美国GPS现代化的进展与未来发展.

1、群星闪烁 美国GPS现代化的进展与未来发展 刘春保 （北京空间科技信息研究所 2004年12月，美国总统布什批准了新的天基定位、导航与授时（PNT系统政 策，用于取代1996年3月发布的GPS系统政策。新政策用于确保美国的天基PNT 服务、增强系统、后备支持及服务的拒绝与阻断等能力.从而实现以下目标：提 供不间断的PNT服务的可用性；满足国家、国土和经济的安全要求及民用、科学 与商业増长的需求；！保持卓越的军用天基PNT服务；连续地提供优于国外民 用天基PNT服务及其増强系统、或与其相比有竞争力的民用服务；#保持其国际公 认的PNT服务的基础性地位；3提高美国在天基PNT服务应用领域的技术领先

2、 优势。 美国GPS现代化的计划也正体现了上述目标。 1%GPS现代化的最新进展 GPS-2RM卫星在GPS-2R卫星的基础上进行了现代化的改进。2005年9月 25曰，第1颗改进型GPS-2RM卫星从卡纳维拉尔角发射升空，标志着GPS现代化 的计划迈出了重要的一步、进入了新阶段。2006年9月25日和11月14曰， 第2、3颗GPS-2RM卫星也分别发射升空。与GPS-2R卫星相比,GPS -2RM卫星 的主要改进包括:増加了 3个导航信号和对有效载荷硬件进行了升级。GPS - 2RM卫星在L1和L2频段增加了 2个新的军用M码信号，同时在L2频段增加了 新的L2C民用信号，使GPS的导航信

3、号増加至6个，并且提高了信号的发射功率， 使其可在不同的信号间进行重新分配。 与GPS-2RM卫星相比，GPS-2F卫星将増加L5频段的L5C民用信号，采用更 先进的星载原子钟。GPS-2F卫星的星钟系统由4台锂钟和钿钟组成，并采用美国 海军研究实验室开发的数字化星钟技术，使其系统i吴差达到8ns。为满足增加信 号及其功率的要求，GPS -2F卫星采用ABLE公司开发的新型太阳电池阵。其质 量为54 9kg ,在轨设计寿命为12年，并可在地面上贮存8年。即使在寿命末期，该 电池阵的功率仍超过2610W。 2006年年底和2007年年初，洛马公司与波音公司分别完成了 GPS-3卫星的需 求定义研

4、究，并通过了美国空军的审查，使GPS-3卫星的发展向前迈出了重要 的一步；同时，美国空军分别与这两家公司签署了近5000万美元的合同，用于开 展GPS-3卫星的风险降低和卫星初样设计工作，并计划于2007年上半年完成评 审。 在GPS现状化计划中，新増加的M码军用信号实现了军用信号与民用信 号的彻底分离，不需民用信号引导即可直接访问M码军用信号，这样就提高了 军用信号的安全性和鲁棒性。另外，GPS实现了信号发射功率的可重新 分配，能够拒 绝、阻断敌方使用。因此，新的M码军用信号是美国实现导航战战略的重 要基础之一。该信号采用BOC调制，并与前向误差控制技术相结合，使其数 据信息在内容、结构与位

5、速率等方面具有相当大的灵活性。它使不同的轨道平 面、卫星甚至同一颗卫星的不同载波可以配置不同的数据信息，从而实现相当 高的操作灵活性，保证GPS军用服务的安全。正如美国空军联合计划办公 室Brian C Barker等人所说，（M码信号是今后10年GPS军事应用与发展的核 心。 为在与欧洲（伽利略系统的竞争中取得平衡或优势，实现（连续地提供优于国 外民用天基PN T服务及其増强系统，或与其相比有竞争力的民用服务的目 标，在GPS现代化计划中，卫星的L2和L5频段新增加2个民用导航信号，这样极 大地提高了民用信号的完好性和民用导航服务的性能，增加了民用信号的前向修 正功能，增强了 GPS的竞争力

6、。按计划，民用导航信号的改变将分3步进行:在 GPS-2RM卫星上增加L2频段的L2C民用信号；在GPS-2F卫星上増加L5频段 的L5C民用信号；！对L1频段的C/A码信号进行现代化改进，这一点在美国与欧 洲签署的 7672501 02325 有 L51176 4510230; 1023010 2350 有 %随着GPS现代化计划的发展，以及其他因素的变化，美国空军已经调 整了 GPS卫星的采购计划。目前，GPS -2RM卫星的采购数量为8颗，截止到 2006年年底已经发射了 3颗GPS-2RM卫星。GPS-2F卫星的采购数量也由原来 的33颗减少到了 16颗，第1颗GPS-2F卫星可能要推

7、迟到2008年或2009年发 射。新増加的L2C民用信号和M码军用信号可能要到2012-2013年才能投入使用， 这将严重地影响GPS现代化计划的阶段性目标的实现，是美国目前面临的、必须 尽快解决的重要问题。 2%GPS的未来发展 新的天基PN T系统政策是GPS现代化和未来发展的指导方针。2005年10 月，美国国防科学委员会发布了 &未来GPS系统9调研报告，指出了 GPS目前 存在的问题，并提出了该系统未来的发展建议。现将其发展趋势分析、总结如 下。 2 1%导航战能力建设是G PS未来发展的核心导航战能力是美国新的天基 PNT系统政策的重点、也是GPS现代化计划的核心。其建设的目标是为

