國(guó)外導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)展回顧

劉春保（北京空間科技信息研究所）

國(guó)外導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)展回顧

2016 Year in Review: Foreign Navigation Satellites

劉春保
（北京空間科技信息研究所）

2016年，國(guó)外共進(jìn)行8次導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射活動(dòng)，成功8次。其中美國(guó)1次，成功發(fā)射了1顆全球定位系統(tǒng)－2F（GPS－2F）；歐洲2次，成功發(fā)射了6顆“伽利略-全運(yùn)行能力”（Galileo-FOC）衛(wèi)星；俄羅斯2次，成功發(fā)射了2顆全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)－M（GLONASS－M）；印度3次，成功發(fā)射了3顆“印度區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)”（IRNSS）。截至2016年底，國(guó)外在軌運(yùn)行導(dǎo)航衛(wèi)星85顆，在軌運(yùn)行并提供導(dǎo)航服務(wù)的衛(wèi)星66顆，其中，美國(guó)GPS系統(tǒng)31顆，俄羅斯GLONASS系統(tǒng)23顆，歐洲“伽利略”（Galileo）系統(tǒng)11顆，日本“準(zhǔn)天頂衛(wèi)星”（QZS）1顆（主要提供GPS增強(qiáng)服務(wù)）。

2016年國(guó)外導(dǎo)航衛(wèi)星成功發(fā)射數(shù)量（按國(guó)家統(tǒng)計(jì)）

1 引言

2016年國(guó)外導(dǎo)航衛(wèi)星在軌數(shù)量（按國(guó)家統(tǒng)計(jì)）

2016年，美國(guó)持續(xù)保持GPS系統(tǒng)運(yùn)行與服務(wù)的穩(wěn)定，成功完成了最后1顆（第12顆）GPS－2F衛(wèi)星的發(fā)射，計(jì)劃于2017年使M碼軍用信號(hào)、L2C和L5民用信號(hào)投入使用，增強(qiáng)GPS系統(tǒng)的軍事服務(wù)能力及其全球民用市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)能力。然而，GPS－3衛(wèi)星與新一代“運(yùn)行控制系統(tǒng)”（OCX）研發(fā)的拖延，使GPS空間星座更新、補(bǔ)充與GPS系統(tǒng)運(yùn)行控制段能力建設(shè)造成了很大影響，使研發(fā)成本持續(xù)增加，對(duì)GPS系統(tǒng)的可用性、可持續(xù)性構(gòu)成了潛在的威脅。據(jù)美國(guó)國(guó)會(huì)國(guó)防委員會(huì)的評(píng)估結(jié)果，新一代“運(yùn)行控制系統(tǒng)”研發(fā)成本已經(jīng)從原計(jì)劃的15.3億美元增加至53億美元，違反了納恩-麥柯迪法案（Nunn-McCurdy Act）。截至2016年9月，因經(jīng)費(fèi)問(wèn)題，新一代“運(yùn)行控制系統(tǒng)”的研發(fā)處于停擺邊緣。美國(guó)國(guó)防部部長(zhǎng)已向國(guó)會(huì)闡明了新一代“運(yùn)行控制系統(tǒng)”的重要性，但在國(guó)會(huì)批準(zhǔn)新經(jīng)費(fèi)前，新一代“運(yùn)行控制系統(tǒng)”的研發(fā)仍將處于停滯狀態(tài)。2016年12月，美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬批準(zhǔn)了2017財(cái)年國(guó)防預(yù)算，全額批準(zhǔn)了國(guó)防部關(guān)于“運(yùn)行控制系統(tǒng)”的經(jīng)費(fèi)申請(qǐng)，為“運(yùn)行控制系統(tǒng)”經(jīng)費(fèi)之爭(zhēng)畫上了一個(gè)令美國(guó)軍方滿意的句號(hào)。同時(shí)，為支撐GPS系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展，美國(guó)空軍啟動(dòng)了第3顆“導(dǎo)航技術(shù)試驗(yàn)”（NTS－3）衛(wèi)星的研發(fā)，目標(biāo)是試驗(yàn)、驗(yàn)證將用于未來(lái)GPS衛(wèi)星的關(guān)鍵技術(shù)。

