22001133年世界導(dǎo)航衛(wèi)星回顧

徐菁（北京空間科技信息研究所）

2013年全球?qū)Ш叫l(wèi)星的發(fā)射數(shù)量較少，成功發(fā)射了1顆“全球定位系統(tǒng)”（GPS）衛(wèi)星、1顆“全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)”（GLONASS）衛(wèi)星和1顆“印度區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)衛(wèi)星”（IRNSS）。但是，幾個(gè)發(fā)展衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國(guó)家或地區(qū)都在加緊衛(wèi)星導(dǎo)航星座的研制和部署，不約而同地將全系統(tǒng)升級(jí)換代或投入運(yùn)行的目標(biāo)定在了2020年左右。

1 美國(guó)GPS－3衛(wèi)星研制工作順利

截至2013年底，美國(guó)GPS星座共有32顆衛(wèi)星，其中31顆在軌運(yùn)行，1顆超期服役。31顆衛(wèi)星中包括8顆2A衛(wèi)星，12顆2R衛(wèi)星，7顆2RM衛(wèi)星，4顆2F衛(wèi)星。

研制和發(fā)射GPS－2F衛(wèi)星

2013年2月，美國(guó)空軍授予波音公司1年期合同，價(jià)值510萬(wàn)美元，包括將GPS－2F衛(wèi)星裝載到發(fā)射場(chǎng)、發(fā)射前的準(zhǔn)備、發(fā)射后的檢驗(yàn)，以及移交和在軌支持等。波音公司從20世紀(jì)70年代就開(kāi)始研制GPS衛(wèi)星，大約70%的衛(wèi)星都是該公司制造。

2013年5月15日，美國(guó)用宇宙神－5火箭將一顆GPS－2F衛(wèi)星送入軌道，用于替換1996年發(fā)射的超期服役衛(wèi)星。這顆GPS－2F衛(wèi)星成本約1.21億美元，質(zhì)量1542kg，由波音公司建造，是12顆升級(jí)的GPS－2F衛(wèi)星中的第4顆。該衛(wèi)星具有改進(jìn)的星載原子鐘、更好的信號(hào)抗干擾能力，增加了新的民用L5信號(hào)和一個(gè)改進(jìn)的M碼軍用信號(hào)，因此能夠提供更高的導(dǎo)航精度。

未來(lái)的美國(guó)GPS－3衛(wèi)星在軌飛行示意圖

繼續(xù)現(xiàn)代化技術(shù)改造

2013年3月20日，美國(guó)空軍航天司令部公布了在GPS衛(wèi)星L2C和L5頻段上測(cè)試民用電文（CNAV）信息的計(jì)劃，并在6月15－29日進(jìn)行測(cè)試。在GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)上增加L2C和L5頻段，是GPS現(xiàn)代化改進(jìn)項(xiàng)目的一部分，將為民用用戶提供更強(qiáng)的導(dǎo)航定位能力。在未來(lái)幾年內(nèi)，每年都將進(jìn)行兩次CNAV的測(cè)試工作，且測(cè)試不會(huì)影響GPS衛(wèi)星提供正常服務(wù)。該測(cè)試將為民用用戶和設(shè)備制造商提供機(jī)會(huì)，參與到對(duì)L2C和L5頻段的評(píng)估之中，有助于他們提前適應(yīng)將于2016年投入運(yùn)行的下一代GPS運(yùn)行控制系統(tǒng)。

2013年6月，美國(guó)洛克韋爾公司在霍洛曼空軍基地成功測(cè)試了集成到“大烏鴉”（Raven）無(wú)人機(jī)系統(tǒng)上的由洛克韋爾公司研制的M碼GPS接收機(jī)，首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)使用實(shí)時(shí)軍碼（M碼）信號(hào)的飛行器的成功導(dǎo)航。M碼信號(hào)是軍用GPS技術(shù)現(xiàn)代化的關(guān)鍵要素之一。此次試驗(yàn)有助于實(shí)現(xiàn)美國(guó)國(guó)會(huì)委托的“將下一代M碼技術(shù)應(yīng)用于所有美國(guó)國(guó)防部防御平臺(tái)”，為增強(qiáng)美軍的一體化、專用、增強(qiáng)抗干擾能力邁進(jìn)了一大步。

