“印度區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)”完成部署

劉春保 （北京空間科技信息研究所）

“印度區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)”完成部署

劉春保 （北京空間科技信息研究所）

印度時(shí)間2016年4月28日，印度成功地發(fā)射了“印度區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)”（lRNSS）第7顆衛(wèi)星，搶在歐洲“伽利略”（Gal i leo）系統(tǒng)初始運(yùn)行能力部署之前，完成了由7顆衛(wèi)星組成的lRNSS系統(tǒng)空間段的部署，使印度成為全球第4個(gè)完成衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)部署的國家（位列美國、俄羅斯和中國之后），躋身衛(wèi)星導(dǎo)航大國行列，擁有完全自主的衛(wèi)星導(dǎo)航能力的夢想成為現(xiàn)實(shí)。

1　背景

印度一直致力于航天高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，并將其作為邁向世界大國、強(qiáng)國，促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，彰顯其綜合國力與影響力的重要途徑。在通信衛(wèi)星、對地觀測衛(wèi)星領(lǐng)域取得顯著成果的同時(shí)，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展成為印度航天領(lǐng)域的又一重點(diǎn)。

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(wèi)星導(dǎo)航能力，特別是支持軍事應(yīng)用的衛(wèi)星導(dǎo)航能力。為此，印度與美國合作建設(shè)了“全球定位系統(tǒng)輔助靜地軌道增強(qiáng)導(dǎo)航”（GAGAN）系統(tǒng)；與俄羅斯開展了包括“全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)”（GLONASS）衛(wèi)星研制、發(fā)射與運(yùn)行控制段建設(shè)等方面的合作；并參加了Ga lileo系統(tǒng)發(fā)展的國際合作，但隨著Ga lileo系統(tǒng)的發(fā)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(wèi)星網(wǎng)指出的那樣：長期以來，印度軍隊(duì)為提高其精確制導(dǎo)武器的精度，不得不與美國和俄羅斯簽署協(xié)議，以分別獲得“全球定位系統(tǒng)”（GPS）和“全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)”的支持。但印度并不甘心在涉及國家安全、國防安全的衛(wèi)星導(dǎo)航能力上受制于人。印度政府認(rèn)為，發(fā)展、部署完全自主的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)更加符合印度的整體利益，符合印度構(gòu)建完整的應(yīng)用衛(wèi)星體系的航天發(fā)展戰(zhàn)略。同時(shí)，在通信、遙感衛(wèi)星領(lǐng)域取得的成功也極大地增強(qiáng)了印度發(fā)展、部署完全自主的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的信心。

2　lRNSS系統(tǒng)發(fā)展歷程

2006年5月9日，印度政府批準(zhǔn)了“印度區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)”發(fā)展計(jì)劃，計(jì)劃耗資160億盧比（約合3.5億美元），發(fā)展由7顆衛(wèi)星組成的空間段、地面運(yùn)行控制段和用戶段組成的區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，覆蓋印度及周邊1500km以內(nèi)的區(qū)域，提供優(yōu)于20m的定位精度，計(jì)劃于2009年中期發(fā)射首顆IRNSS衛(wèi)星，2011年完成系統(tǒng)部署。

印度發(fā)展IRNSS系統(tǒng)的主要目標(biāo)是建立自主的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，為印度和周邊國家提供可靠、且性能良好的定位、導(dǎo)航與授時(shí)服務(wù)，服務(wù)類型分為兩種，分別為標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)（SPS，即民用服務(wù)）和授權(quán)服務(wù)（RS，即軍用服務(wù)）。

隨著IRNSS系統(tǒng)建設(shè)的不斷推進(jìn)，印度正在醞釀以IRNSS系統(tǒng)為基礎(chǔ)，發(fā)展印度的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。按照當(dāng)前的設(shè)想，印度衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展將分為兩個(gè)階段：

第一階段：建設(shè)由7顆衛(wèi)星組成的“印度區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)”，覆蓋印度及其周邊約1500km的范圍。

第二階段：以IRNSS系統(tǒng)為基礎(chǔ)，發(fā)展印度版“全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)”。即完成IRNSS系統(tǒng)的部署后，再發(fā)射約10顆衛(wèi)星，最終形成大約由16～18顆衛(wèi)星組成的“印度全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)”。

