊高精度信号L1SF/L2SF。但是，自2014年开始生产的GLONASS-M卫星包括L3OC信号。
3.3.3 地面段
GLONASS地面段的地面控制部分几乎完全位于开始建设时的苏联境内，只有几个位于巴西。其地面部分包括1个系统控制中心，5个遥测、跟踪和指挥中心，2个激光测距站和10个监测站。系统控制中心位于莫斯科，遥测、跟踪和指挥中心位于圣彼得堡、捷尔诺波尔、埃尼谢斯克和共青城等地。这些站点主要用来跟踪GLONASS可视卫星，接收卫星信号和遥测数据，并向GLONASS卫星发送控制指令及导航信息。
3.3.4 用户段
GLONASS用户段的设备为接收机。无论是军用用户还是民用用户，都可以通过GLONASS接收机对至少4颗卫星进行同步和追踪，利用接收的卫星导航信号测算其伪距和伪距的变化率，从而计算接收机的三维坐标、三维速度和时间。
在实际应用中，用户段的设备可以被设计为同时接收GLONASS和GPS的卫星信号。若GLONASS与GPS相结合，则用户视野内的可视卫星数增加，可以提升定位系统的精度。在森林或峡谷等可视卫星数量少于4颗的地方，两种技术的结合也可以克服地形对定位的影响。
3.3.5 系统应用
GLONASS和GPS一样，可以为全球近地空间的各种用户提供全天候、连续的、高精度的三维坐标、三维速度和时间信息。GLONASS的出现打破了美国GPS的垄断地位，也消除了美国利用GPS技术给其他各国用户带来的威慑。
由于卫星导航系统最初是在军事的需求下发展起来的，因此GLONASS不仅可以为军船、军机、坦克、炮车等军事运输工具提供精确的导航服务，而且可以用于武器瞄准、精密敌我态势分析、精密导弹制导等方面。随着时代的发展，除了军事领域，GLONASS也开始应用于其他领域，如大地和海洋测绘、地质勘探、地震预报、石油开发、海陆空交通管理、邮电通信、建筑工业、农林业管理等方面。在俄罗斯，ERA-GLONASS交通事故应急响应、莫斯科智能交通、主要体育赛事的导航支持、国际体育赛事的导航支持等项目都已经对GLONASS进行了应用。
未来，将GPS与GLONASS结合使用，可以为用户提供更好的精度因子，消除GPS的SA影响，提高定位精度，解决现有的多种问题。