2013年9月，美國(guó)Exelis公司完成下一代GPS運(yùn)行控制系統(tǒng)（OCX）現(xiàn)代化的關(guān)鍵數(shù)據(jù)安全工作，已經(jīng)向雷神公司交付了3臺(tái)地面加密機(jī)。加密機(jī)設(shè)計(jì)用于對(duì)GPS信號(hào)的自動(dòng)編碼和解碼，從而通過(guò)安全地發(fā)送導(dǎo)航載荷數(shù)據(jù)，促進(jìn)現(xiàn)代化OCX地面站和在軌衛(wèi)星之間的用戶信息交換。一旦與OCX系統(tǒng)進(jìn)行集成，將能夠?yàn)镚PS信號(hào)的軍事用戶和民用用戶及整個(gè)GPS現(xiàn)代化工作，提供先進(jìn)的能力和安全性。

2013年10月，雷聲公司完成OCX軟件的關(guān)鍵設(shè)計(jì)評(píng)審。OCX是下一代運(yùn)行網(wǎng)關(guān)服務(wù)，它的設(shè)計(jì)旨在為軍事、商業(yè)和民用用戶提供安全、精確、可靠的導(dǎo)航和授時(shí)信息。OCX將為GPS－2R、2RM、2F、3衛(wèi)星星座提供指令、控制和任務(wù)管理，將集成地面段、空間段和用戶段的服務(wù)于一體，以加強(qiáng)其無(wú)縫支持全球數(shù)十億用戶的任務(wù)指揮、控制及態(tài)勢(shì)感知能力。

另外，美國(guó)正在考慮實(shí)現(xiàn)GPS系統(tǒng)的低成本建設(shè)。2013年4月，美國(guó)空軍提交了一份關(guān)于“提供全球定位系統(tǒng)能力的較低成本方案”的報(bào)告，該報(bào)告探討未來(lái)GPS發(fā)展方案，認(rèn)為采用“一箭雙星”技術(shù)和小型“導(dǎo)航星”等新興技術(shù)來(lái)構(gòu)建未來(lái)GPS星座能為其節(jié)省數(shù)十億美元，從而提供低成本、高性能的定位、導(dǎo)航與授時(shí)能力。9月，美國(guó)政府問(wèn)責(zé)辦公室（GAO）公布了對(duì)該方案的評(píng)估報(bào)告，認(rèn)為美軍的方案是個(gè)很好的開(kāi)端，但需要更多關(guān)于主要成本來(lái)源、成本評(píng)估以及資金投入的信息來(lái)支持未來(lái)投資決策。

GPS－3衛(wèi)星研制進(jìn)展

美國(guó)計(jì)劃于2015年發(fā)射第一顆GPS－3衛(wèi)星。在GPS－3衛(wèi)星第4次初始設(shè)計(jì)評(píng)審中，洛馬公司提出了一些改進(jìn)方案，具體包括增加一個(gè)信號(hào)波形發(fā)生器、搜索與救援載荷、激光反射器陣列（LRA），特別是宇宙神－5火箭將采用“一箭雙星”的方式發(fā)射GPS－3衛(wèi)星，這能使美國(guó)空軍發(fā)射每顆衛(wèi)星的成本降低5000萬(wàn)美元。

美國(guó)空軍計(jì)劃共采購(gòu)32顆GPS－3衛(wèi)星。2013年2月，空軍授予洛馬公司兩份固定價(jià)格合同，根據(jù)該合同，洛馬公司為空軍研制第5、6、7和8顆GPS－3衛(wèi)星。GPS－3衛(wèi)星將替代老舊的GPS衛(wèi)星，定位精度將是現(xiàn)在的3倍，抗干擾能力是現(xiàn)在的8倍，壽命延長(zhǎng)25%。還將攜帶一個(gè)新的民用信號(hào)，用于與其他全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)互操作，提高民用用戶的連通性，從而滿足軍隊(duì)、商業(yè)和民用用戶的需求。為吸取以往GPS項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，空軍開(kāi)始對(duì)GPS－3項(xiàng)目實(shí)施“回歸基礎(chǔ)”的采購(gòu)方案。該方案強(qiáng)調(diào)全尺寸GPS－3衛(wèi)星樣機(jī)的系統(tǒng)工程、工業(yè)部件標(biāo)準(zhǔn)、研制中的投資，從而顯著降低風(fēng)險(xiǎn)，提高生產(chǎn)可預(yù)測(cè)性，降低全項(xiàng)目成本。洛馬公司是GPS－3項(xiàng)目的主承包商，其合作伙伴包括ITT Exelis公司、通用動(dòng)力公司、無(wú)限系統(tǒng)工程公司、霍尼韋爾公司、ATK公司及其他分包商。

