2.1.3 GLONASS
俄罗斯全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System, GLONASS）最早开发于苏联时期，1993年后俄罗斯继续推进该计划。但是，由于航天经费不足及技术水平的限制，GLONASS导航卫星在发展过程中一直面临着寿命较短的尴尬情况，导致组网卫星的长期不足，其应用发展相对于GPS也一直滞后。但随着技术进步及国力恢复，卫星寿命过短问题得到了较好的解决，俄罗斯逐渐改善了其星座系统的维持和更新情况[10]。2010年前后GLONASS完成对俄罗斯全境的覆盖。2011年底全轨道24颗卫星组网成功，实现了全球覆盖。
1. GLONASS信号频段及坐标系
GLONASS的信号频段处于L波段，包括了L1和L2两个载波信号。与目前其他的全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System,GNSS）采用码分多址（Code Division Multiple Access, CDMA）的方式不同，它采用频分多址（Frequency Division Multiple Access, FDMA）来区分卫星编号，每颗GLONASS卫星发播的两种载波的频率分别为[11]
式中，N为GLONASS卫星编号，N=1，2，3，…，24。
GLONASS的FDMA机制通过载波频点区别卫星。GLONASS卫星信号中的导航电文经过伪码扩频调制，使用相同的伪码调制不同卫星并通过伪码来观测伪距。因此，GLONASS是结合了FDMA和CDMA技术的系统。与GPS相比，除多址方式的不同，GLONASS在时间基准系统、坐标参考系统和广播星历帧格式等方面也存在差异[12]。
GLONASS采用的PZ-90坐标系统定义为，坐标原点位于地球质心；Z轴指向BIH所推荐的协议地极，即1900年至1905年的平均北极位置点；X轴指向地球赤道与BIH所定义的零子午面的交点，即XOZ平面相当于平均格林尼治零子午面；Y轴根据确定的X轴和Z轴用右手坐标系确定。PZ-90椭球坐标系基本参数见表2-4。
表2-4 PZ-90椭球坐标系基本参数[13]
GLONASS时间（GLST）系统的起算时间为俄罗斯参考时UTC（SU）的1996年1月1日0时0分0秒。由于GLST控制段的特殊性，导致必须周期性地利用UTC（SU）进行修正，导致该系统的时间框架与其他系统时间框架存在时间差为
2. GLONASS的组成
GLONASS主要由三部分组成：空间星座、地面支持部分以及用户设备。
（1）空间星座部分
GLONASS星座由28颗卫星组成。其中，25颗处于正常工作状态，1颗暂时处于维护状态，1颗处于在轨备份状态，还有1颗处于飞行试验阶段。目前，在轨正常运行的卫星均为中轨道段卫星，额定高度为19100km，倾角为64.8°，周期为11h 15min 44s。即使多个航天器脱离了轨道组，额定倾角保证了GLONASS系统在俄罗斯领土上完全可以通航。
1982年11月GLONASS卫星首次发射入轨。经过多年的发展，GLONASS卫星（见图2-14）可以分为三代：初代GLONASS卫星，GLONASS-M卫星，GLONASS-K卫星。目前，在轨的卫星主要为GLONASS-M卫星。GLONASS-K卫星在技术上已经进行了很大改进，卫星预期寿命提高到了10年，大大增加了系统稳定性，同时也在一定程度上降低了维护成本。GLONASS-K卫星系列又分为K1和K2两种型号。GLONASS卫星情况（截至2020年）见表2-5。
图2-14 GLONASS卫星示意图[14]
表2-5 GLONASS卫星情况[11]（截至2020年）
（2）地面支持部分
GLONASS的地面控制中心绝大部分都在俄罗斯的领土范围之内，还有少数几个位于巴西。地面支持包括1个系统控制中心、5个遥感控制站、2个激光测距站以及10个监测站。系统控制中心位于俄罗斯莫斯科，遥测遥控站分别位于俄罗斯的圣彼得堡、共青城、叶尼塞斯克和乌克兰的捷尔诺波尔。
（3）用户设备
GLONASS用户设备（即接收机）能接收卫星发射的导航信号，并测量其伪距和伪距变化率，同时从卫星信号中提取并处理导航电文。接收机处理器对上述数据进行处理并计算出用户所在的位置、速度和时间信息。GLONASS提供军用和民用两种服务。GLONASS绝对定位精度水平方向为16m，垂直方向为25m。
目前，GLONASS的主要用途是导航定位，与GPS导航系统一样，同时也广泛应用于各种等级和种类的定位、导航和时频领域等。
3. GLONASS时间和空间系统
（1）时间系统
GLONASS的时间系统GLST系统是基于UTC的，以UTC（SU）为时间基准，但事实上它们之间还有3h的整数差，除此之外还有一个1ms内的系统差。由于GLST系统是基于UTC的时间系统，因此和其他的GNSS不同的是它具有闰秒调整；和国际原子时（TAI）的整数差值也一直在变化，目前相差37s。
（2）空间系统
苏联时期，GLONASS一直使用的是1985苏联地心坐标系（SGS-85），由俄罗斯接手后改为PZ-90（Earth Parameters 1990-Parametry Zemli 1990）坐标系[15]。PZ-90坐标系的原点位于地球质心，Z轴指向国际地球自转服务组织（International Earth Rotation Service, IERS）推荐的协议地球极（CTP），X轴指向赤道与BIH定义的零子午线的交点，Y轴与X轴和Z轴垂直，构成右手坐标系。