日本、印度衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展綜述

趙爽 （北京空間科技信息研究所）

目前，國(guó)際上幾個(gè)主要航天開(kāi)發(fā)國(guó)家和區(qū)域組織都建立了或正在部署自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，如美國(guó)擁有已經(jīng)部署完成的全球覆蓋的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)—GPS系統(tǒng)和部署完成的星基增強(qiáng)系統(tǒng)“廣域增強(qiáng)系統(tǒng)”（WAAS）；俄羅斯擁有已經(jīng)部署完成的全球覆蓋的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)—GLONASS系統(tǒng)和正在發(fā)展的星基增強(qiáng)系統(tǒng)“差分校正和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”（SDCM）；歐盟正在發(fā)展其全球覆蓋的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)—“伽利略”（Galileo）導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)和正在發(fā)展的星基增強(qiáng)系統(tǒng)“歐洲地球靜止導(dǎo)航重疊服務(wù)”（EGNOS）系統(tǒng)；中國(guó)發(fā)展的全球覆蓋系統(tǒng)—“北斗二代”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)區(qū)域覆蓋，同時(shí)這也是一個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與星基增強(qiáng)系統(tǒng)統(tǒng)一籌劃建設(shè)的系統(tǒng)。除了上述四大全球覆蓋的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)之外，日本和印度正在發(fā)展的衛(wèi)星導(dǎo)航區(qū)域覆蓋系統(tǒng)及星基增強(qiáng)系統(tǒng)，也是目前國(guó)際衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域一股不可忽視的力量。其中，印度發(fā)展的衛(wèi)星導(dǎo)航區(qū)域覆蓋系統(tǒng)名為“印度區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)”（IRNSS），星基增強(qiáng)系統(tǒng)名為“GPS輔助靜地軌道增強(qiáng)導(dǎo)航系統(tǒng)”（GAGAN）；日本發(fā)展衛(wèi)星導(dǎo)航區(qū)域覆蓋系統(tǒng)名為“準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)”（QZSS），星基增強(qiáng)系統(tǒng)名為“多功能衛(wèi)星星基增強(qiáng)系統(tǒng)”（MSAS）。

1 日本衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展

“準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)”

“準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)”是日本正在研發(fā)與建設(shè)的天基導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)，也是日本建設(shè)自主區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的第一步。按最初的設(shè)想，日本區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的建設(shè)將分兩個(gè)階段進(jìn)行：第一階段，建設(shè)由3顆衛(wèi)星組成的“準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)”；第二，建設(shè)由4顆“準(zhǔn)天頂”衛(wèi)星和3顆靜止軌道衛(wèi)星（共7顆衛(wèi)星）組成的區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)。

2010年9月11日，日本首顆“準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)”衛(wèi)星發(fā)射成功。目前，該衛(wèi)星已經(jīng)投入運(yùn)行服務(wù)，有效地提高了日本衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)的能力?！皽?zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)”衛(wèi)星主承包商為日本三菱電機(jī)公司，衛(wèi)星采用日本自主研發(fā)的靜止軌道通信衛(wèi)星平臺(tái)DS－2000，衛(wèi)星質(zhì)量4100kg，設(shè)計(jì)壽命10年。

日本“準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)”衛(wèi)星主要參數(shù)表

日本“準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)”衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)

“準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)”部署完成并投入使用后，將極大地改善日本衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的可見(jiàn)性，特別是改善城市峽谷效應(yīng)，提高導(dǎo)航信號(hào)的可用性，滿足日本日益增長(zhǎng)的衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)需求。

2012年9月21日，日本政府批準(zhǔn)了由1顆地球靜止軌道（G E O）衛(wèi)星、3顆傾斜地球同步軌道（IGSO）衛(wèi)星及其地面控制段組成的“準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)”建設(shè)計(jì)劃，投資總額約34億美元，計(jì)劃于2018年前完成部署。