2013年4月，洛馬公司完成GPS“非飛行衛(wèi)星地面試驗(yàn)平臺(tái)”（GNST）的吸波試驗(yàn)，該平臺(tái)是一個(gè)全尺寸GPS－3衛(wèi)星原型樣機(jī)，將成為未來(lái)GPS－3星座在工程、制造和研發(fā)上的“探路者”。在首顆GPS－3衛(wèi)星正樣星集成和測(cè)試之前，有助于確定和解決研制中出現(xiàn)的問(wèn)題。6月，洛馬公司完成首顆GPS－3衛(wèi)星平臺(tái)電子系統(tǒng)的功能測(cè)試，這次測(cè)試保證所有平臺(tái)子系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行；7月，GPS－3的GNST平臺(tái)成功完成一系列高保真度探索試驗(yàn)，并交付美國(guó)空軍發(fā)射基地使用；10月，GNST平臺(tái)通過(guò)交叉鏈路成功與GPS星座的在軌衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)通信；這些試驗(yàn)和測(cè)試為衛(wèi)星導(dǎo)航有效載荷的最后集成做準(zhǔn)備。

2 俄羅斯改進(jìn)GLONASS衛(wèi)星技術(shù)并促進(jìn)其市場(chǎng)化應(yīng)用

截至2013年底，俄羅斯“全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)”（GLONASS）共有28顆衛(wèi)星在軌，其中24顆正常運(yùn)行，3顆備份，1顆測(cè)試飛行，其導(dǎo)航精度約為2.8m，在軌衛(wèi)星壽命為7年。新一代GLONASS－K衛(wèi)星正在飛行試驗(yàn)階段，隨著GLONASS－K的逐步更新，該系統(tǒng)性能將進(jìn)一步提高；同時(shí)，衛(wèi)星還將引入CDMA信號(hào)，以增強(qiáng)系統(tǒng)信號(hào)強(qiáng)度和互操作能力。

俄羅斯GLONASS衛(wèi)星星座

只有1顆衛(wèi)星入軌，3顆衛(wèi)星損毀

2013年4月26日，俄羅斯用聯(lián)盟－2.1b運(yùn)載火箭成功發(fā)射1顆GLONASS－M衛(wèi)星。然而，在7月2日“一箭三星”的發(fā)射中，俄羅斯質(zhì)子－M/DM－3運(yùn)載火箭升空1min內(nèi)即墜毀，它所攜帶的3顆GLONASS－M衛(wèi)星損毀，這是質(zhì)子－M/DM－3運(yùn)載火箭自2010年事故后的又一次事故。經(jīng)過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，發(fā)射失敗可能是由于火箭第一級(jí)上的角速度傳感器安裝錯(cuò)誤所致，使得火箭發(fā)射后偏離軌道，然后水平飛行，解體并爆炸。事后，俄羅斯副總理表示，GLONASS在軌衛(wèi)星星座具有必要的備份來(lái)保證其有效工作，這次的墜毀事件不會(huì)導(dǎo)致其系統(tǒng)性能的降低，然而在未來(lái)彌補(bǔ)損失的衛(wèi)星是有必要的。

俄羅斯出臺(tái)新的GLONASS發(fā)展計(jì)劃

2013年1月12日，俄羅斯聯(lián)邦航天局發(fā)布了一份名為《俄羅斯2013－2020空間活動(dòng)》的文件，宣布到2020年將建造并發(fā)射13顆GLONASS－M衛(wèi)星和22顆GLONASS－K衛(wèi)星，屆時(shí)共部署30顆衛(wèi)星，其中6顆在軌備份。根據(jù)文件，俄羅斯將在未來(lái)8年中為GLONASS項(xiàng)目繼續(xù)投資3265億盧布（約合107.7億美元），并計(jì)劃使GLONASS的定位精度在2015年達(dá)到1.4m，在2020年達(dá)到0.6m。

