四大全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的2017和2018

《GPS世界》雜志每年總要四大全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的頭頭腦腦們，發(fā)表總結(jié)今年、展望來(lái)年的談話。今年也不例外。在這里我們不妨針對(duì)這些談話，做個(gè)摘錄隨筆。

 一、啟動(dòng)GPSIII的實(shí)際部署是全球定位系統(tǒng)的核心目標(biāo)

美國(guó)GPS管理局主席史蒂文·惠特尼上校認(rèn)為，2017年GPS克服了重重挑戰(zhàn)，無(wú)論在重大采購(gòu)和開(kāi)發(fā)方面，均取得了里程碑式的進(jìn)展。并且為2018年發(fā)射第一顆GPSIII衛(wèi)星做好了準(zhǔn)備。

GPSIII進(jìn)入發(fā)射之旅。GPS III總承包商洛克希德·馬丁公司，在今年2月底成功地將GPS III01星存放入庫(kù)，經(jīng)過(guò)全面的工程審查，9月份SV-01被確定為可供發(fā)射使用。全球定位系統(tǒng)（GPS）管理局也在今年啟動(dòng)了首發(fā)式發(fā)射計(jì)劃，并于11月份完成了最后的工廠任務(wù)準(zhǔn)備測(cè)試。同樣重要的是，其他九顆衛(wèi)星的生產(chǎn)正在緊鑼密鼓地進(jìn)行，預(yù)計(jì)將于2018年初發(fā)布SV-02“可供發(fā)射”聲明。同時(shí)，該機(jī)構(gòu)也在為后續(xù)的生產(chǎn)合同準(zhǔn)備征求建議書(shū)（RPF），該項(xiàng)合同將增加多達(dá)22顆GPS III衛(wèi)星。隨著美國(guó)國(guó)防部（DoD）最終確定了該計(jì)劃的要求，并準(zhǔn)備在年底之前發(fā)布需求計(jì)劃書(shū)（RFP）。

新一代運(yùn)控系統(tǒng)（OCX）和軍用GPS用戶設(shè)備（MGUE）有所進(jìn)展。一直以來(lái)，雖然新一代運(yùn)控系統(tǒng)（OCX）都是美國(guó)國(guó)防部的工作重點(diǎn)，但該方案在重組計(jì)劃后于2017年才取得了進(jìn)展。 8月份，OCX第一次完成了與GPSIII衛(wèi)星的集成對(duì)接。在十一月份期待已久的OCX初始版本（被稱為Block 0）進(jìn)行了交付。盡管這些是令人鼓舞的跡象，但到2022年形成完全的成套系統(tǒng)仍然有很長(zhǎng)的路要走。今年年初，軍用GPS用戶設(shè)備（MGUE）計(jì)劃實(shí)現(xiàn)了采購(gòu)里程碑B，使其進(jìn)入工程和制造開(kāi)發(fā)階段。MCEU的目標(biāo)是在2017年11月完成初步設(shè)計(jì)審查。同樣重要的是，MGUE成功地完成了兩個(gè)重大的風(fēng)險(xiǎn)降低試驗(yàn)。首先，美陸軍成功演示了與MGUE接收板塊結(jié)合的81毫米迫擊炮精確制導(dǎo)彈藥，在3月份完成第一次M代碼指導(dǎo)打擊測(cè)試。接著，空軍在四次成功的飛行測(cè)試中演示了集成到B-2轟炸機(jī)內(nèi)的MGUE導(dǎo)航裝置原型機(jī)。這些測(cè)試增強(qiáng)是抗干擾和反欺騙GPS能力的重要一步，確保為美國(guó)及其盟友提供安全、可靠的保護(hù)。

