GLONASS 系统
AI 摘要：GLONASS（全球轨道导航卫星系统）是俄罗斯建设和运营的全球卫星导航系统，与 GPS、北斗、Galileo 并列为四大全球系统。其星座由 24 颗卫星分布在 3 个轨道面上，轨道高度约 19100 公里，倾角 64.8°，高纬度覆盖能力突出。GLONASS 传统采用频分多址（FDMA）信号体制，正在向码分多址（CDMA）过渡。GLONASS-K2 卫星于 2023 年首次在 L1 和 L2 频段广播 CDMA 信号，信号质量比传统 FDMA 提升最高 50%。
一句话定义
GLONASS（Globalnaya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema，全球轨道导航卫星系统）是由俄罗斯建设运营的全球卫星导航系统，通过中圆地球轨道卫星星座向全球用户提供定位、导航和授时服务。
概念边界：GLONASS 与 GPS 的核心区别
GLONASS 与 GPS 的定位原理相同——均基于三球交会法和伪距测量。两者的核心区别体现在星座构型和信号体制两个维度。
星座构型是最直观的技术分野。GLONASS 的 24 颗卫星均匀分布在 3 个轨道面上，轨道高度约 19100 公里，轨道倾角高达 64.8°-5。这一高倾角设计使 GLONASS 在高纬度地区（如俄罗斯本土、北欧、北极航线）的卫星可见性优于 GPS——GPS 的轨道倾角为 55°，对高纬度区域的覆盖相对较弱。GLONASS 的单颗卫星轨道周期约为 11 小时 15 分钟，每天绕地球约两圈-1-5。
信号体制是另一关键差异。GLONASS 传统采用频分多址（FDMA） 体制：每颗卫星使用不同的发射频率（L1 频段频道号从 -7 到 +6），接收机通过频率来区分卫星-2。GPS 则采用码分多址（CDMA） 体制：所有卫星在同一频率发射，接收机通过不同的伪随机码来区分卫星。FDMA 的优点是不需要复杂的码同步，但频谱利用率较低，且接收机需要处理多个频率。GLONASS 正在通过新一代卫星向 CDMA 体制过渡。
需要澄清的一个常见误解是：GLONASS 只能覆盖俄罗斯。GLONASS 是全球系统，与 GPS 一样提供全球范围的定位服务。其高倾角设计使它在高纬度地区具有性能优势，但在中低纬度地区同样可用。
星座构型与信号现代化
GLONASS 星座的构型参数明确且稳定。24 颗卫星分布在 3 个轨道面上，每个轨道面 8 颗卫星，相邻轨道面的升交点赤经相差 120°，同一轨道面内卫星的纬度幅角相差 45°-5。轨道高度 19100 公里，倾角 64.8°，轨道周期约 11 小时 15 分钟-1-5。
卫星世代的演进反映了 GLONASS 现代化的路径。当前在轨卫星包括 GLONASS-M、GLONASS-M+ 和 GLONASS-K1 三种类型，均广播传统的 L1 和 L2 FDMA 信号-14。GLONASS-M+ 和 GLONASS-K1 增加了 L3 CDMA 信号（1202.025 MHz）-2。GLONASS-K2 是最新一代，2023 年 8 月发射的首颗 K2 卫星（R803）首次在 L1 和 L2 频段广播 CDMA 信号-6-14。
CDMA 信号的引入是 GLONASS 现代化的核心。L1 CDMA 信号中心频率为 1600.995 MHz，L2 CDMA 信号中心频率为 1248.06 MHz-2-10。高增益天线测量显示，K2 卫星的 CDMA 信号总功率比传统 FDMA 信号高 3 dB（L1）至 4 dB（L2）-6。跟踪数据表明，新 CDMA 信号在噪声和多径性能上比传统 FDMA 信号改善最高 50%-6。L1、L2 和 L3 CDMA 信号的三频载波相位观测具有良好的一致性-6。
地面段与增强系统
GLONASS 地面段由系统控制中心、遥测跟踪控制站、中央同步器和监测站网络组成。
系统控制中心（SCC） 位于莫斯科附近的克拉斯诺兹纳缅斯克，负责卫星星座的控制和管理，处理来自跟踪站的测量数据以确定卫星轨道和钟差，更新导航电文-4-12。遥测跟踪控制站的主网络分布在圣彼得堡、捷尔诺波尔、叶尼塞斯克和共青城等地-4。
中央同步器是 GLONASS 时间基准的核心，采用高精度氢原子钟构成 GLONASS 系统时间尺度。星载铯原子钟通过该时间尺度与位于莫斯科州门捷列沃的 UTC（CIS）国家基准进行同步-4-8。
SDCM（差分校正与监测系统） 是俄罗斯的星基增强系统，覆盖俄罗斯全境及邻近区域，主要服务对象是民航-7。SDCM 通过 Luch 中继卫星（Luch-5A、5B、5C）在 L1 频段（1575.42 MHz）广播校正和完好性信息-3-7。SDCM 的独特之处在于它同时为 GPS 和 GLONASS 提供增强信息，而其他星基增强系统（如 WAAS、EGNOS）主要针对 GPS-11。SDCM 地面网络包含俄罗斯境内的 19 个监测站和 4 个境外站-3。
常见问题 FAQ
GLONASS 和 GPS 哪个精度更高？
从公开服务性能看，两者处于同一量级。GPS 的空间信号精度均值约 0.5 米，GLONASS 与之相当。实际定位精度还受接收机、多径和大气条件影响。GLONASS 的独特优势在于高纬度覆盖：64.8° 的轨道倾角使其在俄罗斯、北欧和北极区域的卫星可见性更好。多系统联合定位（GPS+GLONASS+北斗+Galileo）的精度通常优于单一系统，因为可见卫星数量更多，几何构型更好。
GLONASS 为什么用 FDMA 而不是 CDMA？
FDMA 是 GLONASS 的历史技术选择。在系统设计年代，FDMA 在抗干扰和信号处理复杂度方面有其优势。但 FDMA 的频谱利用率较低，且接收机需要处理多个频率。随着技术进步和频谱资源紧张，GLONASS 正在向 CDMA 过渡。GLONASS-K2 卫星同时广播 FDMA 和 CDMA 信号，体现了“新旧并存、逐步过渡”的策略。CDMA 信号在噪声和多径性能上比 FDMA 改善最高 50%，且与其他 GNSS 系统的互操作性更好。
GLONASS 的 SDCM 和其他星基增强系统有什么区别？
SDCM 的独特之处在于它同时为 GPS 和 GLONASS 提供校正和完好性信息。美国的 WAAS、欧洲的 EGNOS 和日本的 MSAS 主要针对 GPS。SDCM 的这种“多系统增强”能力使其在俄罗斯及周边区域具有更高的实用性——用户可以使用 GPS、GLONASS 或两者组合来获得增强服务。SDCM 通过 Luch 地球同步轨道卫星广播 L1 频段信号，符合国际民航组织的标准。
GLONASS 现在还在运行吗？
GLONASS 是持续运行的全球系统。俄罗斯航天局定期发射新卫星替换退役卫星，维持星座的完整性和性能。GLONASS-K2 的部署标志着系统进入现代化新阶段。GLONASS 与其他 GNSS 系统一样，提供公开的民用导航服务，同时也有加密的军用信号。多系统 GNSS 接收机（支持 GPS+GLONASS+北斗+Galileo）已成为市场主流。