“印度區域衛星導航系統”完成部署

劉春保 （北京空間科技信息研究所）

“印度區域衛星導航系統”完成部署

劉春保 （北京空間科技信息研究所）

印度時間2016年4月28日，印度成功地發射了“印度區域衛星導航系統”（lRNSS）第7顆衛星，搶在歐洲“伽利略”（Gal i leo）系統初始運行能力部署之前，完成了由7顆衛星組成的lRNSS系統空間段的部署，使印度成為全球第4個完成衛星導航系統部署的國家（位列美國、俄羅斯和中國之后），躋身衛星導航大國行列，擁有完全自主的衛星導航能力的夢想成為現實。

1　背景

印度一直致力于航天高技術產業的發展，并將其作為邁向世界大國、強國，促進社會經濟發展，彰顯其綜合國力與影響力的重要途徑。在通信衛星、對地觀測衛星領域取得顯著成果的同時，衛星導航系統的發展成為印度航天領域的又一重點。

最初，印度希望通過與美國、俄羅斯和歐洲的合作，獲得安全、可靠的衛星導航能力，特別是支持軍事應用的衛星導航能力。為此，印度與美國合作建設了“全球定位系統輔助靜地軌道增強導航”（GAGAN）系統；與俄羅斯開展了包括“全球導航衛星系統”（GLONASS）衛星研制、發射與運行控制段建設等方面的合作；并參加了Ga lileo系統發展的國際合作，但隨著Ga lileo系統的發展改為全部由公共資金（歐盟與歐洲航天局）支持，與歐洲的合作無果而終。

正如俄羅斯衛星網指出的那樣：長期以來，印度軍隊為提高其精確制導武器的精度，不得不與美國和俄羅斯簽署協議，以分別獲得“全球定位系統”（GPS）和“全球導航衛星系統”的支持。但印度并不甘心在涉及國家安全、國防安全的衛星導航能力上受制于人。印度政府認為，發展、部署完全自主的衛星導航系統更加符合印度的整體利益，符合印度構建完整的應用衛星體系的航天發展戰略。同時，在通信、遙感衛星領域取得的成功也極大地增強了印度發展、部署完全自主的衛星導航系統的信心。

2　lRNSS系統發展歷程

2006年5月9日，印度政府批準了“印度區域衛星導航系統”發展計劃，計劃耗資160億盧比（約合3.5億美元），發展由7顆衛星組成的空間段、地面運行控制段和用戶段組成的區域衛星導航系統，覆蓋印度及周邊1500km以內的區域，提供優于20m的定位精度，計劃于2009年中期發射首顆IRNSS衛星，2011年完成系統部署。

印度發展IRNSS系統的主要目標是建立自主的衛星導航系統，為印度和周邊國家提供可靠、且性能良好的定位、導航與授時服務，服務類型分為兩種，分別為標準定位服務（SPS，即民用服務）和授權服務（RS，即軍用服務）。

隨著IRNSS系統建設的不斷推進，印度正在醞釀以IRNSS系統為基礎，發展印度的全球衛星導航系統。按照當前的設想，印度衛星導航系統的發展將分為兩個階段：

第一階段：建設由7顆衛星組成的“印度區域衛星導航系統”，覆蓋印度及其周邊約1500km的范圍。

第二階段：以IRNSS系統為基礎，發展印度版“全球衛星導航系統”。即完成IRNSS系統的部署后，再發射約10顆衛星，最終形成大約由16～18顆衛星組成的“印度全球衛星導航系統”。

航天技術的高風險特性決定了衛星導航系統的發展不可能一帆風順。與最初的計劃相比，首顆IRNSS衛星的發射整整拖延了4年，終于在2013年7月成功發射；至2015年底，印度成功地完成了4顆IRNSS衛星的發射。

2016年4月28日，IRNSS衛星的第7顆—IRNSS-1G發射成功，IRNSS系統第一階段的建設工作已經完成，使印度成為全球第4個完成衛星導航能力建設的國家。

3　lRNSS系統組成

lRNSS系統設計要求

印度政府要求以盡可能低的投入完成IRNSS系統的建設，覆蓋40°（E）～140°（E）、40°（S）～40°（N）之間的區域，提供標準定位服務和授權定位服務，服務性能滿足印度軍事與民用衛星導航的需求。經反復的研究與權衡，印度空間研究組織（ISRO）確定了IRNSS系統的發展方案。

