格洛納斯的歷史背景和發(fā)展路線

1960年晚些時(shí)候，俄羅斯軍方確認(rèn)需要一個(gè)衛(wèi)星無線電導(dǎo)航系統(tǒng)(SRNS))用于規(guī)劃中的新一代彈道導(dǎo)彈的精確導(dǎo)引。當(dāng)時(shí)已有的Tsiklon衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)接收站需要好幾分鐘的觀測才能確定一個(gè)位置，因此不能達(dá)到導(dǎo)航定位的目的。1968-1969年，國防部、科學(xué)院和海軍的一些研究所聯(lián)合起來要為海、陸、空、天武裝力量建立一個(gè)單一的解決方案。

1970年這個(gè)系統(tǒng)的需求文件編制完成。進(jìn)一步研究之后，在1976年，前蘇聯(lián)頒布法令建立GLONASS(Global'naya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema)。GLONASS衛(wèi)星星座基本上一直處于降效運(yùn)行狀態(tài)，只有8顆衛(wèi)星是全功能工作的。

格洛納斯項(xiàng)目是蘇聯(lián)在1976年啟動(dòng)的項(xiàng)目，格洛納斯系統(tǒng)將使用24顆衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)全球定位服務(wù)，可提供高精度的三維空間和速度信息，也提供授時(shí)服務(wù)。按照設(shè)計(jì)，格洛納斯星座衛(wèi)星由中軌道的24顆衛(wèi)星組成，包括21顆工作星和3顆備份星，分布于3個(gè)圓形軌道面上，軌道高度19100千米，傾角64.8°。和GPS系統(tǒng)不同，格洛納斯系統(tǒng)使用頻分多址(FDMA)的方式，每顆格洛納斯衛(wèi)星廣播兩種信號(hào)，L1和L2信號(hào)。具體地說，頻率分別為L1=1602+0.5625*k(MHz)和L2=1246+0.4375*k(MHz)，其中 k為1～24為每顆衛(wèi)星的頻率編號(hào)，同一顆衛(wèi)星滿足L1/L2=9/7。格洛納斯系統(tǒng)設(shè)計(jì)定位精度為在95%的概率條件下，水平向?yàn)?00米，垂直向?yàn)?50米。

目前，格洛納斯的定位精度有了很大提高，dL = 0.6m，dB = 2.1m，dH = 6.6m， HDOP = 0.9， PDOP = 1.9，GDOP = 2.2，

1982年至1985年間，發(fā)射了3顆模擬星和18顆原型衛(wèi)星用作測試。由于蘇聯(lián)的衛(wèi)星和電子設(shè)計(jì)水平和美國有很大差距，蘇聯(lián)這些測試衛(wèi)星設(shè)計(jì)壽命只有一年，真實(shí)的平均在軌壽命也只有14個(gè)月。格洛納斯系統(tǒng)1985年開始正式建設(shè)，1985~1986年，6顆真正的格洛納斯衛(wèi)星被發(fā)射升空，這些衛(wèi)星對(duì)比原型衛(wèi)星改進(jìn)了授時(shí)和頻率標(biāo)準(zhǔn)，增強(qiáng)了頻率的穩(wěn)定性，不過它們的壽命仍然不佳，只有大約16個(gè)月的平均壽命。此后又發(fā)射了繼續(xù)改進(jìn)的12顆衛(wèi)星，不過一半的衛(wèi)星由于發(fā)射事故損失了，這些新衛(wèi)星設(shè)計(jì)壽命2年，實(shí)際平均壽命是22個(gè)月。

這樣到了1987年，格洛納斯系統(tǒng)共計(jì)發(fā)射了包括早期原型衛(wèi)星在內(nèi)的30顆衛(wèi)星，在軌可用衛(wèi)星9顆，前景一片光明。1988年開始發(fā)射的衛(wèi)星是進(jìn)一步改進(jìn)的版本，這個(gè)版本在現(xiàn)在一般稱為格洛納斯衛(wèi)星。這些衛(wèi)星重量1400千克，采用三軸穩(wěn)定技術(shù)和精密銫原子鐘，設(shè)計(jì)壽命進(jìn)一步提高到3年，在1988年到2000年間這個(gè)版本的格洛納斯衛(wèi)星發(fā)射了54顆之多。這些衛(wèi)星都是在拜科努爾發(fā)射中心使用質(zhì)子火箭以一箭三星的方式發(fā)射入軌的。