歐洲加快了Galileo-FOC衛(wèi)星的部署，2016年成功完成了2次發(fā)射任務(wù)，發(fā)射衛(wèi)星6顆，使Galileo系統(tǒng)在軌運(yùn)行衛(wèi)星數(shù)量達(dá)到18顆，完成了系統(tǒng)初始運(yùn)行能力部署，并成功進(jìn)行了首次“一箭四星”發(fā)射。12月15日歐洲方面宣布∶Galileo系統(tǒng)投入初始運(yùn)行。

俄羅斯保持GLONASS系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定，成功發(fā)射了2顆GLONASS－M衛(wèi)星，并積極推進(jìn)新一代GLONASS－K衛(wèi)星的研發(fā)。西方國(guó)家制裁的效果初步顯現(xiàn)，首顆GLONASS－K2衛(wèi)星的發(fā)展已經(jīng)推遲至2018年，2020年完成主要由GLONASS－K衛(wèi)星組成的空間星座，并將星座衛(wèi)星數(shù)量擴(kuò)展至30顆目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)難度加大。

2016年，印度成功完成了3顆IRNSS衛(wèi)星的發(fā)射，在軌運(yùn)行衛(wèi)星數(shù)量達(dá)到7顆，完成系統(tǒng)部署。IRNSS系統(tǒng)預(yù)計(jì)于2017年投入運(yùn)行。

2015年1月發(fā)布的《日本航天基本計(jì)劃》確定了發(fā)展由7顆衛(wèi)星組成的QZSS系統(tǒng)的目標(biāo)，3顆新增衛(wèi)星的研制活動(dòng)將于2017年啟動(dòng)，計(jì)劃于2024年完成7顆衛(wèi)星組成的QZSS系統(tǒng)的部署。

2 美國(guó)

GPS系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)施現(xiàn)代化計(jì)劃，未來(lái)的空間段、地面段使系統(tǒng)擁有星上信號(hào)功率可調(diào)、高速星間星地鏈路、導(dǎo)航戰(zhàn)點(diǎn)波束增強(qiáng)等新的功能與能力。

目前，GPS系統(tǒng)空間段采用27軌位基線擴(kuò)展星座，截至2016年底，在軌工作衛(wèi)星31顆，包括12顆GPS－2R衛(wèi)星、7顆GPS－2RM衛(wèi)星和12顆GPS－2F衛(wèi)星。至此，GPS系統(tǒng)空間星座全部由具有星間鏈路和自主導(dǎo)航能力的衛(wèi)星組成，擁有全面的180天自主導(dǎo)航能力；擁有播發(fā)M碼軍用信號(hào)能力的衛(wèi)星19顆，具備了M碼信號(hào)初步投入運(yùn)行服務(wù)的能力。

“運(yùn)行控制系統(tǒng)”的部署直接影響到美軍能否在2017年前實(shí)現(xiàn)M碼軍用信號(hào)和L2C、L5民用信號(hào)投入使用。在GPS現(xiàn)代化計(jì)劃中，上述導(dǎo)航信號(hào)是增強(qiáng)GPS系統(tǒng)導(dǎo)航戰(zhàn)能力與增強(qiáng)GPS系統(tǒng)在全球衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力的關(guān)鍵。

未來(lái)GPS系統(tǒng)空間與地面體系（OCX＋GPS－3衛(wèi)星）

首顆GPS－3的發(fā)射可能推遲至2018年進(jìn)行，此后以每年約2顆的速度發(fā)射，2033年左右構(gòu)成全部由GPS－3組成的空間星座。屆時(shí)，GPS系統(tǒng)空間段將由8顆GPS－3A、8顆GPS－3B和16顆GPS－3C組成，具備GPS現(xiàn)代化計(jì)劃規(guī)定的全部能力。

