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格洛納斯(GLONASS)的過去、現在和將來(二)

發布時間:2017-12-01 14:19

用戶設備。前蘇聯和后來在俄羅斯的民間和軍事用戶,更不用說在俄羅斯以外的地方,格洛納斯的最初使用率最低。原型格洛納斯單一功能的接收機是為軍方開發的,國外的GPS / 格洛納斯接收機是由國際上幾家制造商為了科學和其他先行應用而開發的。1998年,IGS在其網絡中增加了一套格洛納斯跟蹤接收機,并從那時起不斷增加接收機的數量。但是,俄羅斯境內外的格洛納斯消費者使用最近才開始發展,使用單一格洛納斯和組合GPS / 格洛納斯芯片組。這種芯片組現在在許多移動電話和手持式GNSS接收機和車輛導航單元中均能夠見到。

政策考慮與規劃。2007年5月17日俄羅斯普京總統發布關于格洛納斯的No:638號總統令,標題為《格洛納斯的應用有利于俄羅斯聯邦的社會和經濟》。總統令明確指出,格洛納斯是確保國家安全和經濟發展的國家PNT基礎設施的核心要素;PNT基礎設施的維護和開發是國家職能;格洛納斯的民用服務免費向全球開放;格洛納斯,或者格洛納斯/GNSS用戶設備也可為政府所用;格洛納斯聯邦計劃是實施國家PNT政策的手段;格洛納斯計劃在俄羅斯政府政策中作為優先考慮項目,計劃分為2002-2011和2012-2020兩個:第一個計劃目標是性能上能達到與GPS相當,實現24顆衛星的完全部署;第二個計劃目標是政府公開承諾系統達到的主要性能特征,繼續格洛納斯的運維、開發和推廣應用。同時,格洛納斯繼續保持傳統的頻帶,發射現有的FDMA信號,并且引入新的CDMA信號。格洛納斯的國際合作目標是,將格洛納斯作為GNSS的基本組成部分,讓全世界用戶受益。

 格洛納斯的改進近況與未來

如前所述,格洛納斯至今已經有三代衛星,6種衛星信號。第一代衛星就是傳統的GLONASS。其二代星就是現代化后的GLONASS-M衛星。而第三代就是最新發展的GLONASS-K衛星,至目前為止,K星系列又分為K1和K2兩種型號。

GLONASS-K1衛星。GLONASS-K1衛星除了保持第二代GLONASS-M衛星在L1和L2頻率上的頻分多址(FDMA)信號外,還在1202.025MHz的新L3頻率上,增加了與其它GNSS系統衛星信號實現兼容互操作的碼分多址(CDMA)信號。其CDMA信號的測距碼片速率是每秒10.23兆,周期為1毫秒。它使用正交相移鍵控(QPSK)調制到載波上,具有同相數據信道和正交導頻信道。一組可能的測距碼由31個截斷的Kasami序列組成。(著名的日本信息理論家TadaoKasami介紹的Kasami序列是長度為2m-1的二進制序列,其中m是一個偶數,這些序列具有良好的互相關值,接近理論下限,是Kasami碼的一個特例)。這些序列的全長是214-1 = 16,383個符號,但是測距代碼被截短到N = 10230的長度,周期為1毫秒。相關的導航電文符號以每秒100比特的速率與半速率卷積編碼進行傳輸。所謂的導航電文超幀(2分鐘長)將由格洛納斯第一次現代化階段24個常規衛星的8個導航幀(NF)和將來30個衛星的10個NF(持續2.5分鐘)組成。每個NF(15秒長)包括5個字符串(每個3秒)。每個NF都有一整套用于當前衛星的星歷和三顆衛星的系統歷書。完整的系統歷書在一個超幀中廣播。

較輕的無加壓倉室的K1衛星具有兩個銫和兩個銣AFS。據報道,K1衛星上的一個銣AFS的相對日穩定性為4×10-14。結果,這顆衛星的空間信號測距誤差(SISRE)約為1米。計劃在未來版本的K1衛星上增加一個CDMA信號給L2,稱為K1 +。

 GLONASS-K2衛星。這些衛星比具有更強功能的K1和K1 +衛星更重,包括GPS /伽利略L1 / E1頻率的CDMA信號。雷舍特涅夫國際衛星系統公司將在進入批量生產之前,先建造兩顆K2衛星。計劃早日過渡到K2衛星,只發射現在在軌的兩顆K1衛星。但由于制裁限制了西方輻射電子元件的交付,顯然計劃發生了變化。現在,雷舍特涅夫國際衛星系統公司將增加9顆GLONASS-K1衛星。目前尚不清楚其中有多少可能是K1 +品種。現在,GLONASS-K1衛星將成為現有的GLONASS-M衛星(包括已制造并存儲在地面上的六顆左右衛星,以備將來發射所需要的衛星)和將來的GLONASS-K2衛星之間的過渡衛星。首批K2衛星之一將使用被動氫脈澤(PHM)原子頻標(AFS)。 PHM已經研發了十多年,多年的地面試驗顯示具有5×10-15的可靠性和天穩定性。預計將有助于未來達到0.3米(SISRE)要求。根據最近的一份報告披露,GLONASS-K2衛星將于2018年開始飛行測試,GLASSASS-K2衛星的批量生產將在2019-2020年期間開始。

改進的跟蹤網絡。已經提到SDCM及其相關跟蹤網絡的發展。 SDCM網絡觀測站裝備有組合的GPS / 格洛納斯雙頻接收機,氫脈澤原子鐘和用于實時數據傳輸的直接通信鏈路。如前所述,格洛納斯當局正在考慮是否另外使用SDCM電臺進行格洛納斯軌道和時鐘測定將顯著提高衛星廣播數據的準確性。

結論

最老的全球導航衛星系統(GPS)正在不斷地實現現代化更新,并將很快推出第一個GPS III衛星。GPSBlock IIR-M和Block IIF衛星已經在發射新的信號。伽利略正在從現在起就開始研究現代化衛星。北斗已經在今年發射頭兩顆北斗-3號衛星后,繼續準備新的發射。格洛納斯不甘示弱。它提供了有用的定位、導航和授時服務至少從1996年開始。雖然有時服務水平已經降到可以接受的水平以下,但現在它是一個可靠的系統,并且隨著改進,將成為未來多GNSS領域的競爭者之一。

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