2013年4月，日本政府簽署了3顆“準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)”衛(wèi)星的采購(gòu)合同，按計(jì)劃第2、3顆衛(wèi)星部署在地球同步軌道，第4顆衛(wèi)星部署在地球靜止軌道。目前，日本正在開(kāi)展上述3顆衛(wèi)星的研制工作，并積極開(kāi)展國(guó)際合作，力爭(zhēng)在亞太地區(qū)推廣“準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)”的應(yīng)用。

2014年，日本修改了“防衛(wèi)航天開(kāi)發(fā)利用基本方針”，將“準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)”的應(yīng)用擴(kuò)展至軍事領(lǐng)域，并積極謀劃利用GPS現(xiàn)代化改進(jìn)提升日本軍事定位導(dǎo)航授時(shí)能力。

“多用途衛(wèi)星星基增強(qiáng)系統(tǒng)”

日本“多用途衛(wèi)星星基增強(qiáng)系統(tǒng)”是基于2顆多功能衛(wèi)星的GPS星基增強(qiáng)系統(tǒng)，主要目的是為日本航空提供通信與導(dǎo)航服務(wù)。系統(tǒng)覆蓋范圍為日本所有飛行服務(wù)區(qū)，也可以為亞太地區(qū)的機(jī)動(dòng)用戶播發(fā)氣象數(shù)據(jù)信息。該項(xiàng)目由日本氣象局和日本交通部于1996年開(kāi)始實(shí)施，合同承包商是阿爾卡特、東芝和三菱電機(jī)公司。

“多用途衛(wèi)星星基增強(qiáng)系統(tǒng)”的空間段由2顆“多用途運(yùn)輸衛(wèi)星”（MTSat）組成，他們是日本發(fā)展的地球靜止軌道氣象和環(huán)境觀測(cè)衛(wèi)星—“向日葵”（Himawari）衛(wèi)星的第二代?！岸嘤猛具\(yùn)輸衛(wèi)星”是日本國(guó)土交通省和日本氣象廳共同出資發(fā)展的氣象觀測(cè)與GPS系統(tǒng)導(dǎo)航增強(qiáng)衛(wèi)星。除了為日本氣象廳提供氣象服務(wù)外，還為日本民航局執(zhí)行航空運(yùn)輸管理和導(dǎo)航服務(wù)。美國(guó)勞拉空間系統(tǒng)公司是多用途運(yùn)輸衛(wèi)星－1/1R的主承包商，日本三菱電機(jī)公司是多用途傳輸衛(wèi)星－2的主承包商。截至目前，在軌運(yùn)行的衛(wèi)星包括多用途運(yùn)輸衛(wèi)星－1R、2，分別位于140°（E）和145°（E）上，采用Ku、L兩個(gè)頻段，其中Ku頻段主要用于播發(fā)氣象數(shù)據(jù)，L頻段與GPS L1頻段相同，主要用于導(dǎo)航服務(wù)。

“多用途衛(wèi)星星基增強(qiáng)系統(tǒng)”的地面段包括8個(gè)參考站：2個(gè)主控站分別位于神戶和常陸太田，4個(gè)地面監(jiān)測(cè)站（GMS）分別位于福岡、札幌、東京和那霸，2個(gè)監(jiān)測(cè)測(cè)距站（MRS）分別位于夏威夷和澳大利亞。

日本“多用途衛(wèi)星星基增強(qiáng)系統(tǒng)”構(gòu)成

日本多用途運(yùn)輸衛(wèi)星－1R

“多用途衛(wèi)星星基增強(qiáng)系統(tǒng)”已于2007年9月實(shí)現(xiàn)初始運(yùn)行，完成了地面系統(tǒng)以及2顆多用途運(yùn)輸衛(wèi)星－2的集成、衛(wèi)星覆蓋區(qū)域測(cè)試以及“多用途運(yùn)輸衛(wèi)星”位置的安全評(píng)估和運(yùn)行評(píng)估測(cè)試（包括衛(wèi)星信號(hào)功率測(cè)試、動(dòng)靜態(tài)定位測(cè)試和主控站備份切換測(cè)試等）。測(cè)試表明，“多用途衛(wèi)星星基增強(qiáng)系統(tǒng)”能夠很好地提高日本偏遠(yuǎn)島嶼機(jī)場(chǎng)的導(dǎo)航服務(wù)性能，滿足國(guó)際民航組織（ICAO）對(duì)非精密近進(jìn)階段（NPA）等方面的要求。