隨著GPS現(xiàn)代化計(jì)劃的逐步推進(jìn)，美國(guó)空軍已經(jīng)啟動(dòng)了未來(lái)GPS系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)、驗(yàn)證工作，美國(guó)空軍于2015年啟動(dòng)了導(dǎo)航技術(shù)試驗(yàn)－3（NTS-3）項(xiàng)目，主要任務(wù)是測(cè)試、驗(yàn)證用于支撐未來(lái)GPS系統(tǒng)發(fā)展的新概念與新技術(shù)，計(jì)劃于2022年發(fā)射，開展為期1年的空間飛行演示與驗(yàn)證工作。

3 歐洲

Galileo系統(tǒng)是歐洲獨(dú)立發(fā)展的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，提供高精度、高可靠性的定位服務(wù)。該系統(tǒng)由30顆衛(wèi)星組成，其中27顆工作星、3顆備份星。衛(wèi)星分布在3個(gè)中地球軌道（MEO）上，每個(gè)軌道上部署9顆工作星和1顆備份星。

2016年完成了6顆Galileo-FOC衛(wèi)星的部署，12月15日，歐盟委員會(huì)（EC）與歐洲航天局（ESA）共同宣布∶歐洲Galileo衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)投入初始運(yùn)行，使歐洲成為全球第4個(gè)擁有完全自主的衛(wèi)星導(dǎo)航能力的地區(qū)（國(guó)家）。目前，Galileo系統(tǒng)在軌衛(wèi)星18顆∶提供導(dǎo)航服務(wù)衛(wèi)星11顆，試運(yùn)行衛(wèi)星4顆，在軌測(cè)試衛(wèi)星2顆，停止工作衛(wèi)星1顆，其中，可提供搜索救援服務(wù)衛(wèi)星12顆。

Galileo-FOC衛(wèi)星由德國(guó)不萊梅軌道高技術(shù)系統(tǒng)股份公司（OHB）和英國(guó)薩瑞衛(wèi)星技術(shù)公司（SSTL）組成的團(tuán)隊(duì)聯(lián)合研制，采購(gòu)22顆衛(wèi)星。衛(wèi)星采用模塊化設(shè)計(jì)，整個(gè)衛(wèi)星分為7個(gè)模塊，分別為∶有效載荷核心模塊、時(shí)鐘系統(tǒng)模塊和天線模塊，上述3個(gè)模塊構(gòu)成衛(wèi)星的有效載荷單元；另外4個(gè)模塊為別為∶平臺(tái)核心模塊、中心模塊、推進(jìn)模塊和太陽(yáng)電池模塊，上述4個(gè)模塊構(gòu)成衛(wèi)星的平臺(tái)單元。

Galileo-FOC衛(wèi)星的主要有效載荷包括∶時(shí)間子系統(tǒng)、任務(wù)上行子系統(tǒng)、導(dǎo)航信號(hào)生成子系統(tǒng)、射頻放大子系統(tǒng)、搜索救援子系統(tǒng)和激光反射器陣列等。

時(shí)間子系統(tǒng)由2部無(wú)源氫鐘、2部銣鐘和時(shí)鐘監(jiān)測(cè)與控制單元組成，均采取產(chǎn)生10.23MHz的基準(zhǔn)頻率。星上溫度控制系統(tǒng)保證時(shí)間子系統(tǒng)的環(huán)境溫度在很小的范圍內(nèi)變化，以改善其穩(wěn)定性。

2017年1月19日，ESA發(fā)布Galileo衛(wèi)星星鐘故障通告，9部原子鐘故障，包括3部銣鐘、6部氫鐘，涉及“伽利略-在軌驗(yàn)證”（Galileo-IOV）衛(wèi)星3顆、Galileo-FOC衛(wèi)星2顆。ESA稱，此次故障對(duì)Galileo初始服務(wù)未造成影響。計(jì)劃于2017年8月進(jìn)行的Galileo-FOC衛(wèi)星發(fā)射推遲3個(gè)月至2017年11月進(jìn)行。

