俄罗斯“格罗纳斯”卫星定位系统
冷战时代的产物
建立“格罗纳斯”系统的动议可以追朔到上世纪60年代。1960年晚些时候，苏联军方确认需要一个卫星无线电导航系统（SRNS）用于规划中的新一代弹道导弹的精确导引。当时已有的Tsiklon卫星导航系统接收站需要好几分钟的观测才能确定一个位置，显然不能达到军方要求。1968-1969年，苏联国防部、科学院和海军的一些研究所联合起来要为海、陆、空、天武装力量建立一个单一的解决方案。1970年这个系统的需求文件编制完成。经论证后，1976年苏联颁布法令确定建立“格罗纳斯”系统。
该系统的研制工作正式开始于20世纪70年代中期，80年代初期进入试验和测试阶段。1982年10月12日苏联发射第一颗试验卫星后，整个测试计划分两个阶段完成。1982-1990年为第一试验期，到1984-1985年，由4颗卫星组成的试验系统达到基本性能指标，空间星座从1986年开始逐步扩展，到1990年系统第一阶段的测试计划已经完成，当时空间星座已有10颗卫星，部署在轨道面I（6颗）和轨道面III（4颗）上。该星座每天至少能提供15小时的二维定位覆盖，三维覆盖也至少可达8小时。1990年-1995年为第二试验期，期间主要完成了对用户设备的测试。 1995年12月14日，俄在成功进行了一箭三星的发射后使“格罗纳斯”系统24颗卫星全部就位，经过调试后于1996年1月18日开始正常播发导航信号，从而打破了美国GPS一统天下的局面，这对于俄全球卫星定位系统的发展来说无疑是一个重要里程碑。然而，好景不长，由于国家经济不景气，航天经费投入不足，部分卫星老化无法及时完成新旧交替，致使“格罗纳斯”的运营直到2001年一直在低谷徘徊，在轨工作卫星一度降至仅有6颗，整套系统无奈的闲置在太空。但从2001年开始，随着国家经济的复苏，“格罗纳斯”的窘况逐渐有所改观，俄罗斯也重新拉开了部署该系统的序幕。
系统构成
“格罗纳斯”是由苏联/俄罗斯军方负责研制的军民两用全球导航定位卫星系统。作为苏联第二代卫星导航系统，“格罗纳斯”以苏联第一代卫星导航系统CICADA为基础，并吸收了美国GPS系统的部分经验。其主要作用是对军事目标、各类民用交通运输工具实现全球、全天候的实时导航与定位；附加任务有：大地测量，海洋地理勘测、制图、土地规划、矿产资源开采、渔业捕捞等；另兼顾一些科研任务。该系统由俄航天兵卫星试验和控制中心加以操控，整套系统由空间卫星子系统、地面监测与控制子系统、用户终端设备三个基本部分组成。
星座（3级）“格罗纳斯”系统的空间部分由24颗“格罗纳斯”系列卫星组成（工作星21颗，在轨备用星3颗）。卫星所在的3个轨道面互成120度夹角，每个轨道上有8颗卫星，轨道偏心率0.01，同平面内的卫星之间相隔45度。“格罗纳斯”星座现有2个型号的卫星——“格罗纳斯”和“格罗纳斯”-M。基本型卫星在L波段上发射两个载波信号L1和L2，民用码仅调制在L1上；而军用码在（L1和L2）双频工作，两种卫星的结构基本一致，使用同一个航天密封结构平台，采用三轴稳定体制，主要区别在于“格罗纳斯”-M的天线馈线设备经过了改进。两种卫星均由热列诺兹斯克市的克拉斯诺亚尔斯克-26应用机械研究院设计，鄂木斯克市飞行生产联合体制造。
额定24颗星的标准布阵可以保证地球上任何地方任一时刻都能收到至少4颗卫星的导航信息。每颗“格罗纳斯”卫星上都装备有高稳定度的铯原子钟作为频率基准，接收地面控制站的导航信息和控制指令，星载计算机对其中的导航信息进行处理，生成导航电文向用户广播，控制信息用于控制卫星在空间的运行。“格罗纳斯”卫星多由位于哈萨克斯坦境内的拜科努尔航天发射场发射，现使用的运载火箭为“质子”-K型。该运载火箭是俄罗斯目前最主要的重型火箭，起飞重量700吨，使用液体发动机。首颗“格罗纳斯”系列卫星于1982年10月12日发射，至目前为止已发射了80余颗，最近一次是在2006年12月25日一次发射了三颗卫星。
地面监控网（3级）“格罗纳斯”系统的地面监控部分可实现对定位卫星的整体维护和控制，地面控制设备负责汇集、储存、处理所有在轨卫星的遥测信息，监控系统整体功能的质量。它包括系统控制中心和分散在俄罗斯领土上的跟踪控制站网。地面控制部分早先分散于苏联各加盟共和国境内，地面控制中心和时间标准站位于莫斯科，遥测和跟踪站位于圣彼得堡、捷尔诺波尔（乌克兰）、叶尼塞斯克和共青城。苏联解体后，俄关闭了驻国外的监控设备，目前整个控制系统均分布于俄罗斯境内。其中控制中心位于莫斯科州的克拉斯诺兹纳缅斯克市；8个测控站分别位于圣彼得堡、沃尔库塔、雅库茨克、彼得罗巴甫洛夫斯克、叶尼塞斯克、乌兰乌德、乌苏里斯克和基塔布。
用户终端（3级）用户通过“格罗纳斯”接收机接收“格罗纳斯”卫星信号，测量其伪距或载波相位，同时结合卫星星历进行必要的处理便可得到用户的三维坐标、速度和时间。由于“格罗纳斯”系统因为各种原因一直不能实现全功能使用，因此市场上的“格罗纳斯”终端产品远不如GPS完善，且多为“格罗纳斯”和GPS双制式。目前已投放市场的几种主要接收机包括：“格罗纳斯”/GPS AT-302空中定位-授时传感器、KOTLHN MT-102便携式船用收发两用机、“格罗纳斯”/GPS M-103便携式导航接收机、KOTLHN MT-201“格罗纳斯”/GPS船用中波导航差动校正接收机、KOTLHN NT-101“格罗纳斯”/GPS车用接收机和K-161型导航-授时接收器。
