格洛納斯（GLONASS）的過去、現(xiàn)在和將來（二）

用戶設(shè)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(jī)是為軍方開發(fā)的，國外的GPS / 格洛納斯接收機(jī)是由國際上幾家制造商為了科學(xué)和其他先行應(yīng)用而開發(fā)的。1998年，IGS在其網(wǎng)絡(luò)中增加了一套格洛納斯跟蹤接收機(jī)，并從那時(shí)起不斷增加接收機(jī)的數(shù)量。但是，俄羅斯境內(nèi)外的格洛納斯消費(fèi)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(dòng)電話和手持式GNSS接收機(jī)和車輛導(dǎo)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(guān)于格洛納斯的No：638號(hào)總統(tǒng)令，標(biāo)題為《格洛納斯的應(yīng)用有利于俄羅斯聯(lián)邦的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)》?？偨y(tǒng)令明確指出，格洛納斯是確保國家安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的國家PNT基礎(chǔ)設(shè)施的核心要素；PNT基礎(chǔ)設(shè)施的維護(hù)和開發(fā)是國家職能；格洛納斯的民用服務(wù)免費(fèi)向全球開放；格洛納斯，或者格洛納斯/GNSS用戶設(shè)備也可為政府所用；格洛納斯聯(lián)邦計(jì)劃是實(shí)施國家PNT政策的手段；格洛納斯計(jì)劃在俄羅斯政府政策中作為優(yōu)先考慮項(xiàng)目，計(jì)劃分為2002-2011和2012-2020兩個(gè)：第一個(gè)計(jì)劃目標(biāo)是性能上能達(dá)到與GPS相當(dāng)，實(shí)現(xiàn)24顆衛(wèi)星的完全部署；第二個(gè)計(jì)劃目標(biāo)是政府公開承諾系統(tǒng)達(dá)到的主要性能特征，繼續(xù)格洛納斯的運(yùn)維、開發(fā)和推廣應(yīng)用。同時(shí)，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(hào)，并且引入新的CDMA信號(hào)。格洛納斯的國際合作目標(biāo)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(jìn)近況與未來

如前所述，格洛納斯至今已經(jīng)有三代衛(wèi)星，6種衛(wèi)星信號(hào)。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(hào)。

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(hào)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(hào)實(shí)現(xiàn)兼容互操作的碼分多址（CDMA）信號(hào)。其CDMA信號(hào)的測(cè)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(diào)制到載波上，具有同相數(shù)據(jù)信道和正交導(dǎo)頻信道。一組可能的測(cè)距碼由31個(gè)截?cái)嗟腒asami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(jìn)制序列，其中m是一個(gè)偶數(shù)，這些序列具有良好的互相關(guān)值，接近理論下限，是Kasami碼的一個(gè)特例）。這些序列的全長是214-1 = 16,383個(gè)符號(hào)，但是測(cè)距代碼被截短到N = 10230的長度，周期為1毫秒。相關(guān)的導(dǎo)航電文符號(hào)以每秒100比特的速率與半速率卷積編碼進(jìn)行傳輸。所謂的導(dǎo)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(gè)常規(guī)衛(wèi)星的8個(gè)導(dǎo)航幀（NF）和將來30個(gè)衛(wèi)星的10個(gè)NF（持續(xù)2.5分鐘）組成。每個(gè)NF（15秒長）包括5個(gè)字符串（每個(gè)3秒）。每個(gè)NF都有一整套用于當(dāng)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(gè)超幀中廣播。

較輕的無加壓倉室的K1衛(wèi)星具有兩個(gè)銫和兩個(gè)銣AFS。據(jù)報(bào)道，K1衛(wèi)星上的一個(gè)銣AFS的相對(duì)日穩(wěn)定性為4×10-14。結(jié)果，這顆衛(wèi)星的空間信號(hào)測(cè)距誤差（SISRE）約為1米。計(jì)劃在未來版本的K1衛(wèi)星上增加一個(gè)CDMA信號(hào)給L2，稱為K1 +。

 GLONASS-K2衛(wèi)星。這些衛(wèi)星比具有更強(qiáng)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(hào)。雷舍特涅夫國際衛(wèi)星系統(tǒng)公司將在進(jìn)入批量生產(chǎn)之前，先建造兩顆K2衛(wèi)星。計(jì)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(jì)劃發(fā)生了變化?，F(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(chǔ)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(dòng)氫脈澤（PHM）原子頻標(biāo)（AFS）。 PHM已經(jīng)研發(fā)了十多年，多年的地面試驗(yàn)顯示具有5×10-15的可靠性和天穩(wěn)定性。預(yù)計(jì)將有助于未來達(dá)到0.3米（SISRE）要求。根據(jù)最近的一份報(bào)告披露，GLONASS-K2衛(wèi)星將于2018年開始飛行測(cè)試，GLASSASS-K2衛(wèi)星的批量生產(chǎn)將在2019-2020年期間開始。

改進(jìn)的跟蹤網(wǎng)絡(luò)。已經(jīng)提到SDCM及其相關(guān)跟蹤網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。 SDCM網(wǎng)絡(luò)觀測(cè)站裝備有組合的GPS / 格洛納斯雙頻接收機(jī)，氫脈澤原子鐘和用于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹苯油ㄐ沛溌?。如前所述，格洛納斯當(dāng)局正在考慮是否另外使用SDCM電臺(tái)進(jìn)行格洛納斯軌道和時(shí)鐘測(cè)定將顯著提高衛(wèi)星廣播數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

結(jié)論

最老的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GPS）正在不斷地實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化更新，并將很快推出第一個(gè)GPS III衛(wèi)星。GPSBlock IIR-M和Block IIF衛(wèi)星已經(jīng)在發(fā)射新的信號(hào)。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(jīng)在今年發(fā)射頭兩顆北斗-3號(hào)衛(wèi)星后，繼續(xù)準(zhǔn)備新的發(fā)射。格洛納斯不甘示弱。它提供了有用的定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)至少從1996年開始。雖然有時(shí)服務(wù)水平已經(jīng)降到可以接受的水平以下，但現(xiàn)在它是一個(gè)可靠的系統(tǒng)，并且隨著改進(jìn)，將成為未來多GNSS領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)者之一。