俄羅斯采取多種措施提升GLONASS系統(tǒng)競(jìng)爭(zhēng)力

首先，GLONASS系統(tǒng)努力從技術(shù)層面上減小與GPS的差距。最先進(jìn)的GLONASS－K衛(wèi)星最高壽命可達(dá)15年，在未來(lái)數(shù)年內(nèi)俄羅斯還準(zhǔn)備將系統(tǒng)在軌工作的衛(wèi)星數(shù)量從24顆增至30顆，俄羅斯境外第一個(gè)GLONASS衛(wèi)星地面監(jiān)測(cè)站也已于2013年在巴西開(kāi)始運(yùn)行，這將對(duì)俄羅斯優(yōu)化系統(tǒng)產(chǎn)生極大作用。

其次，GLONASS系統(tǒng)在民用市場(chǎng)的推廣得到了國(guó)家的大力支持。根據(jù)俄交通部的指令，從2013年1月1日開(kāi)始所有客運(yùn)車輛和運(yùn)輸危險(xiǎn)品的貨車均需安裝該系統(tǒng)，而從2014年開(kāi)始，出租車也必須安裝。俄國(guó)家杜馬還準(zhǔn)備起草法案，規(guī)定從2020年起，所有俄境內(nèi)登記上路的交通工具必須強(qiáng)制安裝GLONASS事故緊急反應(yīng)系統(tǒng)，用于在發(fā)生交通事故時(shí)通過(guò)衛(wèi)星向應(yīng)急部門報(bào)告情況。俄通訊與大眾傳播部長(zhǎng)尼基福羅夫在2013年參加世界移動(dòng)通信大會(huì)上會(huì)見(jiàn)了高通、英特爾等手機(jī)芯片生產(chǎn)商代表，討論了在手機(jī)上植入GLONASS系統(tǒng)的前景。根據(jù)GLONASS系統(tǒng)俄羅斯運(yùn)營(yíng)商尼斯-格洛納斯公司所提供的資料，在該系統(tǒng)基礎(chǔ)上研制的交通管理與監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)在俄羅斯糧食公司、TNK-BP等大型公司得到應(yīng)用，其中在能源開(kāi)采業(yè)，該系統(tǒng)的使用數(shù)量已經(jīng)在2009年的基礎(chǔ)上增加了250%。

中國(guó)“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

此外，GLONASS系統(tǒng)也在積極拓展海外市場(chǎng)。印度是與GLONASS系統(tǒng)合作最緊密的伙伴之一，尼斯-格洛納斯公司已經(jīng)在印度開(kāi)設(shè)了分公司，并在旁遮普邦等三個(gè)邦展開(kāi)利用GLONASS系統(tǒng)進(jìn)行交通管理與檢測(cè)的試點(diǎn)。尼斯-格洛納斯公司還與埃及、南非、巴西等國(guó)正在就建立合資公司、技術(shù)交流方面進(jìn)行磋商。未來(lái)2～4年，GLONASS系統(tǒng)在俄羅斯國(guó)內(nèi)導(dǎo)航系統(tǒng)市場(chǎng)的份額可能上升至60%～65%，而GPS的份額將下降至35%～40%。

3 中國(guó)“北斗”系統(tǒng)完成區(qū)域部署，著力實(shí)施應(yīng)用推廣

2012年底，“北斗”系統(tǒng)完成區(qū)域組網(wǎng)，正式提供區(qū)域?qū)Ш椒?wù)。目前在軌衛(wèi)星有14顆，包括5顆地球靜止軌道衛(wèi)星、5顆傾斜地球同步軌道衛(wèi)星和4顆中圓軌道衛(wèi)星，系統(tǒng)運(yùn)行連續(xù)、穩(wěn)定，覆蓋能力達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，定位精度10m。2013年，“北斗”系統(tǒng)開(kāi)始進(jìn)入星座全球部署階段，將在2020年實(shí)現(xiàn)星座的全球組網(wǎng)。

衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)發(fā)展文件出臺(tái)

2013年9月，中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航定位協(xié)會(huì)對(duì)外發(fā)布了《中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書(shū)（2012年度）》。該白皮書(shū)顯示，2012年我國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)總體產(chǎn)值達(dá)到810億元人民幣，比2011年增長(zhǎng)15.71%，導(dǎo)航定位終端的總銷量突破2.05億臺(tái)，“北斗”相關(guān)產(chǎn)值接近40億元人民幣。當(dāng)前中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)仍處于初級(jí)發(fā)展階段，但產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景美好，預(yù)計(jì)到2015年產(chǎn)業(yè)年產(chǎn)值將超過(guò)2250億元人民幣。