任務(wù)上行子系統(tǒng)接收來(lái)自于外部區(qū)域完好性系統(tǒng)（ERIS）和Galileo地面運(yùn)行控制段的加密數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)接收采用具有6個(gè)并行信道的碼分多址（CDMA）接收機(jī)，接收到的數(shù)據(jù)傳輸至公共安全單元進(jìn)行解密。

Galileo系統(tǒng)在E5、E6和E1（L1）頻段播發(fā)10個(gè)導(dǎo)航信號(hào)，提供免費(fèi)服務(wù)、商業(yè)服務(wù)、生命安全服務(wù)、公共特許服務(wù)和搜索救援服務(wù)。

歐洲Galileo-FOC衛(wèi)星在軌飛行示意圖

2016年11月，在俄羅斯索契召開的第11屆全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)國(guó)際委員會(huì)（ICG）上，歐洲代表宣布了未來(lái)2～3年Galileo系統(tǒng)的服務(wù)計(jì)劃。按照該計(jì)劃，Galileo系統(tǒng)于2016年底前投入初始運(yùn)行，提供開放服務(wù)、公共授權(quán)服務(wù)和搜索救援服務(wù)的初始能力；2018年，將全面提升開放服務(wù)、公共授權(quán)服務(wù)和搜索救援服務(wù)的服務(wù)能力，商業(yè)服務(wù)投入被動(dòng)運(yùn)行。

為保證Galileo系統(tǒng)于2020年前投入全面運(yùn)行，2016年ESA重新定義了Galileo系統(tǒng)全面運(yùn)行能力的星座狀態(tài)，星座衛(wèi)星數(shù)量從原來(lái)的“27顆工作星＋3顆備份衛(wèi)星”調(diào)整為“24顆工作星＋備份衛(wèi)星（不確定數(shù)量）”。該調(diào)整表明∶在僅完成4顆Galileo-IOV衛(wèi)星和22顆Galileo-FOC衛(wèi)星采購(gòu)的條件下，2020年前，歐洲已經(jīng)不可能完成30顆衛(wèi)星組成的Galileo系統(tǒng)空間段部署，重新定義Galileo-FOC星座狀態(tài)是保證Galileo系統(tǒng)于2020年前投入全面運(yùn)行的很必要保證。

歐洲Galileo系統(tǒng)服務(wù)計(jì)劃

但是，按照已經(jīng)采購(gòu)的26顆衛(wèi)星（4顆Galileo-IOV，22顆Galileo-FOC）的當(dāng)前狀態(tài)看，在已經(jīng)發(fā)射的18顆衛(wèi)星中，1顆Galileo-IOV衛(wèi)星因電源故障已停止工作，首次發(fā)射的2顆Galileo-FOC衛(wèi)星因運(yùn)載火箭問(wèn)題沒能進(jìn)入預(yù)定軌道，能否正常提供導(dǎo)航服務(wù)還未最終確定（按Galileo系統(tǒng)初始運(yùn)行狀態(tài)信息，上述2顆衛(wèi)星處于測(cè)試狀態(tài)，不能提供導(dǎo)航服務(wù)）。因此，至2020年，Galileo系統(tǒng)工作衛(wèi)星的數(shù)量能否達(dá)到24顆尚存在不確定性。

歐洲Galileo-FOC衛(wèi)星主要參數(shù)

歐洲Galileo系統(tǒng)服務(wù)性能

4 俄羅斯

截至2016年底，俄羅斯在軌導(dǎo)航衛(wèi)星27顆，其中GLONASS－M衛(wèi)星25顆、 GLONASS－K1衛(wèi)星2顆；可提供定位、導(dǎo)航與授時(shí)（PNT）服務(wù)的衛(wèi)星23顆，其中GLONASS－M衛(wèi)星22顆，GLONASSK衛(wèi)星1顆。

