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GLONASS - Wikipedia

GLONASS

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』

GLONASS
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の衛星測位システムに対応した、ロシア版の代替システムである。

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、1995年に全ての衛星が揃う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荒廃していった。

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目標で計画を推進している[1]。

目次

[編集] システム概要

[編集] 目的

GLONASSは、当初ソビエト連邦軍の航法、および弾道ミサイルの照準用に、リアルタイムの位置・速度測定のために開発された。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。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]。

[編集] 軌道特性

完全動作状態のGLONASSの衛星コンステレーションは、24個の衛星から構成され、そのうち21個が信号を送信し3個が軌道上の予備で、3つの軌道平面（Orbital plane）に投入されている。3つの軌道平面の昇交点は120度ずつずれていて、それぞれの平面に8つの衛星が等間隔で配置されている。軌道はおおよそ円軌道で、軌道傾斜角は64.8度、地球上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。このような配置で衛星が完全に運用されると、地球上のどの地点からでもいつでも最低5つの衛星を視野に入れることができる。

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。

[編集] 信号

ロシアの軍用GLONASS/GPS統合型受信機
ロシアの軍用GLONASS/GPS統合型受信機

GLONASS衛星は2種類の信号を送信している。1つは標準精度（SP: Standard Precision）で、もう1つは難読化された高精度（HP: High Precision）である。

全ての衛星が同一の符号を標準精度で送信しており、L1バンドと呼ばれる1602.5625MHzから1615.5MHzまでの範囲で、25チャンネルの周波数分割多重（FDMA）を使って各衛星がそれぞれ異なる周波数で送信している。それぞれの中心周波数を計算する式は、nを0から24までの各衛星の周波数チャンネル番号とした時、1602 MHz + n × 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。

高精度でも同じような周波数分割多重で送信しているが、L2バンドと呼ばれる1240MHzから1260MHzまでの周波数帯を使っており、それぞれの中心周波数は1246 MHz + n × 0.4375 MHzで与えられる[3]。高精度に関してはそれ以外の詳細な情報は公開されていない。

最大効率の時、4つの衛星からの標準精度の信号を同時に受信して測定することで、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]。ロシア軍のような認可された利用者向けにはより精度の高い測定ができる、高精度信号の利用が可能である。

将来、次世代衛星においてL2バンドの周波数に民間用信号を追加して、民間での位置測定精度をかなり改善する計画がある[要出典]。

GLONASSでは測地系としてPZ-90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。これに対してGPSでは、WGS84という1984年時点での北極点の測定位置を元にした測地系を採用している。

[編集] 衛星

Tsikadaシステムと同様に、GLONASS衛星はApplied Mechanics NPOが主導し、Institute for Space Device Engineeringとthe Russian Institute of Radio navigation and Timeの支援で開発された。これもまたTsikadaシステムと同様に、GLONASS衛星の製造はPolet POを主として行われた。

30年を超える開発の過程で、衛星には多くの改良を加えられてきており、いくつかの世代に分けられている。各衛星はウラガン（Uragan、ロシア語で嵐）という言葉に数字を組み合わせた名前が与えられており、また試験衛星にはウラガンにGVM（ロシア語：габаритно-весовой макет、英語：size weight dummy）という略字が組み合わせられた名前が与えられていた。全てのウラガン衛星はGRAU（ロシアミサイル・砲兵局）の識別符号で11F654が与えられており、また各衛星には通例の連番記号でCosmos-NNNNの識別符号が与えられている。

[編集] 原型機（第0世代）

最初に打ち上げられたGLONASS衛星はブロックIと呼ばれ、原型機とダミーのGVMであった。3機のダミーと18機の原型機が1982年から1985年にかけて打ち上げられている。寿命はわずか1年程と設計されており、実際には平均で14ヶ月ほどの活動期間であった。

[編集] 第1世代

ウラガン衛星群の実用上最初の世代は、3軸安定化された重量1,250kgのもので、衛星コンステレーション内での再配置が可能なように簡単な推進システムが備えられていた。さらにブロックIIa、IIb、IIvに分けられ、それぞれのブロック内でも漸進的に改良が行われている。

6つのブロックIIaの衛星は、原型機より改良された時刻・周波数精度と周波数安定性を持っており、1985年から1986年に掛けて打ち上げられた。これらの衛星は平均16ヶ月の活動期間であった。ブロックIIbの衛星は2年の寿命で設計されており、1987年に登場して全部で12機が打ち上げられたが、その半分は打ち上げの失敗で失われた。軌道投入に成功した6機の衛星は平均でほぼ22ヶ月間活動した。

ブロックIIvは、第2世代の中でもっとも多数が製造された衛星である。主に1988年から2000年まで使用されたが、2005年までの打ち上げにも一部含まれており、合計で25機が打ち上げられた。設計寿命は3年であるが、多くの衛星がこれを超えて、後期の衛星の中には68ヶ月稼動したものもあった[4]。