二、格洛納斯的主要任務(wù)是滿足用戶需求

格洛納斯的總設(shè)計(jì)師謝爾蓋·卡如廷、信息衛(wèi)星系統(tǒng)總干事尼古拉·特斯托葉圖夫和俄羅斯空間系統(tǒng)總干事安德烈·圖林一起撰文談格洛納斯。文章指出，現(xiàn)代社會(huì)對(duì)導(dǎo)航信號(hào)的依賴性日益增強(qiáng)，增加了GNSS提供者的責(zé)任。同時(shí)，用戶希望能夠很簡(jiǎn)單地獲得高質(zhì)量服務(wù)。這也是格洛納斯團(tuán)隊(duì)追求的目標(biāo)：提高在用戶級(jí)別的格洛納斯服務(wù)質(zhì)量。在推進(jìn)FDMA和CDMA兩種類型信號(hào)的同時(shí)，正式在公布的ICD文件中，將用戶提高定位精度的需求落實(shí)到信號(hào)傳播環(huán)境誤差修正，尤其是將電離層與對(duì)流層的修正模型納入其中。計(jì)劃使用導(dǎo)航中的FDMA備用信號(hào)的超幀傳輸電離層模型描述中的參數(shù)，正在進(jìn)行的研究表明，使用自適應(yīng)模型進(jìn)行折射修正的三個(gè)參數(shù)：電離層F2峰值處TEC的數(shù)值因子（總電子含量）、太陽(yáng)能活動(dòng)指數(shù)和日地磁活動(dòng)指數(shù)。修正后的電離層效應(yīng)可減少70％。同時(shí)，還運(yùn)用與緯度相關(guān)的對(duì)流層模型，以期提高精度。

今年，第四代GLONASS-K2衛(wèi)星已經(jīng)通過(guò)技術(shù)基準(zhǔn)的初步設(shè)計(jì)審查。新的衛(wèi)星平臺(tái)可提供衛(wèi)星質(zhì)心和衛(wèi)星天線相位中心相對(duì)位置恒定性。平臺(tái)新的立方體安排使得這個(gè)平臺(tái)也適應(yīng)導(dǎo)航信號(hào)的整個(gè)集合（CDMA和FDMA）可以運(yùn)用單個(gè)相控陣天線系統(tǒng)。GLONASS-K2配備了新的原子頻率標(biāo)準(zhǔn)，由傳統(tǒng)量子頻率標(biāo)準(zhǔn)組成的基于銫束管和被動(dòng)式標(biāo)準(zhǔn)氫脈澤（PHM）實(shí)現(xiàn)了組合。從2020年開(kāi)始，日穩(wěn)定性為5×10-15的微型PHM將被安裝在衛(wèi)星上。到2020年，在慶祝格洛納斯提供全面運(yùn)作能力25周年之際，有望實(shí)現(xiàn)上面提到的所有努力，從而提供新的服務(wù)質(zhì)量，格洛納斯用戶可以根據(jù)自己的需求劃分優(yōu)先級(jí)加以采用。

三、歐洲伽利略系統(tǒng)的厚望是在2018年實(shí)現(xiàn)重大躍升

歐空局伽利略計(jì)劃和導(dǎo)航相關(guān)活動(dòng)部主任保羅·屋忽也夫指出：歐空局（ESA）和歐洲導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)局（GSA），從2018年一開(kāi)始就進(jìn)行四顆新伽利略衛(wèi)星調(diào)試和在軌測(cè)試（IOT）。這批衛(wèi)星（19、20、21、22星）是由德國(guó)OHB提供的，加上它們，使得伽利略系統(tǒng)星座的衛(wèi)星數(shù)量達(dá)到22顆。這將為世界上任何地方的用戶提供可用性時(shí)間達(dá)到99.8％，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的定位解決方案，PDOP值會(huì)小于5。當(dāng)24個(gè)FOC衛(wèi)星全部運(yùn)行時(shí)，PDOP值約為2.4。

值得關(guān)注的有：一是雙頻大眾化應(yīng)用。今年九月，博通發(fā)布了首款能夠應(yīng)用伽利略雙頻信號(hào)的大眾化市場(chǎng)（智能手機(jī)和移動(dòng)設(shè)備）的GNSS芯片，所用頻點(diǎn)是L1/E1和L5/E5；二是全星座運(yùn)營(yíng)（FOC）。2018年夏天，發(fā)射最后一批四顆FOC衛(wèi)星，其后伽利略星座將實(shí)現(xiàn)全星座運(yùn)營(yíng)，達(dá)到其預(yù)定的設(shè)計(jì)性能，并且形成2顆衛(wèi)星熱備份；三是提供免費(fèi)的精密單點(diǎn)定位（PPP）服務(wù)。原先設(shè)計(jì)商業(yè)服務(wù)廣播信號(hào)為付費(fèi)的用戶使用，現(xiàn)在決定改為免費(fèi)服務(wù)，通過(guò)相應(yīng)的接收機(jī)終端能夠?qū)崿F(xiàn)10cm左右的定位精度，并且在2018/19年間，由GSA遴選服務(wù)提供商。伽利略系統(tǒng)的公共特許服務(wù)，還是支持國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施和安全相關(guān)的裝備；四是新一代歐洲GNSS技術(shù)。涉及多星座的EGNOS、伽利略二代系統(tǒng)和一、二代之間的過(guò)渡期衛(wèi)星系統(tǒng)。