印度lRNSS系統結構示意圖

印度IRNSS系統由空間段、地面控制段和用戶段組成，提供標準定位服務和授權定位服務兩種信號，在L5與S頻段各播發1個標準定位服務信號和1個授權定位服務信號，標準服務定位精度優于20m（95%）。

lRNSS系統運行控制段

IRNSS系統運行控制段負責IRNSS系統星座的維持與運行，IRNSS系統地面控制段由2個IRNSS系統導航中心（INC），2個IRNSS衛星控制中心（SCC），9個遙測、跟蹤與上行站（IRTTC），17個測距與完好性監測站（IRIMS），2個IRNSS授時中心（IRNW T）、4個CDMA測距站（IRCDR），IR N SS激光測距站（ILR S）和數據通信網絡（IRDCN）組成。

為保證IRNSS系統運行的安全、穩定，印度IRNSS系統部署了1個主控站，負責IRNSS系統的運行管理；1個備份主控站，作為IRNSS系統安全、穩定運行的保證。主控站由1個導航中心和1個衛星控制中心組成，負責計算并預估導航衛星的軌道位置，計算系統完好性，修正空間電離層和星載原子鐘偏差，運行導航系統軟件。IRNSS系統的17個測距與完好性監測站，其中2個部署在印度境外。

lRNSS系統空間段

（1）星座構型

IRNSS系統的設計要求以最少的衛星數量，實現對印度及周邊地區的最佳覆蓋。為此，印度空間研究組織設計了由7顆衛星組成的IRNSS系統空間段，包括3顆GEO軌道衛星和4顆傾斜地球同步軌道（IGSO）衛星。3顆GEO軌道衛星分別定位于34°（E）、83°（E）和132°（E）。4顆IGSO軌道衛星部署在2個軌道面，軌道傾角均為29°，升交點分別為55°（E）和111°（E），地面軌跡在赤道兩側對稱分布，實現了印度本土區域內對7顆IRNSS衛星的連續可見。

lRNSS系統地面軌跡

（2）lRNSS衛星

IR N SS衛星發射質量14 25 k g，與GPS、G LON A SS系統第一代工作衛星相當，干質量614kg（其中有效載荷質量110kg），發射狀態尺寸1.58m×1.5m×1.5m，太陽電池功率1660W，配備一部容量90Ah的鋰離子電池，有效載荷功率900W。衛星的姿態確定與控制采用零動量系統；星上動力系統包括1部440N的液體遠地點發動機和12部22N推力器，衛星設計壽命為10～12年。

與普遍采用構架式結構的GPS、GLONASS、Galileo系統衛星相比，IRNSS衛星技術較為落后，仍采用中央承力筒結構，有效載荷的布局受到一定影響。

l RNSS衛星結構與布局

同時，受印度基礎工業能力與水平的制約，IRNSS衛星的有效載荷大多采取全球采購的方式獲得，主要來自于歐美國家。如IRNSS衛星配備的銣原子鐘采購自瑞士，與歐洲Galileo系統采用的銣原子鐘相同。從有效載荷的角度看，印度IRNSS系統發展仍沒有擺脫對國外產品的依賴，在某種程度上仍然需要“受制于人”。

lRNSS系統導航信號與頻段

IRNSS系統導航頻段的選擇十分重視與其他衛星導航系統的兼容問題，有意回避了導航信號擁擠的L1、L2頻段，選擇了導航信號較少的L5頻段和其他衛星導航系統沒有使用的S頻段，較好地解決了與其他衛星導航系統信號的干擾與兼容問題，從而避免了因為與其他衛星導航系統的兼容性談判拖延IRNSS系統發展的問題。但是，這種選擇雖然解決了與其他系統的信號兼容問題，但不利于與其他系統互操作的進行；在全球其他衛星導航系統互操作不斷發展的條件下，不利于IRNSS系統融入全球衛星導航體系。

IRNSS系統提供兩種服務，分別為標準定位服務和授權服務。標準定位服務為開放信號，為非授權（即民用）用戶提供服務，可視為IRNSS系統的民用信號。授權服務主要服務于印度政府部門，其中軍方是最重要的用戶，可視作IRNSS系統的軍用信號。