俄羅斯并于1990年5月和1991年4月兩次公布GLONASS的ICD，為GLONASS的廣泛應(yīng)用提供了方便。GLONASS的公開化，打破了美國對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航獨(dú)家經(jīng)營的局面。俄羅斯90年代曾經(jīng)制定過一個(gè)GLONASS星座漸進(jìn)增強(qiáng)計(jì)劃，企圖在2001年開始有12顆全功能工作的衛(wèi)星，但根據(jù)最新情報(bào)，目前仍然只有8顆全功能工作的衛(wèi)星。

1995年俄羅斯耗資30多億美元，完成了GLONASS導(dǎo)航衛(wèi)星星座的組網(wǎng)工作。它也由24顆衛(wèi)星組成，原理和方案都與GPS類似，不過，其24顆衛(wèi)星分布在3個(gè)軌道平面上，這3個(gè)軌道平面兩兩相隔120°，同平面內(nèi)的衛(wèi)星之間相隔45°。每顆衛(wèi)星都在19100千米高、64.8°傾角的軌道上運(yùn)行，軌道周期為11小時(shí)15分鐘。地面控制部分全部都在俄羅斯領(lǐng)土境內(nèi)。俄羅斯自稱，多功能的GLONASS系統(tǒng)定位精度可達(dá)1米，速度誤差僅為15厘米/秒。如果必要，該系統(tǒng)還可用來為精確打擊武器制導(dǎo)。

GLONASS一開始就沒有加SA干擾，所以其民用精度優(yōu)于加SA的GPS。不過，其應(yīng)用普及情況則遠(yuǎn)不及GPS，這主要是俄羅斯沒有開發(fā)民用市場。另外，GLONASS衛(wèi)星平均在軌道上的壽命較短，且由于經(jīng)濟(jì)困難無力補(bǔ)網(wǎng)，在軌可用衛(wèi)星少，不能獨(dú)立組網(wǎng)。2003年的伊拉克戰(zhàn)爭對(duì)俄羅斯產(chǎn)生了相當(dāng)大的震動(dòng)，迫使俄羅斯領(lǐng)導(dǎo)層再次對(duì)太空的軍事用途重視起來。GLONASS經(jīng)歷了最糟糕的時(shí)期，當(dāng)時(shí)只有8~10顆衛(wèi)星在工作，而要該系統(tǒng)發(fā)揮完全的作用，需要有24顆衛(wèi)星?，F(xiàn)在只有11顆衛(wèi)星處于工作狀態(tài)，但是要使該系統(tǒng)具有軍用價(jià)值，在軌道上至少要有18顆星。俄羅斯航天的老大難問題就是經(jīng)費(fèi)不足。為此，俄羅斯航宇局正試圖吸引外資。按航宇局局長科普捷夫的說法，正在和包括中國在內(nèi)的國家和組織進(jìn)行商談來共同恢復(fù)GLONASS。希望到2011年該系統(tǒng)將完全恢復(fù)。

專家認(rèn)為，當(dāng)這個(gè)系統(tǒng)的衛(wèi)星達(dá)到18顆時(shí)，GLONASS便可發(fā)揮導(dǎo)航定位功能；當(dāng)衛(wèi)星總數(shù)達(dá)24顆時(shí)，其導(dǎo)航范圍可覆蓋整個(gè)地球表面和近地空間。屆時(shí)，GLONASS系統(tǒng)的用戶便可不間斷地獲得地面、水面、天空、近地空間內(nèi)相關(guān)物體的準(zhǔn)確坐標(biāo)信息。按照計(jì)劃，俄將于2006年之前將該系統(tǒng)的24顆衛(wèi)星全部部署完畢。2003年9月24日，是俄聯(lián)邦政府總統(tǒng)正式宣布俄羅斯GLONASS系統(tǒng)開始服役的十周年紀(jì)念日。事實(shí)上，GLONASS在1993年只是具備了初始作戰(zhàn)能力。直到1995年末1996年初GLONASS才真正實(shí)現(xiàn)了完整星座的部署。GLONASS的第一顆衛(wèi)星是1982年發(fā)射入軌的，同年還發(fā)射了兩顆同軌道(19100千米)的Etalon geodetic衛(wèi)星，對(duì)規(guī)劃的高度和傾角的地球引力場特性進(jìn)行全面表征。原計(jì)劃1991年建成完整的工作系統(tǒng)。

GLONASS的工作衛(wèi)星有21顆，分布在3個(gè)軌道平面上，同時(shí)有三顆備份星。這三個(gè)軌道平面兩兩相隔120度，同平面內(nèi)的衛(wèi)星之間相隔45度。每顆衛(wèi)星都在19100千米高、64.8度傾角的軌道上運(yùn)行。每顆衛(wèi)星需要11小時(shí)15分鐘完成一個(gè)軌道周期。