四、中國(guó)北斗全球系統(tǒng)加緊建設(shè)進(jìn)度，加強(qiáng)多樣化和拓展

北斗系統(tǒng)總工程師楊長(zhǎng)風(fēng)撰文指出，北斗在2020年建成30顆衛(wèi)星組成的全球系統(tǒng)，其中3顆是地球靜止衛(wèi)星（GEO）、3顆是傾斜地球同步衛(wèi)星（IGSO）和24顆地球中軌道衛(wèi)星（MEO）。北斗系統(tǒng)（BDS）將為全球用戶提供開(kāi)放免費(fèi)的高品質(zhì)服務(wù)，包括導(dǎo)航、定位、授時(shí)、短報(bào)文通信，以及搜索和救援等服務(wù)。

BDS旨在發(fā)展成為一個(gè)世界級(jí)的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，具有創(chuàng)新性和先進(jìn)性技術(shù)，非凡的用戶體驗(yàn)，國(guó)際化發(fā)展和全球存在，它可以提供國(guó)家國(guó)防和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展所需的基本時(shí)間和空間參考，促進(jìn)高科技和IT行業(yè)的進(jìn)步。其主要情況介紹可分為以下四個(gè)方面：一是系統(tǒng)建設(shè)。包括北斗-3號(hào)系統(tǒng)的建設(shè)，今年11月5日發(fā)射頭一組兩顆衛(wèi)星，年底之前發(fā)射第二組衛(wèi)星。北斗-3號(hào)具有與其它GNSS實(shí)現(xiàn)兼容互操作的B1C和B2a信號(hào)，高品質(zhì)的銣原子鐘和氫原子鐘其日穩(wěn)定度分別達(dá)到E-14和E-15，空間信號(hào)測(cè)距誤差小于0.5米。還具有短報(bào)文通信、星基增強(qiáng)和搜索救援能力；二是集成與融合應(yīng)用。開(kāi)發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的能夠進(jìn)行米級(jí)定位北斗兼容芯片，2017年銷售國(guó)產(chǎn)北斗兼容機(jī)芯片數(shù)量超過(guò)5千萬(wàn)套，涉及北斗產(chǎn)業(yè)的企業(yè)數(shù)量達(dá)到14000余家，從業(yè)人員達(dá)到45萬(wàn)人之多。許多國(guó)內(nèi)外知名廠商，如高通、聯(lián)發(fā)科、博通、天寶、u-blox、華為、三星等，均將北斗功能納入其產(chǎn)品之中。北斗系統(tǒng)極大地推動(dòng)了衛(wèi)星導(dǎo)航與其它技術(shù)的集成融合，促進(jìn)了現(xiàn)代服務(wù)業(yè)、先進(jìn)軟件業(yè)、高端制造業(yè)和綜合數(shù)據(jù)業(yè)的長(zhǎng)足進(jìn)步，而且深度融入到各行各業(yè)。三是國(guó)際市場(chǎng)開(kāi)拓與合作交流。目前，北斗系統(tǒng)的信號(hào)覆蓋達(dá)50多個(gè)國(guó)家，30億的人群區(qū)域，北斗兼容產(chǎn)品已經(jīng)營(yíng)銷至70多個(gè)國(guó)家與地區(qū)。北斗系統(tǒng)已經(jīng)逐步進(jìn)入國(guó)際海事組織（IMO）、國(guó)際民航組織（ICAO）和移動(dòng)通信的3GPP組織的標(biāo)準(zhǔn)之中。四是北斗系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展。北斗系統(tǒng)將繼續(xù)改進(jìn)其穩(wěn)定性和服務(wù)精度。2018年將發(fā)射兩個(gè)北斗-2更新衛(wèi)星，以確保區(qū)域服務(wù)的持續(xù)進(jìn)行。同年，將發(fā)射18顆北斗-3的MEO衛(wèi)星，和1顆北斗-3的GEO衛(wèi)星。依托這19個(gè)衛(wèi)星，北斗-3將具備初始運(yùn)營(yíng)能力，服務(wù)一帶一路地區(qū)。北斗-3GEO衛(wèi)星，將承擔(dān)北斗星基增強(qiáng)系統(tǒng)的責(zé)任。