四大全球导航卫星系统的2017和2018

　　光阴似箭，日月如梭，2017 年眼看过去了，2018年行将来临。在这辞旧迎新的日子里，《GPS世界》杂志每年总要四大全球导航卫星系统的头头脑脑们，发表总结今年、展望来年的谈话。今年也不例外。在这里我们不妨针对这些谈话，做个摘录随笔。

　　一、启动GPSIII的实际部署是全球定位系统的核心目标

　　美国GPS管理局主席史蒂文·惠特尼上校认为，2017年GPS克服了重重挑战，无论在重大采购和开发方面，均取得了里程碑式的进展。并且为2018年发射第一颗GPSIII卫星做好了准备。

　　GPSIII进入发射之旅。GPS III总承包商洛克希德·马丁公司，在今年2月底成功地将GPS III01星存放入库，经过全面的工程审查，9月份SV-01被确定为可供发射使用。全球定位系统（GPS）管理局也在今年启动了首发式发射计划，并于11月份完成了最后的工厂任务准备测试。同样重要的是，其他九颗卫星的生产正在紧锣密鼓地进行，预计将于2018年初发布SV-02“可供发射”声明。同时，该机构也在为后续的生产合同准备征求建议书（RPF），该项合同将增加多达22颗GPS III卫星。随着美国国防部（DoD）最终确定了该计划的要求，并准备在年底之前发布需求计划书（RFP）。

　　新一代运控系统（OCX）和军用GPS用户设备（MGUE）有所进展。一直以来，虽然新一代运控系统（OCX）都是美国国防部的工作重点，但该方案在重组计划后于2017年才取得了进展。 8月份，OCX第一次完成了与GPSIII卫星的集成对接。在十一月份期待已久的OCX初始版本（被称为Block 0）进行了交付。尽管这些是令人鼓舞的迹象，但到2022年形成完全的成套系统仍然有很长的路要走。今年年初，军用GPS用户设备（MGUE）计划实现了采购里程碑B，使其进入工程和制造开发阶段。MCEU的目标是在2017年11月完成初步设计审查。同样重要的是，MGUE成功地完成了两个重大的风险降低试验。首先，美陆军成功演示了与MGUE接收板块结合的81毫米迫击炮精确制导弹药，在3月份完成第一次M代码指导打击测试。接着，空军在四次成功的飞行测试中演示了集成到B-2轰炸机内的MGUE导航装置原型机。这些测试增强是抗干扰和反欺骗GPS能力的重要一步，确保为美国及其盟友提供安全、可靠的保护。

　　二、格洛纳斯的主要任务是满足用户需求

　　格洛纳斯的总设计师谢尔盖·卡如廷、信息卫星系统总干事尼古拉·特斯托叶图夫和俄罗斯空间系统总干事安德烈·图林一起撰文谈格洛纳斯。文章指出，现代社会对导航信号的依赖性日益增强，增加了GNSS提供者的责任。同时，用户希望能够很简单地获得高质量服务。这也是格洛纳斯团队追求的目标：提高在用户级别的格洛纳斯服务质量。在推进FDMA和CDMA两种类型信号的同时，正式在公布的ICD文件中，将用户提高定位精度的需求落实到信号传播环境误差修正，尤其是将电离层与对流层的修正模型纳入其中。计划使用导航中的FDMA备用信号的超帧传输电离层模型描述中的参数，正在进行的研究表明，使用自适应模型进行折射修正的三个参数：电离层F2峰值处TEC的数值因子（总电子含量）、太阳能活动指数和日地磁活动指数。修正后的电离层效应可减少70％。同时，还运用与纬度相关的对流层模型，以期提高精度。

　　今年，第四代GLONASS-K2卫星已经通过技术基准的初步设计审查。新的卫星平台可提供卫星质心和卫星天线相位中心相对位置恒定性。平台新的立方体安排使得这个平台也适应导航信号的整个集合（CDMA和FDMA）可以运用单个相控阵天线系统。GLONASS-K2配备了新的原子频率标准，由传统量子频率标准组成的基于铯束管和被动式标准氢脉泽（PHM）实现了组合。从2020年开始，日稳定性为5×10-15的微型PHM将被安装在卫星上。到2020年，在庆祝格洛纳斯提供全面运作能力25周年之际，有望实现上面提到的所有努力，从而提供新的服务质量，格洛纳斯用户可以根据自己的需求划分优先级加以采用。