2016年，俄羅斯進(jìn)行了2次GLONASS衛(wèi)星發(fā)射，成功發(fā)射了2顆GLONASS－M衛(wèi)星，較好地保證了GLONASS系統(tǒng)運(yùn)行與服務(wù)的穩(wěn)定。從GLONASS系統(tǒng)星座維持與更新的情況看，自2011年底GLONASS系統(tǒng)全面恢復(fù)運(yùn)行以來(lái)，特別是自2014年以來(lái)，在僅發(fā)射5顆GLONASSM衛(wèi)星的條件下保持了GLONASS系統(tǒng)的穩(wěn)定，表明GLONASS衛(wèi)星在軌工作壽命已經(jīng)得到了較好地解決，不再需要頻繁地補(bǔ)充與更新發(fā)射就可以基本保證系統(tǒng)運(yùn)行與服務(wù)的穩(wěn)定。

俄羅斯在軌導(dǎo)航衛(wèi)星組成

俄羅斯GLONASS－K衛(wèi)星發(fā)展路線圖

受2014年烏克蘭沖突的影響，西方國(guó)家對(duì)俄羅斯進(jìn)行了制裁，其中包括對(duì)GLONASS－K衛(wèi)星所需抗輻射加固器件的禁運(yùn)。為此，俄羅斯調(diào)整了GLONASS－K衛(wèi)星的發(fā)展計(jì)劃，將原計(jì)劃的GLONASS－K1和K2兩個(gè)型號(hào)增加了一個(gè)過(guò)渡型號(hào)，即增強(qiáng)型GLONASSK衛(wèi)星，在不改變GLONASS－K衛(wèi)星發(fā)展目標(biāo)的前提下，形成了GLONASS－K衛(wèi)星新的研發(fā)計(jì)劃。

新的碼分多址信號(hào)、星間鏈路、新一代高精度星載原子鐘、提高設(shè)計(jì)壽命是GLONASS衛(wèi)星發(fā)展的重點(diǎn)，其中設(shè)計(jì)壽命、星鐘穩(wěn)定度等指標(biāo)基本與美國(guó)GPS－3衛(wèi)星相當(dāng)，光學(xué)星間鏈路則處于領(lǐng)先地位。由此可以看出，俄羅斯發(fā)展全部由本國(guó)部件組成的GLONASS－K衛(wèi)星的計(jì)劃已經(jīng)全面走上軌道。雖然受此影響，GLONASS系統(tǒng)現(xiàn)代化計(jì)劃被推遲，但是相信完全自主的GLONASS系統(tǒng)更加符合俄羅斯的利益。

5 日本

2015年1月，日本新的航天基本計(jì)劃確定了發(fā)展由7顆衛(wèi)星組成的“準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)”（QZSS）后，明確了QZSS系統(tǒng)兩步走的發(fā)展路線。第一步，2018年前完成由1顆地球靜止軌道（GEO）衛(wèi)星＋3顆傾斜地球同步衛(wèi)星軌道（IGSO）衛(wèi)星組成的空間星座；第二步，2023年前完成7顆衛(wèi)星組成的QZSS部署，并投入運(yùn)行。

與首顆“準(zhǔn)天頂衛(wèi)星”（Q Z S）—“指路”（MICHIBIKI）相比，第2、3、4顆QZS衛(wèi)星在導(dǎo)航信號(hào)上有一定變化，主要變化為GEO軌道衛(wèi)星增加了主要用于災(zāi)難與應(yīng)急管理的短信服務(wù)。

從目前的情況看，第2顆QZS衛(wèi)星的發(fā)射時(shí)間已經(jīng)推遲至2017年，為此，日本應(yīng)在2018年年中之前完成第2～4顆QZS的發(fā)射，才能保證4顆衛(wèi)星組成的QZSS系統(tǒng)能夠在2018年投入運(yùn)行。

從QZS衛(wèi)星看，GEO軌道衛(wèi)星比IGSO軌道衛(wèi)星增加了S頻段信號(hào)和用于播發(fā)S頻段信號(hào)的天線，發(fā)射質(zhì)量也從4000kg增加至4700kg。