8、美国及其 盟国提供高质量的天基PNT服务，拒绝或阻断敌方使用天基PNT系统，确保美 国及其盟国在天基PNT方面的优势。 目前，GPS可以满足一般军事任务的要求，但不具备足够的鲁棒性以对抗干 扰威胁，而且由于遮蔽角不足，难以满足城市和山区军用用户的要求。GPS现代 化计划，-方面能够提高卫星发射的导航信号的功率，另一方面也能改进军用用户 的接收设备，从而提高系统的抗干扰能力，对抗已经广泛分布的小功率干扰机的威 胁。 为提高军用导航信号的功率和抗干扰能力，GPS现代化计划拟以点波束的方 式将军用导航信号的功率増加20dBW。然而，这一方案将明显増加GPS-3卫星 的质量和功率，因而可能会影响到采用

9、中型火箭实现（一箭双星发射的目标。 为此，有可能以区域波束取代点波束，以减小卫星的质量。同时进行新的军用用 户设备的研究，采用更先进的抗干扰技术，从而增强抗干扰能力。为解决城市和山 区的GPS信号的可用性问题，美国国防科学委员会希望将遮蔽角从目前的头提 高到15*。GPS星座由6个轨道面组成.每个轨道面部署4颗卫星，虽然目前该 星座可用的卫星数量已经达到了 29颗，但是遮蔽角的问题仍没有解决。另外，由 于轨道面的数量问题，目前GPS星座几乎无法采取（一箭多星的方式进行补网发 射，因此要维持星座的卫星数量就要面对高昂的、难以承受的发射费用。为解决这 问题，国防科学委员会建议将GPS星座调整为3个

10、轨道面，每个轨道面部署10 颗卫星，从而实现将遮蔽角从5*提高到15*的目标。同时要严格限制卫星的质 量和功率,实现用中型火箭进行（一箭双星发射，从而降低维持星座的费用。 2 2%提高民用导航服务的性能和竞争力最初,GPS的发展主要是为军方提 供PNT服务，民用服务处于从属地位。然而，民用导航市场的迅速发展对GPS的 民用导航服务提岀了更高的要求。同时，GPS在民用导航领域也出现了强大的竞 争对手+欧洲（伽利略导航卫星系统。为了确保GPS在民用导航领域的竞争优 势，美国取消了选择可用性的限制，并在GPS现代化计划中增加了 L2和L5频段 的民用信号，从而提高了信号的完好性与精度，増强了民用服务

11、的性能。这是 GPS发展的需要.也是美国谋求在全球导航卫星领域中处于领导地位的需要n 2 3%空间段、控制段和用户段的均衡发展问题 经费不足是在GPS的发展过程中一直存在的问题。目前，GPS现代化计划一 再拖延，除技术因素外，经费问题也是一个重要原因。2005年9月25曰，具有播 发M码军用信号和L2C民用信号能力的第1颗GPS-2RM卫星发射升空。但是， 当时地面控制段尚不具备新信号的操作与控制能力，并且在2009年以前都不具 备这种能力，而用户设备开发的差距则更大。这种发展的不平衡，已经影响到 了 GPS的现代化计划及其军民两用服务的发展。目前，GPS-3需求定义阶段的研 究已经完成，因此

12、其地面控制段的现代化改造与新的用户设备的开发显得 群星闪烁 曰本工程试验卫星-8及其平台 王存恩戴舒颖 （北京控制工程研究所 1%前言 2006年12月18日，曰本宇宙航空研究开发机构（JAXA从种子岛航天中心用 第11枚H -2A火箭发射了可进行固定、移动和多媒体通信及卫星定位等多种试 验的大型工程试验卫星-8（ETS-8。 卫星进入转移轨道后，星载控制电子设备开始工作遥测固放接通；之后捕获 到初始信号，进行了太阳捕获；接着按要求展开了大型太阳电池帆板，几经周折后 大型镜面天线也终于展开。经3次远地点发动机点火（第3次是从2007年1月8 曰19:59开始，持续了 41s之后，卫星进入远地点

13、为35796km、近地点为 35776km、轨道倾角为012*的轨道。目前卫星的轨道周期为23h56m in, 在卫星控制管理中心进行了 2 3次微调之后最终定点在146* E的地球静止轨 道。JA XA将与参加开发的曰本信息通信研究机构（NICT和曰本电信电话 （NT T公司共同努力，尽快完成星载有效载荷初始性能的确认试验工作，使卫星能 在2007年4月下旬正式开始执行包括通信、广播在内的全部飞行任务。 众所周知，从20世纪80年代末开始，曰本宇宙开发事业团（NASDA就一直致 力于大型通信广播卫星的国产化工作，曾设计、开发并于1994年和1998年先后 发射了质量为2吨级、技术也颇为先进的ET S-6和（通信广播工程试验卫星 （COM ETS。遗憾的是，这2颗卫星分别由于远地点发动机和二级火箭发动机故 障，最终未能进入预定的地球静止轨道。为尽快结束曰本没有在 更加迫切。美国只有解决GPS均衡发展的问题，才能保证GPS现代化计划的 顺利进行。2 4%GPS的未来发展与（伽利略系统的关系 2004年6月26日，美国与欧盟签署了 &关于促进、提供和使用（伽利略与 GPS天基导航系统及其相关应用的协议9 ,这为两个系统之间的合作奠定了基 础。然而，除了合作外，两个系统之间也必然存在竞争关系。如果美国不彻底取消 GPS