　　三、欧洲伽利略系统的厚望是在2018年实现重大跃升

　　欧空局伽利略计划和导航相关活动部主任保罗·屋忽也夫指出：欧空局（ESA）和欧洲导航卫星系统局（GSA），从2018年一开始就进行四颗新伽利略卫星调试和在轨测试（IOT）。这批卫星（19、20、21、22星）是由德国OHB提供的，加上它们，使得伽利略系统星座的卫星数量达到22颗。这将为世界上任何地方的用户提供可用性时间达到99.8％，实现高质量的定位解决方案，PDOP值会小于5。当24个FOC卫星全部运行时，PDOP值约为2.4。

　　值得关注的有：一是双频大众化应用。今年九月，博通发布了首款能够应用伽利略双频信号的大众化市场（智能手机和移动设备）的GNSS芯片，所用频点是L1/E1和L5/E5；二是全星座运营（FOC）。2018年夏天，发射最后一批四颗FOC卫星，其后伽利略星座将实现全星座运营，达到其预定的设计性能，并且形成2颗卫星热备份；三是提供免费的精密单点定位（PPP）服务。原先设计商业服务广播信号为付费的用户使用，现在决定改为免费服务，通过相应的接收机终端能够实现10cm左右的定位精度，并且在2018/19年间，由GSA遴选服务提供商。伽利略系统的公共特许服务，还是支持国家基础设施和安全相关的装备；四是新一代欧洲GNSS技术。涉及多星座的EGNOS、伽利略二代系统和一、二代之间的过渡期卫星系统。

　　四、中国北斗全球系统加紧建设进度，加强多样化和拓展

　　北斗系统总工程师杨长风撰文指出，北斗在2020年建成30颗卫星组成的全球系统，其中3颗是地球静止卫星（GEO）、3颗是倾斜地球同步卫星（IGSO）和24颗地球中轨道卫星（MEO）。北斗系统（BDS）将为全球用户提供开放免费的高品质服务，包括导航、定位、授时、短报文通信，以及搜索和救援等服务。

　　BDS旨在发展成为一个世界级的全球导航卫星系统，具有创新性和先进性技术，非凡的用户体验，国际化发展和全球存在，它可以提供国家国防和经济社会发展所需的基本时间和空间参考，促进高科技和IT行业的进步。其主要情况介绍可分为以下四个方面：一是系统建设。包括北斗-3号系统的建设，今年11月5日发射头一组两颗卫星，年底之前发射第二组卫星。北斗-3号具有与其它GNSS实现兼容互操作的B1C和B2a信号，高品质的铷原子钟和氢原子钟其日稳定度分别达到E-14和E-15，空间信号测距误差小于0.5米。还具有短报文通信、星基增强和搜索救援能力；二是集成与融合应用。开发了具有自主知识产权的能够进行米级定位北斗兼容芯片，2017年销售国产北斗兼容机芯片数量超过5千万套，涉及北斗产业的企业数量达到14000余家，从业人员达到45万人之多。许多国内外知名厂商，如高通、联发科、博通、天宝、u-blox、华为、三星等，均将北斗功能纳入其产品之中。北斗系统极大地推动了卫星导航与其它技术的集成融合，促进了现代服务业、先进软件业、高端制造业和综合数据业的长足进步，而且深度融入到各行各业。三是国际市场开拓与合作交流。目前，北斗系统的信号覆盖达50多个国家，30亿的人群区域，北斗兼容产品已经营销至70多个国家与地区。北斗系统已经逐步进入国际海事组织（IMO）、国际民航组织（ICAO）和移动通信的3GPP组织的标准之中。四是北斗系统的未来发展。北斗系统将继续改进其稳定性和服务精度。2018年将发射两个北斗-2更新卫星，以确保区域服务的持续进行。同年，将发射18颗北斗-3的MEO卫星，和1颗北斗-3的GEO卫星。依托这19个卫星，北斗-3将具备初始运营能力，服务一带一路地区。北斗-3GEO卫星，将承担北斗星基增强系统的责任。