6 印度

自2006年5月9日批準(zhǔn)IRNSS發(fā)展計(jì)劃，至2016年4月完成空間星座部署，印度用10年的時(shí)間完成了IRNSS系統(tǒng)的部署，較計(jì)劃的2011年推遲了5年。

2016年4月28日，第7顆IRNSS衛(wèi)星發(fā)射成功，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(guó)家，并將IRNSS系統(tǒng)重新命名為“印度導(dǎo)航星座”（NavIC）。

IRNSS系統(tǒng)由空間段、地面控制段和用戶段組成，滿足覆蓋40°（E）～140°（E）、40°（S）～40°（N）區(qū)域的要求，提供標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)和授權(quán)定位服務(wù)兩種信號(hào)，在L5與S頻段各播發(fā)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)信號(hào)和一個(gè)授權(quán)定位服務(wù)信號(hào)，標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)定位精度優(yōu)于20m（95%）。

日本QZSS系統(tǒng)發(fā)展路線圖

日本QZSS系統(tǒng)信號(hào)1）

日本QZSS系統(tǒng)的IGSO（左）與GEO軌道衛(wèi)星（右）對(duì)比圖

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，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(cè)、跟蹤與上行站”（IRTTC）、17個(gè)“測(cè)距與完好性監(jiān)測(cè)站”（IRIMS）、2個(gè)“IRNSS授時(shí)中心”（IRNWT）、4個(gè)“CDMA測(cè)距站”（IRCDR）、“IRNSS激光測(cè)距站”（ILRS）和“數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)”（IRDCN）組成。

為了保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全、穩(wěn)定，IRNSS系統(tǒng)還配備了1個(gè)主控站、1個(gè)備份主控站，其中主控站位于班加羅爾。主控站與備份主控站均由1個(gè)“IRNSS系統(tǒng)導(dǎo)航中心”和1個(gè)“IRNSS衛(wèi)星控制中心”組成，負(fù)責(zé)IRNSS系統(tǒng)的運(yùn)行管理，包括計(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；承擔(dān)衛(wèi)星測(cè)控、指揮任務(wù)的還包括“遙測(cè)、跟蹤與上行站”等，負(fù)責(zé)監(jiān)控衛(wèi)星的健康狀態(tài)，接收衛(wèi)星遙測(cè)信號(hào)同時(shí)上傳遙控指令、上行注入軌道參數(shù)、鐘差、電離層及對(duì)流層修正系數(shù)等導(dǎo)航電文信息；此外，17個(gè)承擔(dān)測(cè)距與完好性監(jiān)測(cè)任務(wù)的“測(cè)距與完好性監(jiān)測(cè)站”中15個(gè)部署在印度本土，2個(gè)部署在印度境外，分別是毛里求斯和比亞克島。

印度IRNSS系統(tǒng)組成

IRNSS衛(wèi)星的精確軌道確定由“測(cè)距和完好性監(jiān)測(cè)站”和“IRNSS激光測(cè)距站”共同完成，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星的跟蹤和精確測(cè)量，估算衛(wèi)星的軌道，監(jiān)控星座的完好性，并把相關(guān)信息傳遞給主控站，用于星座衛(wèi)星控制、衛(wèi)星軌道預(yù)報(bào)等運(yùn)行管理活動(dòng)。

IRNSS系統(tǒng)星座由7顆衛(wèi)星組成，包括3顆GEO軌道衛(wèi)星和4顆IGSO軌道衛(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°，2個(gè)軌道的升交點(diǎn)分別為55°（E）和111°（E），地面軌跡在赤道兩側(cè)對(duì)稱分布。

IRNSS衛(wèi)星采用I－1000三軸穩(wěn)定平臺(tái)，發(fā)射質(zhì)量1425kg，與GPS和GLONASS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(yáng)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(dòng)量系統(tǒng)，衛(wèi)星設(shè)計(jì)壽命10～12年。