2013年10月，國(guó)務(wù)院下發(fā)《國(guó)家衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》。根據(jù)規(guī)劃，到2020年，我國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展格局基本形成，產(chǎn)業(yè)應(yīng)用規(guī)模和國(guó)際化水平大幅提升，產(chǎn)業(yè)規(guī)模超過(guò)4000億元人民幣，“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)及其兼容產(chǎn)品在國(guó)民經(jīng)濟(jì)重要行業(yè)和關(guān)鍵領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，在大眾消費(fèi)市場(chǎng)逐步推廣普及，對(duì)國(guó)內(nèi)衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用市場(chǎng)的貢獻(xiàn)率達(dá)到60%，重要應(yīng)用領(lǐng)域達(dá)到80%以上，在全球市場(chǎng)具有較強(qiáng)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。

系統(tǒng)應(yīng)用推廣

2013年3月，用于增強(qiáng)“北斗”系統(tǒng)精度的地基增強(qiáng)系統(tǒng)（BGBES）在湖北省通過(guò)驗(yàn)證。“北斗”地基增強(qiáng)系統(tǒng)由30個(gè)地面站、1個(gè)操作系統(tǒng)和1個(gè)精密定位系統(tǒng)組成。利用該系統(tǒng)能夠使“北斗”系統(tǒng)定位精度達(dá)到水平2cm，垂直5cm，利用單頻差分導(dǎo)航技術(shù)，實(shí)時(shí)定位精度達(dá)到1.5m，將用于制圖、土地資源、城市建設(shè)、規(guī)劃和水源保護(hù)，以及車輛定位服務(wù)。

繼2012年成功開(kāi)展“北斗”珠江三角洲應(yīng)用示范工程后，2013年6月，“北斗”長(zhǎng)江三角洲應(yīng)用示范工程啟動(dòng)，該示范工程以上海市智慧城市建設(shè)為切入點(diǎn)，圍繞城市管理和民生應(yīng)用，有重點(diǎn)地推動(dòng)長(zhǎng)三角地區(qū)“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航示范應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)化。主要包括三部分內(nèi)容：一是構(gòu)建基于“北斗”的位置服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施體系，建設(shè)以兼容“北斗”地面增強(qiáng)網(wǎng)、WIFI室內(nèi)定位網(wǎng)為核心的位置服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施體系；二是針對(duì)重點(diǎn)車輛監(jiān)管、老人兒童監(jiān)護(hù)、高精度定位等應(yīng)用，推廣5萬(wàn)臺(tái)套“北斗”終端設(shè)備；三是建設(shè)“北斗”導(dǎo)航與位置服務(wù)技術(shù)創(chuàng)新基地、重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、產(chǎn)品檢測(cè)認(rèn)證中心等共性技術(shù)平臺(tái)。該示范工程的建設(shè)周期為18個(gè)月，總投入1.9億元人民幣。

“北斗”/全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）基礎(chǔ)產(chǎn)品關(guān)鍵技術(shù)已突破，技術(shù)攻關(guān)和使用驗(yàn)證基本完成。具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“北斗”/GPS雙模芯片已量產(chǎn)實(shí)用，可靠性、穩(wěn)定性、靈敏度等性能進(jìn)一步提升，2013年中國(guó)自主研發(fā)的“北斗”/GPS雙模芯片銷量達(dá)150萬(wàn)片以上。

行業(yè)應(yīng)用方面，“北斗”系統(tǒng)在交通、氣象、漁業(yè)、農(nóng)業(yè)、電力及應(yīng)急救援等領(lǐng)域得到較好應(yīng)用。如在北京、安徽等9省市共14萬(wàn)輛“兩客一危”等重點(diǎn)運(yùn)輸車輛上安裝“北斗”兼容終端，預(yù)計(jì)未來(lái)2年內(nèi)會(huì)有100萬(wàn)輛營(yíng)運(yùn)車輛加裝“北斗”兼容終端。