ブロックIIの衛星は典型的には、バイコヌール宇宙基地からプロトンK Blok-DM-2ロケットまたはプロトンK Briz-Mロケットを使って、3機一度に打ち上げられた。例外は、2回の打ち上げでGLONASS衛星1機の代わりにEtalon測地用反射体衛星（geodetic reflector satellite）が搭載された時である。

[編集] 第2世代

第2世代の衛星は、ウラガンM（あるいはGLONASS-M）と呼ばれ、1990年に開発が開始されて2001年に初めて打ち上げられた。

これらの衛星はかなり長い7年の寿命を持っており、またわずかに重くなって1,480kgとなった。直径およそ2.4m、高さ3.7mあり、太陽電池パネルは広げると7.2mで、打ち上げ時点では1,600ワットの発電能力がある。後部の搭載物構造に12の主アンテナをLバンド送信用に備えている。レーザー用コーナーキューブリフレクタを正確な軌道決定と測地研究のために搭載している。セシウム時計が搭載されていて時刻を刻んでいる。

全部で14機の第2世代衛星が2007年末までに打ち上げられた。第1世代と同様に、第2世代でも3機同時にプロトンK Blok-DM-2ロケットまたはプロトンK Briz-Mロケットで打ち上げられた。

[編集] 第3世代

第3世代の衛星は、ウラガンK（GLONASS-K）と呼ばれている。これらの衛星は10年から12年の寿命で設計されており、重量は削減されて750kg、またLバンドの追加の位置測定信号を提供することになっている。以前の衛星と同様に、3軸安定化されており天底追尾型（nadir pointing、常に地球の方向を向いている）で2つの太陽電池パネルを備えている。第3世代は2009年に運用を開始する予定である。

重量が削減されたため、ウラガンKはプレセツク宇宙基地からかなりコストの安いソユーズ-2 1aロケット（Soyuz launch vehicle）で2機ずつ打ち上げるか、あるいはバイコヌール宇宙基地からプロトンK Briz-Mロケットで6機ずつ打ち上げることができる。

[編集] 地上管制

GLONASSの地上管制部門は旧ソ連領域内に全て配置されている。地上管制センターと時刻標準はモスクワにあり、遠隔測定・追跡局はサンクトペテルブルク、テルノーピリ、エニセイスク、コムソモルスク・ナ・アムーレにある[5]。

[編集] 受信機

セプテントリオ（Septentrio）、トプコン、JAVAD、マゼラン・ナビゲーション（Magellan Navigation）、トリンブル・ナビゲーション（Trimble Navigation）がGLONASS信号を受信できる衛星測位システム受信機を製造している。

[編集] 現在の状況

2008年3月現在、システムは完全には使用できる状況ではないが、16個の衛星が維持・運用されていて部分的に使用可能である[6]。

近年、ロシアは衛星軌道をチェチェン共和国での測位に最適化した状態にしており、チェチェン以外の全世界での信号受信状況をいくらか犠牲にしてチェチェンでの信号受信状況を最大化している。2008年1月の13個の運用衛星では、GLONASSの可用性（1日のうち測位が可能な割合）は、ロシア国内で66.2%、全世界では56.0%であった[7]。

[編集] 歴史

[編集] ソ連による開発

1960年代後半から1970年代前半に掛けて、ソ連は新しい衛星測位システムの必要性とその利益を認識していた。ソ連が当時使用していたTsikada衛星測位システムは、固定地点や速度の遅い船などからの利用ではとても高い精度を出すことができたが、位置を確定するために受信機が数時間信号を処理する必要があり、多くの利用目的や、特に新世代の弾道ミサイルの誘導に利用することはできなかった。

1968年から1969年にかけて、ソ連国防省の研究所と科学アカデミー、ソ連海軍は、その陸海空宇宙戦力のための単一の測位システムを開発するために協力を行った。この協力により、1970年にシステム要求事項のドキュメントとしてまとめられた。6年後の1976年12月、「統一衛星測位システムGLONASSの配備について」という題のGLONASSの開発計画が、ソビエト連邦共産党中央委員会とソビエト連邦最高会議幹部会の承認を受けた。

1982年から1991年4月まで、ソ連は合計で43機のGLONASS関連衛星と5機の試験衛星を成功裏に打ち上げた。1991年時点で、2つの軌道平面に12の活動中のGLONASS衛星が存在しており、システムの限定的な利用が可能であった。

[編集] ロシア時代の完成と荒廃

1991年のソ連崩壊後、ロシア連邦政府がGLONASSの開発を引き継いだ。1993年9月24日、当時のボリス・エリツィン大統領は正式運用開始を宣言したが、実際には衛星群の全てが揃ったのは1995年12月になってからのことであった。

完成後6年間、ロシアはシステムの保守を行うことができなかった。2002年4月までに、運用を続けている衛星はわずか8機になり、全地球測位システムとしてはほとんど役に立たないものとなってしまった。