IRNSS系統(tǒng)的部署完成，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(guó)家，既為印度提供了寶貴的軍用衛(wèi)星導(dǎo)航能力，也有助于增強(qiáng)印度全球航天大國(guó)的地位及其在全球衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域的影響力。

7 發(fā)展趨勢(shì)

新一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)論證啟動(dòng)，重點(diǎn)是服務(wù)性能與導(dǎo)航戰(zhàn)能力

美國(guó)、歐洲均已啟動(dòng)新一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展的論證工作。為此，美國(guó)空軍啟動(dòng)了未來(lái)GPS系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)與驗(yàn)證項(xiàng)目—導(dǎo)航技術(shù)試驗(yàn)－3，主要內(nèi)容包括∶在軌數(shù)字波形生成器技術(shù)、氮化鎵高效放大器技術(shù)、高增益區(qū)域增強(qiáng)的先進(jìn)天線技術(shù)、星載原子鐘技術(shù)和利用星間鏈路實(shí)現(xiàn)GPS系統(tǒng)星座運(yùn)行管理與控制技術(shù)，均為支撐導(dǎo)航戰(zhàn)能力與服務(wù)性能的關(guān)鍵技術(shù)。歐洲新一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展的咨詢、調(diào)研工作已經(jīng)完成，正在開展需求固化、系統(tǒng)想定與成本效益分析的研究、論證工作，2019年將啟動(dòng)系統(tǒng)與衛(wèi)星的設(shè)計(jì)、研發(fā)活動(dòng)。俄羅斯GLONASS－K衛(wèi)星的發(fā)展計(jì)劃已經(jīng)調(diào)整完畢，全部基于國(guó)產(chǎn)化器件的GLONASS－K2衛(wèi)星的設(shè)計(jì)工作原計(jì)劃于2016年底前完成，重點(diǎn)是增強(qiáng)抗干擾能力、自主運(yùn)行能力和服務(wù)性能。

導(dǎo)航戰(zhàn)能力與服務(wù)性能是支撐衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在軍用與民用兩個(gè)領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)能力的核心。因此，新一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的論證與發(fā)展必將以導(dǎo)航戰(zhàn)能力與服務(wù)性能為重點(diǎn)，從而增強(qiáng)或提升其在軍、民兩個(gè)領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

2015年，美國(guó)空軍啟動(dòng)了導(dǎo)航技術(shù)試驗(yàn)－3衛(wèi)星項(xiàng)目，主要任務(wù)是測(cè)試、驗(yàn)證用于支撐未來(lái)GPS系統(tǒng)發(fā)展的新概念與新技術(shù)，主要涉及3個(gè)方面，分別為在軌數(shù)字波形生成器（ORDWG）技術(shù)、氮化鎵高效放大器技術(shù)和用于實(shí)現(xiàn)高增益區(qū)域增強(qiáng)的先進(jìn)天線技術(shù)等支撐導(dǎo)航戰(zhàn)能力的關(guān)鍵技術(shù)。

多系統(tǒng)共存的格局初步形成

隨著Galileo系統(tǒng)初始運(yùn)行能力與IRNSS系統(tǒng)的部署完成，全球衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域多系統(tǒng)共存的格局已初步形成。至2020年，隨著Galileo系統(tǒng)、“北斗”全球系統(tǒng)、日本QZSS系統(tǒng)的部署完成，全球衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域多系統(tǒng)共存的格局將全面形成。屆時(shí)，全球衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)將更加激烈。同時(shí)，多系統(tǒng)應(yīng)用已經(jīng)成為軍用、民用衛(wèi)星導(dǎo)航裝備發(fā)展的重要趨勢(shì)，這一特點(diǎn)在軍用導(dǎo)航裝備與先進(jìn)的民用導(dǎo)航芯片產(chǎn)品中的表現(xiàn)尤其明顯。