GNSS示意圖

與巴基斯坦、印尼、斯里蘭卡、泰國(guó)、新加坡、澳大利亞等國(guó)家開(kāi)展衛(wèi)星導(dǎo)航交流與合作，致力于推動(dòng)國(guó)際GNSS監(jiān)測(cè)評(píng)估系統(tǒng)建設(shè)，促進(jìn)“北斗”/GNSS國(guó)際應(yīng)用。

4 歐洲“伽利略”衛(wèi)星研制進(jìn)展稍緩

歐洲原計(jì)劃于2013年發(fā)射4顆由德國(guó)OHB公司建造的“伽利略”（Galileo）全面運(yùn)行能力（FOC）衛(wèi)星，但因準(zhǔn)備工作延遲，這4顆FOC衛(wèi)星不能按期發(fā)射入軌，而這將影響Galileo星座的部署。按照計(jì)劃，到2014年完成另外14顆FOC衛(wèi)星發(fā)射后，Galileo系統(tǒng)就可以投入運(yùn)行，提供公開(kāi)服務(wù)、公共特許服務(wù)和搜索與營(yíng)救服務(wù)；到2019年，30顆衛(wèi)星全部發(fā)射完成，就可以實(shí)現(xiàn)全球覆蓋。其中27顆為工作衛(wèi)星，3顆為備用衛(wèi)星，定位導(dǎo)航系統(tǒng)的精度達(dá)到10～15m。

目前在軌的4顆歐洲Galileo導(dǎo)航衛(wèi)星

歐洲Galileo在軌示意圖

測(cè)試在軌衛(wèi)星

目前，Galileo系統(tǒng)只有4顆在軌衛(wèi)星，還不能實(shí)現(xiàn)24h全球定位導(dǎo)航。2013年3月，歐洲首次利用這4顆衛(wèi)星及全新的地面設(shè)施進(jìn)行了地面定位，定位了位于荷蘭諾德韋克的歐洲航天局歐洲航天技術(shù)中心導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)室的經(jīng)度、緯度和海拔高度，定位精度為10～15m。5月，我國(guó)清華大學(xué)的研究人員利用4顆Galileo衛(wèi)星同時(shí)過(guò)境的機(jī)會(huì)，及時(shí)捕捉到信號(hào)，并進(jìn)行了三維定位，取得成功，這是我國(guó)科研人員首次驗(yàn)證Galileo系統(tǒng)的可用性。7月，設(shè)在意大利福齊諾的Galileo系統(tǒng)控制中心進(jìn)行了路演，通過(guò)4顆在軌衛(wèi)星，順利獲得高精度三維坐標(biāo)信息，同時(shí)為安裝了信號(hào)接收器的交通工具提供衛(wèi)星定位導(dǎo)航服務(wù)。

2013年9月，歐洲四國(guó)（比利時(shí)、法國(guó)、意大利和英國(guó)）測(cè)試了在軌Galileo衛(wèi)星的準(zhǔn)軍事信號(hào)——公共特許服務(wù)（PRS）信號(hào)，以確保當(dāng)Galileo星座運(yùn)行時(shí)，地面系統(tǒng)能為政府用戶服務(wù)。PRS信號(hào)被設(shè)計(jì)成抗干擾信號(hào)，相當(dāng)于軍碼，留給歐洲軍事部門和重要的政府部門使用。對(duì)于目前只有4顆Galileo衛(wèi)星在軌、地面基礎(chǔ)設(shè)施也未完全建成的情況下，測(cè)試的PRS信號(hào)就能達(dá)到10m的定位精度。歐洲GNSS監(jiān)督管理局（GSA）表示，未來(lái)將放寬PRS信號(hào)的使用權(quán)限，非歐盟的加盟國(guó)只要和歐盟簽署協(xié)議并得到其批準(zhǔn)就可以使用該信號(hào)，從而獲得精度更高、抗干擾性能更好的定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)。

加緊FOC衛(wèi)星的研制

Galileo項(xiàng)目的FOC階段由歐盟投資和管理，歐洲委員會(huì)和歐洲航天局已簽署了一項(xiàng)委派協(xié)議，按照該協(xié)議，歐洲航天局作為委員會(huì)的代理設(shè)計(jì)和采購(gòu)機(jī)構(gòu)。

