GPS現代化及其令人刮目的規劃部署

+ 曹沖 （環球新時空信息技術研究院）

GPS從1978年發射第一顆衛星，到1995年正式宣布投入完全服務，僅僅用了17年時間，而從1996年美國宣布實施GPS現代化至今，已經超過二十年，由現在的情況看，完成現代化可能要到2025年以后，與開啟GPS的PNT時代相結合。由此可見，GPS現代化整整耗費30余年的時間，遠比建設GPS的時間要長。GPS建設費用當時大約為100億美元。而今歷經30多年，每年平均花銷大概為10億多美元，可見其現代化和維持費用累計數額巨大。用數十億美元巨資推進現代化，其目的是更新GPS的特征和整體性能。更新的特征性能主要是新的軍用和民用信號，以改進GPS的總體性能，推動美國的國家政策，確保在提供GPS全球服務和GNSS全球應用上的領先地位，讓其它GNSS難于望其項背，令真正堅持事實勝于雄辯的科學智者不會輕言超過它。

從整體部署和路線圖安排而言，目前GPS現代化進程強調的是：集成專項計劃關鍵要素，釋放系統強大能力，開發專才和領軍者，定義未來。在最近召開的美國國家PNT咨詢委員會上，隸屬于空間與使命系統中心的GPS董事會發表題為“GPS/PNT現代化進展：GPSIII、MGUE、加速M-碼的現狀和彈性PNT”的報告，所提交的GPS專項計劃的概貌及其發展路線圖，分別如圖1、圖2所示。

圖1

GPS還是以其空間段、地面運控段和用戶段三大組成的現代化進程進行規劃部署。新一代GPS空間段計劃已經表明，其空間飛行器（SV）所構成的星座，是為運控段和用戶段提供統一S波段和L波段的遙測遙控。在相當長時期內GPSIII將與GPSIIF和IIR/IIRM共同形成導航服務。而GPSIII正在實施的第一階段，是10顆GPSIII衛星，其第一顆衛星將在今年發射。其后，第二階段的追隨者GPSIII-F衛星要到2020年才發22顆衛星中的第一顆。GPS現代化專項計劃，能夠這樣一拖再拖，一改再改，做到胸中有數，其中的關鍵是GPS衛星壽命的大幅度延長。例如一顆GPSIIA衛星于1993年10月26日發射入軌，至今已連續運營24年有余，并仍在提供服務。GPSIII開始，衛星設計的工作壽命提升為15年。當然，風險也來自于這方面，因為在軌工作的GPS衛星，其中有一半以上，已經工作超過十年，其中許多已經遠遠超過其壽命期。GPSIII/IIIF衛星繼續保有原有GPS衛星上的核偵察系統（NDS）上下行電路，衛星的主載荷是派發先進的能力，為所有GPSIII信號改進堅韌性（又稱為彈性），提供L波段下行的導航服務。

圖2

在GPS現代化專項計劃中，執行得最為順利的是空間段的衛星升級為第三代GPS衛星的規劃。其中GPSIII前面六顆衛星已經先后投產，第一顆已經在倉庫整裝待發，預計今年底發射，第三顆衛星準備在2019年7月發射，連第六顆衛星都已在上總裝線。GPSIII-F衛星在2018至2020年間，完成計劃審批和合同簽訂，然后就是6年之久的研發生產測試聯調期，直到2026年二季度發射第一顆衛星。

運控段在GPS現代化專項計劃中，一直作為困難重重的關鍵性要素在推進，負責空間段資源的遙測、跟蹤和指令，向外部接口分發有用數據。GPS新一代的運控段（OCX），以六個行動計劃加以齊頭并進推進，它們是：運控系統/總體架構演變計劃（OCS/AEP）、GPSIII應急運作（COps）、M-碼早期應用（MCEU）、OCX Block 0、OCX Block 1 & 2，以及可用性選擇與電子欺騙模塊（SAASM）使命計劃系統（SMPS）。

用戶段在GPSIII發展階段，也得到充分足夠的重視，實施軍用GPS用戶設備（MGUE）增量計劃1，和MGUE增量計劃2，加以推進。MGUE業經安全審批，開展集成與測試，而且提供MGUE增量計劃1，分別進行海事應用、空軍應用、海軍應用和陸軍應用的多種多樣的集成與測試，直到2020-2021年。而MGUE增量計劃2 將一直持續不斷地延續下去。

值得注意的是，GPS正在和下一步的現代化專項計劃，重點是形成軍事應用能力。從2017年開始，太空中帶有軍（M）碼的衛星已經設置健康標志，2017-2018年能夠自動形成軍碼，2019-2021年間利用GPSIII進行軍碼測試，和在OCS運營中采用核心軍碼，2022-2023年間，實現天地一體的完全的軍碼使用。至2024年實現星座管理（CM）IOC/FOC，PNT IOC，以及雙頻民用導航（DFCN）IOC/FOC，GPS/PNT現代化形成雛形。而關鍵目標點是2020年，口號是“2020年要將M-碼送到戰斗員的手中”。在實現這個目標，需重點保障以下事項的進度：軍碼密鑰要通過美國國家安全局的驗審認證；發射第一批GPSIII衛星；在完成OCX的同時，將軍碼加入OCS系統中；完成MGUE增量計劃1研發目標；接受智能集成的考驗，把科技成果送到第一線戰斗員之手。