目前，美國(guó)、歐洲、日本攜其在微電子技術(shù)、基本導(dǎo)航技術(shù)（如慣性導(dǎo)航技術(shù)等）以及資金與市場(chǎng)等方面的優(yōu)勢(shì)，在全球衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用市場(chǎng)幾乎占據(jù)著絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。根據(jù)美國(guó)聯(lián)邦政府總務(wù)管理局（GSA）發(fā)布的《GNSS市場(chǎng)報(bào)告》統(tǒng)計(jì)結(jié)果，全球?qū)Ш叫酒?、貼牌生產(chǎn)（OEM）板、高性能天線等核心產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)供應(yīng)商幾乎全部為美國(guó)、歐洲與日本企業(yè)。因此，其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的擁有國(guó)如不能在衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用領(lǐng)域盡快取得突破，有可能被衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用市場(chǎng)邊緣化。

多源融合技術(shù)是未來(lái)軍事PNT技術(shù)與能力的重要保障

未來(lái)的戰(zhàn)爭(zhēng)是信息化條件下的戰(zhàn)爭(zhēng)，制信息權(quán)、制電磁權(quán)的對(duì)抗是其重要特征，PNT信息的播發(fā)、傳遞與獲取是電磁對(duì)抗、信息對(duì)抗的重要焦點(diǎn)。如何滿足對(duì)抗條件下的軍事高精度PNT需求，獲取對(duì)抗條件下的PNT優(yōu)勢(shì)已經(jīng)成為各種導(dǎo)航大國(guó)、強(qiáng)國(guó)追求的目標(biāo)。

為滿足強(qiáng)對(duì)抗戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的軍事PNT需求，在PNT體系概念的指導(dǎo)下，美國(guó)正在以衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)、自主導(dǎo)航技術(shù)為核心，不斷推動(dòng)先進(jìn)軍用導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展。在衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域，GPS系統(tǒng)抗干擾能力更強(qiáng)的軍用M碼信號(hào)即將投入使用，微PNT、量子導(dǎo)航、全源導(dǎo)航、偽衛(wèi)星/信標(biāo)等旨在滿足對(duì)抗條件下軍用PNT需求的基礎(chǔ)技術(shù)與多系統(tǒng)、技術(shù)和手段的多源融合技術(shù)的研發(fā)不斷推進(jìn)，成為軍用PNT技術(shù)發(fā)展的重要方向和未來(lái)軍用PNT技術(shù)與能力發(fā)展的重要保障。

技術(shù)的創(chuàng)新與突破是支撐未來(lái)衛(wèi)星導(dǎo)航發(fā)展與全球競(jìng)爭(zhēng)能力的關(guān)鍵

從美國(guó)空軍的導(dǎo)航技術(shù)試驗(yàn)－3項(xiàng)目看，為支撐新一代GPS衛(wèi)星的發(fā)展，美國(guó)空軍將在軌數(shù)字波形生成器、氮化鎵高效放大器、高增益區(qū)域增強(qiáng)的先進(jìn)天線、星載原子鐘和利用星間鏈路實(shí)現(xiàn)GPS系統(tǒng)星座運(yùn)行管理與控制等技術(shù)，作為影響或決定GPS系統(tǒng)未來(lái)全球競(jìng)爭(zhēng)能力與主導(dǎo)地位的關(guān)鍵技術(shù)。

同時(shí)，從關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展來(lái)看，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，目前衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)所采用的技術(shù)能力已經(jīng)難以提升。如目前廣泛用于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的磁選態(tài)氫鐘、銣鐘與銫鐘的性能已經(jīng)很難有所提升，而采用不同工作機(jī)理的GPS－3衛(wèi)星采用的脈沖光抽運(yùn)銫束鐘、NASA噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的汞離子鐘、天宮－2采用的冷原子鐘等，則在性能等方面擁有巨大的優(yōu)勢(shì)與潛力。因此，技術(shù)的創(chuàng)新與突破是提升未來(lái)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)服務(wù)性能與導(dǎo)航戰(zhàn)能力的關(guān)鍵，也是支撐未來(lái)衛(wèi)星導(dǎo)航發(fā)展與全球競(jìng)爭(zhēng)能力的關(guān)鍵。