2013年初，薩瑞衛(wèi)星技術(shù)有限公司（SSTL）完成首批4顆Galileo FOC衛(wèi)星有效載荷研制，并交付給主承包商組裝到衛(wèi)星平臺(tái)上進(jìn)行測(cè)試。5月，首顆FOC衛(wèi)星被運(yùn)往歐洲空間研究與技術(shù)中心（ESTEC），接受一系列的地面試驗(yàn)。首顆衛(wèi)星與之前發(fā)射入軌的4顆在軌驗(yàn)證衛(wèi)星相同，不過(guò)是由不同的工業(yè)團(tuán)隊(duì)制造，與后續(xù)21顆FOC衛(wèi)星相同，這顆衛(wèi)星的主承包商是OHB公司。這顆衛(wèi)星的尺寸和形狀與一個(gè)老式電話亭相似，其圓形L頻段天線將向地球發(fā)送導(dǎo)航信息，衛(wèi)星側(cè)面的六角形天線則將完成一個(gè)至關(guān)重要的任務(wù)：收集遇險(xiǎn)船舶發(fā)出的緊急呼救信號(hào)，并轉(zhuǎn)發(fā)給搜索和營(yíng)救機(jī)構(gòu)，為國(guó)際衛(wèi)星輔助搜救組織（Cospas-Sarsat）服務(wù)。11月，首顆FOC衛(wèi)星已經(jīng)通過(guò)了熱真空試驗(yàn)。

目前，Galileo系統(tǒng)地面建設(shè)已經(jīng)趨于成熟，有3個(gè)遙測(cè)和遙控指揮站投入運(yùn)營(yíng)，還有2個(gè)已于2013年完工；12個(gè)傳感器站和5個(gè)導(dǎo)航信息上行站也已建成使用；分別建在意大利和德國(guó)的2個(gè)控制中心也將在2014年得到進(jìn)一步完善。

5 印度研制并發(fā)射首顆導(dǎo)航衛(wèi)星

2013年7月1日，首顆IRNSS由極軌衛(wèi)星運(yùn)載火箭－C22成功發(fā)射。這顆IRNSS－1A衛(wèi)星質(zhì)量約1.4t，設(shè)計(jì)工作壽命10年。衛(wèi)星發(fā)射后不久，印度對(duì)其有效載荷進(jìn)行了為期1周的測(cè)試，然后在軌進(jìn)行3～4個(gè)月的試驗(yàn)。IRNSS－1A衛(wèi)星的成功發(fā)射使印度躋身于擁有衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國(guó)家行列。

IRNSS項(xiàng)目于2006年批準(zhǔn)實(shí)施，計(jì)劃在2015年完成，預(yù)計(jì)耗資160億盧比（約合3.5億美元）。按照計(jì)劃，IRNSS導(dǎo)航系統(tǒng)由空間段、地面控制段和用戶段組成，覆蓋印度及周邊1500km以內(nèi)區(qū)域，提供優(yōu)于20m的定位精度。空間段由7顆位于地球靜止軌道（GEO）和地球同步軌道（GSO）衛(wèi)星組成。IRNSS的7顆衛(wèi)星中，3顆位于GEO，分別定位于34°（E）、83°（E）和132°（E）；另外4顆位于GSO，軌道傾角為29°，其中2顆定位于55°（E），另外2顆定位于111°（E）。IRNSS的設(shè)計(jì)星座覆蓋范圍為40°（E）～140°（E）和40°（S）～40°（N）之間，可以為用戶播發(fā)單頻和雙頻信號(hào)，標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)定位精度優(yōu)于20m（95%）。IRNSS衛(wèi)星采用C、S和L頻段3個(gè)載波頻段。其中，C頻率（上行3400～3425MHz，下行6700～6725MHz）主要用于測(cè)控，S和L頻段用于播發(fā)導(dǎo)航信號(hào)。

印度首顆IRNSS衛(wèi)星

通過(guò)IRNSS導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)，印度可以降低對(duì)美國(guó)GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的依賴。IRNSS系統(tǒng)兼顧民用和軍事用途，將向用戶提供全天候的精確實(shí)時(shí)定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)，有兩類基本服務(wù)：向普通民眾提供標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)和向特殊授權(quán)用戶提供加密服務(wù)。

余下的6顆IRNSS衛(wèi)星將每隔6個(gè)月發(fā)射一次，陸續(xù)在未來(lái)的30～36個(gè)月內(nèi)發(fā)射完畢。目前，第二顆衛(wèi)星已準(zhǔn)備就緒，將于2014年初發(fā)射。