[編集] 復興と近代化

GLONASSシステムが急速に荒廃しつつあったことに伴い、ロシア政府によって2001年8月20日にGlobal Navigation Systemという名の特別目的連邦プログラムが始められた。それによれば、GLONASSシステムは24の衛星が軌道上にあり全地球で測位が可能な完全な配備状態に2011年までに復旧されることになっていた[8]。

ニューヨーク・タイムズは2007年4月、ロシア政府が打ち上げを加速して、2007年には8機の衛星を軌道に投入し、2009年までに全世界での測位可能な状態に到達することを確約したと報じた[1]。マイクロコム・システムズ社はそのウェブサイトで、2007年9月と12月の打ち上げで最後の第2世代衛星6機が打ち上げられ、2008年4月には最初の第3世代衛星2機が打ち上げられるということを報じた[9]。

2007年の打ち上げは10月26日と12月25日に行われた。どちらの打ち上げも成功し全部で6機の衛星を軌道に投入した。打ち上げ後、ロシア初代副首相のセルゲイ・イワノフは、この打ち上げによりGLONASS衛星群は18機に達してロシア全土での測位が可能となり、2010年までには全世界での測位が可能となる24機に到達するであろうと繰り返した[10]。RISDEによれば、これらの衛星全てが完全に稼動を開始すれば、GLONASSの信号はロシアの90%、全世界の80%で受信可能となる[要出典]。

2008年には6機の衛星の打ち上げが予定されている。RIA Novostiによれば、最初の第3世代衛星（GLONASS-K）の打ち上げは2009年に予定されている[11]。

[編集] インド政府との協力

2004年1月、ロシア連邦宇宙局はインドの宇宙機関、インド宇宙研究機関と共同事業を発表し、両政府が協力してシステムを修復し、2008年までにロシアとインドの領域を18機の衛星で測位可能にし、2010年までに24機の衛星で完全に利用可能にするとした[12]。

2005年半ばに発表された詳細によれば、ロシアは衛星を製造し、2006年から2008年に掛けてインドのアーンドラ・プラデーシュ州にあるサティシュ・ダワン宇宙センター（Satish Dhawan Space Centre）からインドのGSLVロケットで2機の衛星が打ち上げられることになっている[13]。2007年4月現在、インドはまたこのプロジェクトの一環としての衛星打ち上げを行っていない。

2005年12月のインドのマンモハン・シン首相とロシアのウラジーミル・プーチン大統領の首脳会談で、インドがGLONASS-Kシリーズの開発費用の一部を負担して、2機の新型衛星をインドから打ち上げる代わりに、高精度信号の利用権を得ることで合意した。

[編集] アメリカ政府との協議

2006年12月にモスクワで開かれたGPS-GLONASS相互運用性・互換性ワーキンググループ（WG-1）の会合を受けて、米露両政府のウェブサイトで双方がGLONASSの信号パターンをGPSやガリレオのものと共通なものに変更することがユーザコミュニティにとって利益をもたらすという認識で、重要な前進があったと発表した[14]。GLONASSシステムを、現在の周波数分割多重からGPSやガリレオと同じ符号分割多重（CDMA）へと移行することで、双方の測位システムに両対応した受信機をより簡単に設計することができるようになる。

GPS World誌は、その会合以前にグループは2回会合を持ち、2007年4月に国際衛星フォーラム（International Satellite Forum）2007がモスクワで開かれた時に再度会合を開いて発表を行うと報じた[15]。しかしながら実際には何の発表も行われなかった。

[編集] 民間用信号の公式利用開始

2007年5月18日、ロシアのプーチン大統領は、GLONASSシステムの民間用測位信号を正式に開放して、ロシア及び外国の利用者が無料で制限なく利用できるようにする命令に署名した。大統領はまた、ロシア宇宙機関に民間及び商用の必要に応じてシステムを保守・開発するように連携することを指示した[16]。

[編集] 脚注

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  1. ^ a b Kramer, 2007
  2. ^ a b "A Review of GLONASS" Miller, 2000
  3. ^ GLONASS transmitter specs
  4. ^ GLONASS #787, 68.7 operational months; as reported by RSA "GLONASS constellation status" on 6 April 2007
  5. ^ GLONASS Summary, Space and Tech
  6. ^ "GLONASS constellation status..." RSA, 2008
  7. ^ "Integral accessibility..." RSA, 2007
  8. ^ Russian Government, 2001
  9. ^ Microcom Systems' Launch Schedule. 2007年9月1日アクセス
  10. ^ "Russian Launches..." Space.com / AP, 2007
  11. ^ Glonass system to consist of 30 satellites. 2008年5月21日アクセス
  12. ^ "Russian space agency plans..." MosNews, 2004
  13. ^ "India to launch..." MosNews, 2005
  14. ^ "Joint announcement..." GPS/GLONASS, 2006
  15. ^ "Radical change..." GPS World, 2007
  16. ^ "The services of system..." Ria Novosti, 2007

[編集] 参考文献

[編集] 関連項目

[編集] 外部リンク


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