导航定位原理
“格罗纳斯”系统采用距离交会定位原理，卫星在任一时刻的位置可以通过卫星星历计算出来。理论上，只要知道用户到3颗卫星的距离便可计算出用户的位置，但这要求卫星与用户以及卫星之间的时间同步精度极高，目前尚不能完全满足，因此只好引入一个时间参数。由于多了一个未知量，因此实际定位时要至少接收4颗卫星的信号。“格罗纳斯”卫星同时发射粗码（C/A码）和精码（P码），C/A码用于向民间提供标准定位，而P码用于俄罗斯军方的高精度定位或科学研究。
“格罗纳斯”与GPS除了采用不同的时间系统和坐标系统外，二者最大的区别是：所有GPS卫星的信号发射频率是相同的，而不同的GPS卫星发射的伪随机噪声码（PRN）是不同的，用户以此来区分卫星，这种方式称为码分多址（CDMA）；而所有“格罗纳斯”卫星发射的PRN是相同的，但不同卫星的发射频率是不同的，并以此区分卫星，这称为频分多址（FDMA）。“格罗纳斯”的播发频率L1=（2828+N）*0.5625兆赫兹，L2=（2828+N）*4375兆赫兹（其中N=1-24），同一颗卫星满足L1/L2=9/7（GPS固定为L1/L2=77/76），其上调制的粗捕获PN码码率为0.511兆赫兹（GPS为1.023兆赫兹）。另外，与GPS不同，“格罗纳斯”没有任何人为的降低定位精度的措施。
“格罗纳斯”的载波频率曾发生多次改变。2003年以前是1602.0-1614.94兆赫，到2005年移至1602.0-1609.31兆赫，2005年之后又移至1598.06-1605.38兆赫。为了提高精度，系统采用了广域差分系统、区域差分系统和本地差分系统三种方法。广域差分系统在地面设3-5个站，在各站半径1500-2000公里以内提供5-10米位置精度；区域差分系统在离地500公里以内提供3-10米位置精度；本地差分系统主要用于科研、国防和精密定位。“格洛纳斯”可定位测量位于空中、水面、陆地的任何目标，其确定坐标的误差值小于1米。
“格罗纳斯”系统的现状
自2004年起，随着俄罗斯国防定货的拨款规模与国家装备规划相适应，其导航卫星的轨道部署逐渐稳定下来。2005年，国家的国防定货量已完全与航天兵的需求相适应，“格罗纳斯”在轨卫星增至17颗（另有2个激光反射器）。2005年12月和2006年1月，普京总统多次提出要加快“格罗纳斯”定位系统的建设，此后，俄国防部和航天局将“自2007年起为俄境内用户提供导航定位服务”作为航天计划的重要内容纳入议事日程。
2006年是恢复卫星在轨部署的头一年，因此该年对于能否完全恢复系统的整体功能来说也是关键的一年。2006年1月19日，俄国防部长伊万诺夫向普京总统汇报时称，他已同俄联邦航天局的有关专家举行多次会议，认为加快“格罗纳斯”系统的建设原则上可行。而总统普京早在2005年6月视察拜科努尔发射场时就已经下令在2007年前而非原定的2008年恢复“全球卫星定位导航系统”在俄本土的工作。2006年4月7日，俄国防部长伊万诺夫在航天局“2001-2005年航天工作总结会”上称：俄将加快“格罗纳斯”卫星定位系统的建设，争取使其在2007年投入使用。为此，俄政府在2006年追加航天拨款约5300万美元。按照政府计划，自2006年起俄所有新型运输设备均应装备“格罗纳斯”接收机，同时所有的武器装备也将全面配备卫星接收机，特别是为部队基层指挥员逐渐配发个人卫星接收机。目前该系统已处于“国家级水准”，并达到了国防需求的最低水平，卫星信号可以覆盖俄85%的国土面积，30%由军队使用，70%供民用，正在为边防人员、生物资源的保护、航空业、航天业、运输业及日常生活用户提供服务。
截止2007年4月14日尚有19颗“格罗纳斯”卫星在轨运行，其中在用的12颗（至少有4颗M型）；即将纳入系统的1颗；临时进行技术保养的3颗；即将撤出系统的3颗。在用的12颗卫星中，轨道面I有7颗，序号分别为796、794、789、795、701、712、797；轨道面II有2颗，序号分别为717和715；轨道面III有3颗，序号分别为798、714、713。目前，“格罗纳斯”定位卫星对俄境内目标的导航间断时间为2.49小时，全球间断时间为4.47小时。存在的主要问题是卫星信号质量不尽人意，导航精度仅为10-15米、时间精度20-30纳秒、速度精度为0.01米/秒。与GPS和“伽利略”相比存在明显差距。
到2007年底该系统在轨的全状态工作卫星将达到18颗。通常情况下，当导航卫星总数达到24颗时便能做到将地球“尽收眼底”。而要使系统充分发挥基本的导航定位功能，在轨卫星至少需要18颗，这对俄罗斯来说尚需半年多时间。按照计划，俄罗斯将于2007年12月发射3颗新一代“格罗纳斯”卫星，届时即可对俄境内的目标达到不间断导航，但地球其他部分地点仍将有1个半小时的间断期。