4　lRNSS系統影響分析

IRNSS系統的部署完成標志著印度自主衛星導航系統的建設已經完成，區域導航能力即將形成，印度軍事定位導航授時能力將得到極大的提升，并對印度及周邊地區的衛星導航應用市場的格局產生重要影響，進而影響全球衛星導航系統的發展格局。

IRNSS系統L頻段信號參數

IRNSS系統S頻段信號參數

進一步奠定印度全球航天大國的地位

在通信衛星與對地觀測衛星及其應用領域，印度已經取得了長足的發展，IRNSS系統的部署完成使印度在三大應用衛星領域（通信、對地觀測、導航）的發展均躋身世界前列。

搶在歐洲完成Galileo系統初始運行能力部署之前（按計劃歐洲將于2016年底前完成Galileo系統初始運行能力部署），完成IRNSS系統的部署，既表現出印度建設衛星導航大國的決心，也使印度成為全球第4個擁有自主衛星導航系統與獨立的衛星導航能力的國家，僅位列美國、俄羅斯和中國之后，在其全球航天大國地位的天平上又增加了一個重重的砝碼。

雖然，IRNSS系統的服務性能遠遜于GPS、GLONASS和“北斗”等系統，但IRNSS系統的部署完成對印度地區性大國及其在印度洋地區影響力的提升將構成有效的支撐。

僅能為印度提供基本的軍用衛星導航能力

印度致力于發展獨立的衛星導航能力，其最重要的原因是獲取軍事衛星導航能力，從而提高其精確制導裝備與作戰平臺的高精度定位、導航與授時能力，大幅度提供印度軍方精確交戰、精確打擊的能力。雖然，IRNSS系統的發展使印度獲得了完全自主的高精度衛星導航能力，但是從IRNSS系統的服務范圍與服務性能角度分析，IRNSS系統只能為印度提供印度與印度洋地區的基本衛星導航能力，且其服務性能遠遜于GPS、GLONASS等系統。在GPS、GLONASS等系統正在發展、部署自主導航、信號增強等導航戰技術與能力的背景下，尚未有消息表明印度已經開展的相關技術或能力研發、部署。在未來強對抗的戰場環境下，IRNSS系統能否提供有效的軍用衛星導航能力還是未知數。同時，由于IRNSS系統的定位精度較差，尚不能全面滿足高精度軍事作戰的全面需求。

因此，IRNSS系統僅能為印度提供基本的軍用衛星導航能力，要滿足未來信息化戰爭的要求還有很長的路要走。

或不會對“北斗”系統市場開拓產生重要影響

IRNSS系統的覆蓋區域與我國“北斗”區域系統的服務區域存在一定的重疊，且印度在與美國、俄羅斯、歐洲的合作方面具有優勢；雖然在技術上，IRNSS系統的服務性能與我國“北斗”系統存在較大差距，但由于印度在政治、外交等領域與美國、歐洲的關系較密切，及其在印度洋地區的傳統影響力，或許使其在與“北斗”系統的應用市場競爭中擁有一些特定的優勢。但是，全球GNSS用戶裝備研發、制造企業對日本“準天頂系統”（QZSS）、IRNSS等區域衛星導航系統發展的反應卻較為冷淡。從歐洲全球衛星導航系統局（GSA）2015年發布的第四版《GNSS市場報告》可以看出，全球衛星導航用戶裝備研發、制造企業并未對IRNSS系統與QZSS系統等區域衛星導航系統的發展做出非常積極響應，其在全球民用衛星導航市場的發展并不樂觀。因此，IRNSS系統的建成或不會對“北斗”系統應用市場的開拓產生重要影響。

5　結束語

與“北斗”系統，特別是未來的“北斗”全球衛星導航系統相比，雖然IRNSS系統在服務性能、覆蓋范圍等方面存在較大差距，但這種差距將隨著IRNSS系統建設的逐步推進，特別是向全球系統的發展及其技術與運行管理水平的不斷提高而逐漸縮小，對“北斗”系統的影響將逐步顯現。因此，我們必須對IRNSS系統的發展給予高度重視，認真謀劃未來“北斗”全球衛星導航系統、技術與服務能力的發展，未雨綢繆，保證“北斗”系統長期、穩定的發展與市場競爭能力的不斷提升。

IRNSS Deployment Completed