航天技術(shù)的高風(fēng)險(xiǎn)特性決定了衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展不可能一帆風(fēng)順。與最初的計(jì)劃相比，首顆IRNSS衛(wèi)星的發(fā)射整整拖延了4年，終于在2013年7月成功發(fā)射；至2015年底，印度成功地完成了4顆IRNSS衛(wèi)星的發(fā)射。

2016年4月28日，IRNSS衛(wèi)星的第7顆—IRNSS-1G發(fā)射成功，IRNSS系統(tǒng)第一階段的建設(shè)工作已經(jīng)完成，使印度成為全球第4個(gè)完成衛(wèi)星導(dǎo)航能力建設(shè)的國家。

3　lRNSS系統(tǒng)組成

lRNSS系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

印度政府要求以盡可能低的投入完成IRNSS系統(tǒng)的建設(shè)，覆蓋40°（E）～140°（E）、40°（S）～40°（N）之間的區(qū)域，提供標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)和授權(quán)定位服務(wù)，服務(wù)性能滿足印度軍事與民用衛(wèi)星導(dǎo)航的需求。經(jīng)反復(fù)的研究與權(quán)衡，印度空間研究組織（ISRO）確定了IRNSS系統(tǒng)的發(fā)展方案。

印度lRNSS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

印度IRNSS系統(tǒng)由空間段、地面控制段和用戶段組成，提供標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)和授權(quán)定位服務(wù)兩種信號，在L5與S頻段各播發(fā)1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)信號和1個(gè)授權(quán)定位服務(wù)信號，標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)定位精度優(yōu)于20m（95%）。

lRNSS系統(tǒng)運(yùn)行控制段

IRNSS系統(tǒng)運(yùn)行控制段負(fù)責(zé)IRNSS系統(tǒng)星座的維持與運(yùn)行，IRNSS系統(tǒng)地面控制段由2個(gè)IRNSS系統(tǒng)導(dǎo)航中心（INC），2個(gè)IRNSS衛(wèi)星控制中心（SCC），9個(gè)遙測、跟蹤與上行站（IRTTC），17個(gè)測距與完好性監(jiān)測站（IRIMS），2個(gè)IRNSS授時(shí)中心（IRNW T）、4個(gè)CDMA測距站（IRCDR），IR N SS激光測距站（ILR S）和數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)（IRDCN）組成。

為保證IRNSS系統(tǒng)運(yùn)行的安全、穩(wěn)定，印度IRNSS系統(tǒng)部署了1個(gè)主控站，負(fù)責(zé)IRNSS系統(tǒng)的運(yùn)行管理；1個(gè)備份主控站，作為IRNSS系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的保證。主控站由1個(gè)導(dǎo)航中心和1個(gè)衛(wèi)星控制中心組成，負(fù)責(zé)計(jì)算并預(yù)估導(dǎo)航衛(wèi)星的軌道位置，計(jì)算系統(tǒng)完好性，修正空間電離層和星載原子鐘偏差，運(yùn)行導(dǎo)航系統(tǒng)軟件。IRNSS系統(tǒng)的17個(gè)測距與完好性監(jiān)測站，其中2個(gè)部署在印度境外。

lRNSS系統(tǒng)空間段

（1）星座構(gòu)型

IRNSS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求以最少的衛(wèi)星數(shù)量，實(shí)現(xiàn)對印度及周邊地區(qū)的最佳覆蓋。為此，印度空間研究組織設(shè)計(jì)了由7顆衛(wèi)星組成的IRNSS系統(tǒng)空間段，包括3顆GEO軌道衛(wèi)星和4顆傾斜地球同步軌道（IGSO）衛(wèi)星。3顆GEO軌道衛(wèi)星分別定位于34°（E）、83°（E）和132°（E）。4顆IGSO軌道衛(wèi)星部署在2個(gè)軌道面，軌道傾角均為29°，升交點(diǎn)分別為55°（E）和111°（E），地面軌跡在赤道兩側(cè)對稱分布，實(shí)現(xiàn)了印度本土區(qū)域內(nèi)對7顆IRNSS衛(wèi)星的連續(xù)可見。

lRNSS系統(tǒng)地面軌跡

（2）lRNSS衛(wèi)星

IR N SS衛(wèi)星發(fā)射質(zhì)量14 25 k g，與GPS、G LON A SS系統(tǒng)第一代工作衛(wèi)星相當(dāng)，干質(zhì)量614kg（其中有效載荷質(zhì)量110kg），發(fā)射狀態(tài)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(wèi)星的姿態(tài)確定與控制采用零動量系統(tǒng)；星上動力系統(tǒng)包括1部440N的液體遠(yuǎn)地點(diǎn)發(fā)動機(jī)和12部22N推力器，衛(wèi)星設(shè)計(jì)壽命為10～12年。

