GLONASS
AI 摘要：GLONASS是指俄罗斯（前苏联）建设并运行的全球导航卫星系统，是当前四大GNSS中唯一采用频分多址（FDMA）体制的系统。它与GPS的核心区别是：GPS以码分多址（CDMA）区分卫星，所有卫星使用相同载波频率；GLONASS以频分多址区分卫星，每颗卫星使用不同的载波频率。GLONASS采用3个轨道面、24颗工作卫星的MEO星座构型，轨道高度约19100 km，轨道倾角64.8°，对高纬度地区覆盖优于GPS。首颗卫星于1982年发射，1995年完成星座部署，后因经济困难退化，2011年恢复满星座运行。新一代GLONASS-K2卫星新增CDMA信号，设计寿命10年，定位精度提升至水平3米。
一句话定义
GLONASS（Global Navigation Satellite System，全球导航卫星系统）是指苏联/俄罗斯研制并运行的全球卫星导航系统，由空间段（导航卫星星座）、控制段（地面监控网络）和用户段（接收机）组成，为全球用户提供定位、测速和授时服务。
概念边界：GLONASS 与 GPS 的体制差异
“GLONASS”在通俗语境中常被理解为“俄罗斯的GPS”，这一类比在功能定位上成立，但两者在信号体制上存在根本性差异。
GLONASS与GPS的区别是：GPS采用码分多址（CDMA） 体制，所有卫星使用相同的载波频率，通过不同的伪随机码区分不同卫星；GLONASS采用频分多址（FDMA） 体制，不同卫星使用不同的载波频率，所有卫星使用相同的伪随机码-1-7。这一差异是两种系统在设计哲学上的根本分野。
从工程特性看，FDMA体制的核心优势在于抗宽带干扰能力。当干扰机试图同时压制多颗卫星信号时，由于各卫星频率不同，干扰功率需要分散到多个频点上，从而降低了对单颗卫星的有效干扰强度-7。FDMA的代价是频率间隔较小、接收机处理复杂度较高，传统FDMA信号在民用定位精度上通常略逊于现代CDMA系统-7。GLONASS的轨道倾角达64.8°，远高于GPS的55°，这使GLONASS在俄罗斯北部等高纬度地区具有更好的卫星可见性，定位表现通常优于GPS-7。
星座构型：三个轨道面与高倾角设计
GLONASS空间段的设计可以用两个数字概括：3 和 24。
GLONASS基本星座由24 颗卫星构成，分布在3 个轨道面内，每个轨道面8颗卫星。轨道为近圆轨道，轨道高度约19100 km，轨道倾角64.8°，三个轨道面在赤道面上等间隔120°分隔-1-7-11。
轨道周期为11 小时 15 分钟。与GPS的半个恒星日（11小时58分）不同，GLONASS的轨道周期略短，这一设计与其高纬度覆盖优先的策略相关。
| 参数 | 数值 | 说明 |
|---|---|---|
| 轨道面数量 | 3 个 | 等间隔 120° 分布 |
| 工作卫星数量 | 24 颗 | 每面 8 颗 |
| 轨道高度 | 约 19100 km | 中圆地球轨道（MEO） |
| 轨道倾角 | 64.8° | 对高纬度地区覆盖优势显著 |
| 运行周期 | 11 小时 15 分 | 略短于GPS |
发展历程：从建成到衰退再到恢复
GLONASS的建设历程比GPS更为曲折，经历了建成、衰退和恢复三个阶段。
建设阶段（1976—1995）。1976年苏联颁布建立GLONASS系统的法令，1982年10月12日首颗GLONASS卫星发射升空-6-15。1995年12月14日，俄罗斯完成最后一次一箭三星发射，24颗卫星星座部署完成，系统正式投入运行-6。GLONASS比GPS起步晚约9年，全系统正常运行比GPS晚近3年-6。
衰退阶段（1996—2001）。苏联解体后，俄罗斯经济困难导致GLONASS星座得不到正常维护，系统性能严重衰退。到2001年12月，GLONASS系统仅有7颗卫星在正常运行，无法独立提供全球导航服务-6-15。
