格洛納斯（GLONASS）的過去、現(xiàn)在和將來（二）

用戶設備。前蘇聯(lián)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(fā)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(fā)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(shù)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(fā)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(xiàn)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(guī)劃。2007年5月17日俄羅斯普京總統(tǒng)發(fā)布關于格洛納斯的No：638號總統(tǒng)令，標題為《格洛納斯的應用有利于俄羅斯聯(lián)邦的社會和經濟》?？偨y(tǒng)令明確指出，格洛納斯是確保國家安全和經濟發(fā)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(fā)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(lián)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(yōu)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(xiàn)24顆衛(wèi)星的完全部署；第二個計劃目標是政府公開承諾系統(tǒng)達到的主要性能特征，繼續(xù)格洛納斯的運維、開發(fā)和推廣應用。同時，格洛納斯繼續(xù)保持傳統(tǒng)的頻帶，發(fā)射現(xiàn)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(wèi)星，6種衛(wèi)星信號。第一代衛(wèi)星就是傳統(tǒng)的GLONASS。其二代星就是現(xiàn)代化后的GLONASS-M衛(wèi)星。而第三代就是最新發(fā)展的GLONASS-K衛(wèi)星，至目前為止，K星系列又分為K1和K2兩種型號。

GLONASS-K1衛(wèi)星。GLONASS-K1衛(wèi)星除了保持第二代GLONASS-M衛(wèi)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(tǒng)衛(wèi)星信號實現(xiàn)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(shù)據(jù)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(shù)，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(xiàn)代化階段24個常規(guī)衛(wèi)星的8個導航幀（NF）和將來30個衛(wèi)星的10個NF（持續(xù)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(wèi)星的星歷和三顆衛(wèi)星的系統(tǒng)歷書。完整的系統(tǒng)歷書在一個超幀中廣播。

較輕的無加壓倉室的K1衛(wèi)星具有兩個銫和兩個銣AFS。據(jù)報道，K1衛(wèi)星上的一個銣AFS的相對日穩(wěn)定性為4×10-14。結果，這顆衛(wèi)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(wèi)星上增加一個CDMA信號給L2，稱為K1 +。

 GLONASS-K2衛(wèi)星。這些衛(wèi)星比具有更強功能的K1和K1 +衛(wèi)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(wèi)星系統(tǒng)公司將在進入批量生產之前，先建造兩顆K2衛(wèi)星。計劃早日過渡到K2衛(wèi)星，只發(fā)射現(xiàn)在在軌的兩顆K1衛(wèi)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(fā)生了變化。現(xiàn)在，雷舍特涅夫國際衛(wèi)星系統(tǒng)公司將增加9顆GLONASS-K1衛(wèi)星。目前尚不清楚其中有多少可能是K1 +品種?，F(xiàn)在，GLONASS-K1衛(wèi)星將成為現(xiàn)有的GLONASS-M衛(wèi)星（包括已制造并存儲在地面上的六顆左右衛(wèi)星，以備將來發(fā)射所需要的衛(wèi)星）和將來的GLONASS-K2衛(wèi)星之間的過渡衛(wèi)星。首批K2衛(wèi)星之一將使用被動氫脈澤（PHM）原子頻標（AFS）。 PHM已經研發(fā)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(wěn)定性。預計將有助于未來達到0.3米（SISRE）要求。根據(jù)最近的一份報告披露，GLONASS-K2衛(wèi)星將于2018年開始飛行測試，GLASSASS-K2衛(wèi)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(fā)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(shù)據(jù)傳輸?shù)闹苯油ㄐ沛溌?。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(wèi)星廣播數(shù)據(jù)的準確性。

結論

最老的全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)（GPS）正在不斷地實現(xiàn)現(xiàn)代化更新，并將很快推出第一個GPS III衛(wèi)星。GPSBlock IIR-M和Block IIF衛(wèi)星已經在發(fā)射新的信號。伽利略正在從現(xiàn)在起就開始研究現(xiàn)代化衛(wèi)星。北斗已經在今年發(fā)射頭兩顆北斗-3號衛(wèi)星后，繼續(xù)準備新的發(fā)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(xiàn)在它是一個可靠的系統(tǒng)，并且隨著改進，將成為未來多GNSS領域的競爭者之一。