與普遍采用構(gòu)架式結(jié)構(gòu)的GPS、GLONASS、Galileo系統(tǒng)衛(wèi)星相比，IRNSS衛(wèi)星技術(shù)較為落后，仍采用中央承力筒結(jié)構(gòu)，有效載荷的布局受到一定影響。

l RNSS衛(wèi)星結(jié)構(gòu)與布局

同時(shí)，受印度基礎(chǔ)工業(yè)能力與水平的制約，IRNSS衛(wèi)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(wèi)星配備的銣原子鐘采購自瑞士，與歐洲Galileo系統(tǒng)采用的銣原子鐘相同。從有效載荷的角度看，印度IRNSS系統(tǒng)發(fā)展仍沒有擺脫對國外產(chǎn)品的依賴，在某種程度上仍然需要“受制于人”。

lRNSS系統(tǒng)導(dǎo)航信號與頻段

IRNSS系統(tǒng)導(dǎo)航頻段的選擇十分重視與其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的兼容問題，有意回避了導(dǎo)航信號擁擠的L1、L2頻段，選擇了導(dǎo)航信號較少的L5頻段和其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)沒有使用的S頻段，較好地解決了與其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)信號的干擾與兼容問題，從而避免了因?yàn)榕c其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的兼容性談判拖延IRNSS系統(tǒng)發(fā)展的問題。但是，這種選擇雖然解決了與其他系統(tǒng)的信號兼容問題，但不利于與其他系統(tǒng)互操作的進(jìn)行；在全球其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)互操作不斷發(fā)展的條件下，不利于IRNSS系統(tǒng)融入全球衛(wèi)星導(dǎo)航體系。

IRNSS系統(tǒng)提供兩種服務(wù)，分別為標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)和授權(quán)服務(wù)。標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)為開放信號，為非授權(quán)（即民用）用戶提供服務(wù)，可視為IRNSS系統(tǒng)的民用信號。授權(quán)服務(wù)主要服務(wù)于印度政府部門，其中軍方是最重要的用戶，可視作IRNSS系統(tǒng)的軍用信號。

4　lRNSS系統(tǒng)影響分析

IRNSS系統(tǒng)的部署完成標(biāo)志著印度自主衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)已經(jīng)完成，區(qū)域?qū)Ш侥芰磳⑿纬?，印度軍事定位?dǎo)航授時(shí)能力將得到極大的提升，并對印度及周邊地區(qū)的衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用市場的格局產(chǎn)生重要影響，進(jìn)而影響全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展格局。

IRNSS系統(tǒng)L頻段信號參數(shù)

IRNSS系統(tǒng)S頻段信號參數(shù)

進(jìn)一步奠定印度全球航天大國的地位

在通信衛(wèi)星與對地觀測衛(wèi)星及其應(yīng)用領(lǐng)域，印度已經(jīng)取得了長足的發(fā)展，IRNSS系統(tǒng)的部署完成使印度在三大應(yīng)用衛(wèi)星領(lǐng)域（通信、對地觀測、導(dǎo)航）的發(fā)展均躋身世界前列。

搶在歐洲完成Galileo系統(tǒng)初始運(yùn)行能力部署之前（按計(jì)劃歐洲將于2016年底前完成Galileo系統(tǒng)初始運(yùn)行能力部署），完成IRNSS系統(tǒng)的部署，既表現(xiàn)出印度建設(shè)衛(wèi)星導(dǎo)航大國的決心，也使印度成為全球第4個(gè)擁有自主衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與獨(dú)立的衛(wèi)星導(dǎo)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(gè)重重的砝碼。

雖然，IRNSS系統(tǒng)的服務(wù)性能遠(yuǎn)遜于GPS、GLONASS和“北斗”等系統(tǒng)，但I(xiàn)RNSS系統(tǒng)的部署完成對印度地區(qū)性大國及其在印度洋地區(qū)影響力的提升將構(gòu)成有效的支撐。