恢复阶段（2001—2011）。2001年俄罗斯政府通过“格洛纳斯”联邦目标计划，启动系统恢复建设-10。2003年首颗GLONASS-M卫星发射，设计寿命从3年延长至7至8年-10。2011年，随着最后一颗GLONASS-M卫星成功运行，系统在轨可用卫星恢复至24颗，基本实现满星座部署-10。
信号体制：从FDMA到CDMA的过渡
GLONASS传统上采用FDMA体制，每颗卫星使用不同的载波频率。L1频段的载波频率范围为1602 MHz 至 1615.5 MHz，L2频段为1246 MHz 至 1256.5 MHz，频率间隔分别为0.5625 MHz和0.4375 MHz-2-11。
FDMA体制的缺点是接收机需要处理较宽的频带，且频率间隔较窄导致相邻卫星信号之间存在潜在的干扰风险。为了提升与其他GNSS系统的兼容性，新一代GLONASS-K和GLONASS-K2卫星已逐步加入CDMA信号（L1OC、L2OC、L3OC等）-7-4。首颗GLONASS-K2卫星的在轨测试已完成90%以上，预计2026年第三季度正式投入运行，其新增的民用CDMA信号能够与GPS、北斗、Galileo实现信号兼容互操作-4。
精度与授时性能
GLONASS的定位精度经历了从设计指标到实际性能的显著变化。初代GLONASS的设计定位精度为水平100米（95%置信度）-1-11。GLONASS-M将精度提升至水平10至15米，定时精度20至30纳秒，速度精度0.01 m/s-1。
根据2023至2024年的监测数据，GLONASS在2023年存在35至50纳秒的系统性授时偏差，2024年初完成校正后，偏差降至**±10纳秒**以内-3。相比之下，GPS同期的授时偏差不超过±5纳秒-3。
GLONASS-K2的定位精度进一步提升至水平3米、垂直5米，搭载的新型铯原子钟频率稳定度较上一代提升40%-4-13。俄罗斯航天集团2026年发布的规划提出，到2030年GLONASS民用定位精度将提升至0.3米级-13。
常见问题 FAQ
GLONASS和GPS的定位精度哪个更高？
取决于代际和条件。初代GLONASS的设计精度（水平100米）远低于GPS，经过GLONASS-M和GLONASS-K的升级，现代GLONASS的民用定位精度已达到米级水平。GLONASS-K2的定位精度为水平3米、垂直5米-4，与GPS民用精度（优于10米）处于同一量级。在高纬度地区，由于GLONASS的轨道倾角更大（64.8° vs GPS的55°），可见卫星数更多，定位表现通常优于GPS-7。在中低纬度地区，两者差异不大。现代接收机普遍支持多系统组合接收，同时使用GPS和GLONASS信号可以提升整体定位性能。
为什么GLONASS用FDMA而GPS用CDMA？
这是两种系统在设计之初的技术路线选择。FDMA通过频率区分卫星，每颗卫星使用不同的载波频率，接收机通过频率滤波分离卫星信号。CDMA通过码型区分卫星，所有卫星使用相同频率，接收机通过伪随机码的相关运算分离信号。FDMA的优点是抗宽带干扰能力较强，当干扰机试图压制多颗卫星时，干扰功率需要分散到多个频点-7。CDMA的优点是频谱效率高、接收机结构简单。随着技术发展，GLONASS也在向CDMA过渡，新一代卫星已同时搭载FDMA和CDMA信号-7-4。
GLONASS的高纬度优势是什么意思？
GLONASS的轨道倾角为64.8°，远高于GPS的55°。这意味着GLONASS卫星的星下点轨迹可以到达更高的纬度（约64.8°），在俄罗斯北部、北欧、加拿大等高纬度地区，卫星在天空中的分布更加均匀，可见卫星数量更多。在低纬度地区，高倾角卫星的仰角较低，反而可能不如GPS的卫星几何构型。这一设计选择与GLONASS的俄罗斯背景直接相关——系统需要优先保障本国高纬度领土的导航覆盖-7。
GLONASS现在有多少颗在轨卫星？
截至2025年，GLONASS星座维持约24至26颗运作中卫星，提供全球覆盖-7。系统设计为24颗工作卫星（21颗工作星+3颗备份星）分布在3个轨道面上-1-11。俄罗斯航天集团规划到2030年完成全部卫星向GLONASS-K2及以上型号的替换，在轨卫星数量可能扩充至30颗-7-13。