GLONASS
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GLONASS

GLONASS(ロシア語: ГЛОНАСС - ГЛОбальная НАвигационная Спутниковая Система、ラテン文字転記: GLObal'naya NAvigatsionnaya Sputnikovaya Sistema、英語: Global Navigation Satellite System、グロナス)は、かつてのソビエト連邦が開発し、現在はロシア宇宙軍の手によってロシア政府のために運用されている衛星測位システムである。アメリカ合衆国によって運用されているグローバル・ポジショニング・システム(GPS)や、欧州連合(EU)によって計画されているガリレオなどに対応した、ロシアの衛星測位システムである。

GLONASSの開発は1976年に始められ、全世界を1991年までにサービス範囲に収めることを目標としていた。人工衛星の打ち上げは1982年10月12日から始められ、1996年に24基全ての衛星が運用開始されるまで多数のロケットの打ち上げが行われた。完成後、ロシア経済の崩壊に伴いシステムは急速に能力を失った。

ロシアは2001年からシステムの修復を開始し、近年システムを多角化してインド政府を協力者に迎え、2009年までに全世界をカバーする計画を推進[1]し、2011年に全世界で実用可能となった。


目次

1 目的

2 システム概要

2.1 軌道特性

2.2 信号

2.3 搬送波周波数

2.4 座標系

2.5 時系

2.6 衛星

2.6.1 原型機(第0世代)

2.6.2 第1世代

2.6.3 第2世代

2.6.4 第3世代


2.7 地上管制


3 歴史

3.1 ソ連による開発

3.2 完成と荒廃

3.3 復興と近代化

3.4 インド政府との協力

3.5 アメリカ政府との協議

3.6 民間用信号の公式利用開始

3.7 近年の状況


4 2014年4月に起きたシステムトラブル

5 受信機

5.1 Qualcommによる対応


6 脚注

7 参考文献

8 関連項目

9 外部リンク


目的

GLONASSは、当初はソビエト連邦軍の航法、および弾道ミサイルの照準といった軍事目的での、即時の位置・速度測定のためのシステムとして開発が始められた。高い精度で位置を計算するために2時間の信号処理を必要としたTsikadaシステムを改良した、ソ連の第2世代衛星測位システムである。GLONASSの目的は『地球上およびその周辺で航空機や船舶等あらゆる分野のユーザーに対して全天候型の三次元測位や速度、時刻のサービスを提供すること』とされた。第1世代のシステムと異なり、GLONASSでは受信機が一度衛星からの信号を受信し始めると、位置測定を瞬時に行うことができる。最大効率の時には、システム標準の位置・時刻精度は、水平位置で57 - 70m、垂直位置で70m、速度ベクトルで15cm/s、時刻伝送は1マイクロ秒とされている(99.7%の可能性で)[2]
システム概要
軌道特性

GLONASS衛星は、配置が完了した時点では、3つの軌道平面(Orbital plane)上に並べられる合計24基の衛星から構成され、それらの内の21基が信号を送信する運用状態に置かれ、残る3基が予備として待機状態に置かれることになっている。3つの軌道平面の昇交点は120度ずつずれていて、それぞれに8つの衛星が等間隔で配置される。軌道はおおよそ円軌道で、軌道傾斜角赤道面に対して64.8度であり、19,100kmの高度を1周約11時間15分の公転周期で周回している。軌道平面はそれぞれの間に15度ずつ緯度がずれるようにしてあり、これにより赤道との軌道の交点を3つの軌道平面に属する衛星が同時に通るのではなく、1回に1つずつ通るようになっている。このような配置で21基の衛星が運用状態に置かれると、地球上の97%の地点から常時少なくとも4つの衛星を視野に入れることができるとされ、仮に24基の衛星が運用状態に置かれると、地球上の99%の地点から常時少なくとも5つの衛星を視野に入れることができるとされる[3]

各衛星は所属する軌道平面と軌道平面内の位置を指定するスロット番号で識別されている。番号1から8が軌道平面1、9から16が軌道平面2、17から24が軌道平面3である。

このようなGLONASS衛星の軌道により、どの衛星も地球上の同一地点上空を8恒星日おきに通過することになる。しかしながら各軌道平面に8つの衛星が配置されているので、1恒星日おきに同一地点上空を衛星が通過する。GPSと比較すれば、GPS衛星は同一地点上空を1恒星日おきに通過している。
信号ロシアの軍用GLONASS/GPS統合型受信機