為了配合IRNSS系統(tǒng)的建設(shè)，2013年5月28日，印度空間研究組織成立了導(dǎo)航中心（INC），該中心位于班加羅爾以西的拜阿拉魯（Byalalu）印度深空網(wǎng)（IDSN）綜合設(shè)施內(nèi)。INC是IRNSS系統(tǒng)的重要組成部分，負(fù)責(zé)提供時(shí)間基準(zhǔn)，形成導(dǎo)航信息，并監(jiān)控包括IRNSS測(cè)距站在內(nèi)的地面設(shè)施。INC管理多個(gè)關(guān)鍵技術(shù)設(shè)施，支持多種導(dǎo)航功能。

6 日本優(yōu)先實(shí)施QZSS項(xiàng)目

日本國(guó)家航天政策辦公室將“準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)”（QZSS）作為最高優(yōu)先級(jí)項(xiàng)目。2013年3月日本內(nèi)務(wù)省宣布，分別與三菱電機(jī)公司和日本電氣公司（NEC）簽訂合同，為日本的QZSS建造衛(wèi)星和地面控制系統(tǒng)。三菱電機(jī)公司所簽訂合同價(jià)值500億日元（約合5.4億美元），根據(jù)合同規(guī)定，該公司將建造1顆地球靜止軌道衛(wèi)星和2顆傾斜軌道衛(wèi)星，并于2017年底之前發(fā)射入軌，與2010年發(fā)射的第一顆“準(zhǔn)天頂衛(wèi)星”（QZS）共同構(gòu)建衛(wèi)星星座。與此同時(shí)，日本電氣公司將領(lǐng)導(dǎo)建立一個(gè)團(tuán)隊(duì)，成員由三菱UFJ租賃有限公司和三菱電機(jī)公司組成，該團(tuán)隊(duì)將利用民間投資，建造QZSS的地面控制段，預(yù)計(jì)將從民間融資渠道募集到約1170億日元（約合13億美元）的資金，用于地面系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和建造，并支持該系統(tǒng)未來(lái)15年的運(yùn)行。

日本QZSS衛(wèi)星

QZSS都將傳送以下信號(hào)：L1C/A、L1C、L2C、L5、L1S[之前被稱為L(zhǎng)1-完整功能亞米級(jí)增強(qiáng)（L1-SAIF）]、L6a（一種公共規(guī)范服務(wù)）、L5S（GPS L5頻率的增強(qiáng)信號(hào)）以及L6b[之前被稱為L(zhǎng)頻段試驗(yàn)（LEX），一種高精度增強(qiáng)信號(hào)，頻率中心1278.75MHz，與Galileo E6信號(hào)相同]。

根據(jù)計(jì)劃，QZSS將在2018年3月完成四星在軌測(cè)試。目前GPS信號(hào)覆蓋時(shí)間是90%，而使用QZSS后，衛(wèi)星導(dǎo)航的時(shí)間能達(dá)到99.8%。QZSS將增加既定時(shí)間天空中的導(dǎo)航衛(wèi)星數(shù)量，解決城市中的高層建筑限制地平切線附近衛(wèi)星的可見(jiàn)能力的問(wèn)題，從而能向城市中更多用戶發(fā)射定位信號(hào)，同時(shí)，山區(qū)用戶也將從QZSS中受益。QZSS還將帶來(lái)更高的精度，在特定時(shí)間，東京市中心定位能力提高1倍，定位錯(cuò)誤減少了2/3。

7 結(jié)語(yǔ)

未來(lái)幾年，各國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)進(jìn)入關(guān)鍵階段。GPS和GLONASS系統(tǒng)將陸續(xù)完成現(xiàn)代化改造，“北斗”和Galileo系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)全球星座部署并投入運(yùn)行，印度的IRNSS和日本的QZSS也建設(shè)完畢。到2020年，多個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的運(yùn)行會(huì)使衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)進(jìn)入白熱化。

同時(shí)，隨著衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)安全性問(wèn)題的日益突出，美國(guó)正在尋求新的導(dǎo)航方案替代廣泛使用的GPS系統(tǒng)，例如在“全源導(dǎo)航”（ASPN）計(jì)劃下正在研究一種即插即用的開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)導(dǎo)航系統(tǒng)（OANS）。這也是導(dǎo)航領(lǐng)域值得關(guān)注的新動(dòng)向。