僅能為印度提供基本的軍用衛(wèi)星導(dǎo)航能力

印度致力于發(fā)展獨(dú)立的衛(wèi)星導(dǎo)航能力，其最重要的原因是獲取軍事衛(wèi)星導(dǎo)航能力，從而提高其精確制導(dǎo)裝備與作戰(zhàn)平臺的高精度定位、導(dǎo)航與授時(shí)能力，大幅度提供印度軍方精確交戰(zhàn)、精確打擊的能力。雖然，IRNSS系統(tǒng)的發(fā)展使印度獲得了完全自主的高精度衛(wèi)星導(dǎo)航能力，但是從IRNSS系統(tǒng)的服務(wù)范圍與服務(wù)性能角度分析，IRNSS系統(tǒng)只能為印度提供印度與印度洋地區(qū)的基本衛(wèi)星導(dǎo)航能力，且其服務(wù)性能遠(yuǎn)遜于GPS、GLONASS等系統(tǒng)。在GPS、GLONASS等系統(tǒng)正在發(fā)展、部署自主導(dǎo)航、信號增強(qiáng)等導(dǎo)航戰(zhàn)技術(shù)與能力的背景下，尚未有消息表明印度已經(jīng)開展的相關(guān)技術(shù)或能力研發(fā)、部署。在未來強(qiáng)對抗的戰(zhàn)場環(huán)境下，IRNSS系統(tǒng)能否提供有效的軍用衛(wèi)星導(dǎo)航能力還是未知數(shù)。同時(shí)，由于IRNSS系統(tǒng)的定位精度較差，尚不能全面滿足高精度軍事作戰(zhàn)的全面需求。

因此，IRNSS系統(tǒng)僅能為印度提供基本的軍用衛(wèi)星導(dǎo)航能力，要滿足未來信息化戰(zhàn)爭的要求還有很長的路要走。

或不會對“北斗”系統(tǒng)市場開拓產(chǎn)生重要影響

IRNSS系統(tǒng)的覆蓋區(qū)域與我國“北斗”區(qū)域系統(tǒng)的服務(wù)區(qū)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(yōu)勢；雖然在技術(shù)上，IRNSS系統(tǒng)的服務(wù)性能與我國“北斗”系統(tǒng)存在較大差距，但由于印度在政治、外交等領(lǐng)域與美國、歐洲的關(guān)系較密切，及其在印度洋地區(qū)的傳統(tǒng)影響力，或許使其在與“北斗”系統(tǒng)的應(yīng)用市場競爭中擁有一些特定的優(yōu)勢。但是，全球GNSS用戶裝備研發(fā)、制造企業(yè)對日本“準(zhǔn)天頂系統(tǒng)”（QZSS）、IRNSS等區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展的反應(yīng)卻較為冷淡。從歐洲全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)局（GSA）2015年發(fā)布的第四版《GNSS市場報(bào)告》可以看出，全球衛(wèi)星導(dǎo)航用戶裝備研發(fā)、制造企業(yè)并未對IRNSS系統(tǒng)與QZSS系統(tǒng)等區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展做出非常積極響應(yīng)，其在全球民用衛(wèi)星導(dǎo)航市場的發(fā)展并不樂觀。因此，IRNSS系統(tǒng)的建成或不會對“北斗”系統(tǒng)應(yīng)用市場的開拓產(chǎn)生重要影響。

5　結(jié)束語

與“北斗”系統(tǒng)，特別是未來的“北斗”全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)相比，雖然IRNSS系統(tǒng)在服務(wù)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(tǒng)建設(shè)的逐步推進(jìn)，特別是向全球系統(tǒng)的發(fā)展及其技術(shù)與運(yùn)行管理水平的不斷提高而逐漸縮小，對“北斗”系統(tǒng)的影響將逐步顯現(xiàn)。因此，我們必須對IRNSS系統(tǒng)的發(fā)展給予高度重視，認(rèn)真謀劃未來“北斗”全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、技術(shù)與服務(wù)能力的發(fā)展，未雨綢繆，保證“北斗”系統(tǒng)長期、穩(wěn)定的發(fā)展與市場競爭能力的不斷提升。

IRNSS Deployment Completed