GLONASS衛星は主に2種類の信号を常時送信している。1つは標準精度(SP: Standard Precision)信号であり、もう1つは復号コードが秘匿された高精度(HP: High Precision)信号である。両者とも、すべてのGLONASS衛星が同一のPRN (Pseudo Random Noise) コードを送信している。また、これら2種類の信号に加えて航法メッセージも送信している。
標準精度信号(SPコード)
全ての衛星が同一の符号を標準精度で送信している。L1とL2の周波数帯では、コードチップ率は0.511Mcps、コード長は511chipsであり、コード周期は1ミリ秒である。M系列を使用した短いコードであり、信号捕捉は短時間で行える。L3の周波数帯では、コードチップ率は4.095Mcps、コード長は非公開であり、コード周期は不明である。
高精度信号(HPコード)
高精度でも同じような周波数分割多重で送信している。L1とL2の周波数帯では、コードチップ率は5.11Mcps、コード長は5,110,000chipsであり、コード周期は1秒である。L3の周波数帯では、コードチップ率は4.095Mcps、コード長は非公開であり、コード周期は不明である。高精度信号の詳細な情報は公開されておらず、ロシア軍のような認可された利用者のみが高精度信号の利用が可能である。なおGLONASSシステムのHPコードの周期は1秒なので、米国のGPSのC/AコードとPコードの間のようなHand Over Word(HOW) は不要である[3]
航法メッセージ
航法メッセージには衛星の軌道情報や健全性情報、補正データなどが含まれる。SPコードとHPコードでは異なるフォーマットが採用され、HPコードの方が長いフォーマットにより情報精度も高くなっている。SPコードは、1スーパーフレーム(2.5分) = 5フレーム(30秒×5) = 75ストリング(2秒×15×5) であり、1ストリング(2秒) = 100ビット = 200シンボル である。1ストリングは15ビットの時刻マークと(8ビットのパリティを含む)85ビットのデータが含まれる。1シンボルは10ミリ秒であるため、1ストリングは2秒の長さとなる。軌道情報のように重要な情報はHPコードでの10秒やSPコードでの30秒ごとのように高頻度で繰り返されるが、重要度の低い情報は複数フレームに分散されて送られるため、例えば概略暦を得るにはHPコードでは72フレームから成るスーパーフレームすべてを受信するのに12分かかり、5フレームのSPコードでも2.5分かかる[3]
搬送波周波数

GLONASS衛星は、上記の標準精度信号と高精度信号、それに航法メッセージといった情報にBPSK変調が加えられ、2010年現在はFDMA(周波数分割多重)方式によって、L1からL3までの3つの異なる周波数の搬送波で送信されている。それぞれの搬送波バンドは、12チャンネル(+技術用途に2チャンネル)に分割使用され、最大24基の衛星が地上から見て常に異なる周波数を受信できるようになっている。[4]
L1バンド
L1バンドと呼ばれる1602.5625MHzを中心とする周波数帯を使っており、中心周波数を計算する式は、kを-7から+6までの各衛星の周波数チャンネル番号とした時、1602 MHz + k × 0.5625 MHzとなっている。信号は38度の円錐状に右旋偏波(right-hand circular polarization)で、等価等方放射電力(EIRP: Equivalent Isotropically Radiated Power)25 - 27dBW(316 - 500W)で送信されている。最大効率の時に4つの衛星からの標準精度の信号を同時に受信することで、水平位置で57 - 70m、垂直位置で70m、速度ベクトルで15cm/s、時刻伝送は1マイクロ秒の精度を得ることができる[2]。意図的に標準精度信号の精度を落とすSA(Selective Availability) は2010年3月現在まで行われていない[3]
L2バンド
L2バンドでは1246.000MHzを中心とする周波数帯を使っており、それぞれの中心周波数は1246 MHz + k × 0.4375 MHzで与えられる。
L3バンド
L3バンドでは1204.7040MHzを中心とする周波数帯も 1204.7040 MHz + k × 0.4230 MHzで与えられる周波数が使用されている。2009年のグロナスK衛星から導入されたこのL3バンドには、今後、完全性 (Integrity) 情報、ディファレンシャル補正情報、時刻補正情報を含めるように計画されており、将来はL3バンドの内容が大きく変更される可能性があると公表されている。

L1とL2のバンドでは、SPコードに0.511McpsのBPSK変調が加えられるためにチャンネルごとのメインローブによるバンド幅は1.022MHzとなり、HPコードには5.11McpsのBPSK変調が加えられるためにチャンネルごとのバンド幅は10.22MHzとなる。L3バンドはSPコードとHPコードの両方とも4.095McpsのBPSK変調が加えられるためにバンド幅は8.190MHzである。SPコードのキャリア周波数の間隔が0.4230MHzや0.5625MHzであるため互いに重なり合い、干渉を受けやすい。隣接するSPコードの相互相関は-48dB以下である。L1とL2の両バンドのデータビット率は50sps/bpsである。L3のデータビット率は不明である[3]
座標系

GLONASSでは座標系としてPZ-90[5][3]という、北極点の位置を1900年から1905年までの測定位置の平均としたものを採用している。


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