2 印度衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展

“印度區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)”

“印度區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)”（IRNSS）由7顆位于地球靜止軌道和傾斜地球同步軌道（IGSO）的衛(wèi)星、地面控制段和用戶段組成，預(yù)計(jì)投資160億盧比（約合3.5億美元），覆蓋印度及周邊1500km以內(nèi)區(qū)域，提供優(yōu)于20m的定位精度。

“印度區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)”衛(wèi)星采用與印度氣象衛(wèi)星卡帕娜－1（Kalpana－1）相似的衛(wèi)星平臺(tái)，質(zhì)量約為1370kg，太陽(yáng)電池總功率1600W。有效載荷包括2個(gè)40W的固態(tài)功率放大器、時(shí)鐘管理與控制單元、頻率發(fā)生與調(diào)制單元、導(dǎo)航處理器、信號(hào)發(fā)生器和原子鐘等。導(dǎo)航頻率選用S頻段（2492.08MHz）和L頻段（L5，1176.45MHz）。

“印度區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)”信號(hào)參數(shù)

“印度區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)”衛(wèi)星的有效載荷大多從國(guó)外采購(gòu)，如衛(wèi)星采用與伽利略系統(tǒng)相同的銣原子鐘，從瑞士采購(gòu)。衛(wèi)星的碼分多址（CDMA）測(cè)距上行頻率為6712.0MHz，帶寬24MHz；下行頻率為3412.0MHz，帶寬24MHz。

目前，“印度區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)”已經(jīng)發(fā)射了7顆中的前4顆衛(wèi)星，而后續(xù)的3顆也預(yù)計(jì)將在2016年完成發(fā)射。因此，“印度區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)”的發(fā)展可能使印度成為全球第4個(gè)擁有自主衛(wèi)星導(dǎo)航能力的國(guó)家，滿足其軍事衛(wèi)星導(dǎo)航的需求。雖然，因星座構(gòu)型和星座衛(wèi)星數(shù)量的限制，其定位導(dǎo)航精度、服務(wù)范圍遠(yuǎn)不及已經(jīng)投入運(yùn)行的GPS、GLONASS和“北斗”系統(tǒng)，但完全自主的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)也將有效地增強(qiáng)印度的軍事能力，提升印度區(qū)域大國(guó)的地位。

“GPS輔助靜地軌道增強(qiáng)導(dǎo)航系統(tǒng)”

“GPS輔助靜地軌道增強(qiáng)導(dǎo)航系統(tǒng)”由印度空間研究組織和印度航空管理局（AAI）聯(lián)合組織開(kāi)發(fā)。“GPS輔助靜地軌道增強(qiáng)導(dǎo)航系統(tǒng)”的空間段由3顆位于印度洋上空的地球靜止軌道衛(wèi)星構(gòu)成，采用C頻段和L頻段，其中C頻段主要用于測(cè)控，L頻段與GPS－L1（1575.42MHz）和L5（1176.45MHz）頻率完全相同，用于播發(fā)導(dǎo)航信息，并可與GPS兼容和互操作。空間信號(hào)覆蓋整個(gè)印度大陸，能為用戶提供GPS信號(hào)和差分修正信息，用于改善印度機(jī)場(chǎng)和航空應(yīng)用的GPS定位精度和可靠性。

按計(jì)劃，“GPS輔助靜地軌道增強(qiáng)導(dǎo)航系統(tǒng)”空間段的3顆地球靜止軌道衛(wèi)星分別為“地球靜止衛(wèi)星”（GSAT）系列的地球靜止衛(wèi)星－8、10、15?！暗厍蜢o止衛(wèi)星”是印度自主發(fā)展的靜止軌道通信衛(wèi)星系列，是印度國(guó)家衛(wèi)星系統(tǒng)兩大系列之一，由印度空間研究組織研制，并計(jì)劃采用印度自己的“地球同步衛(wèi)星運(yùn)載火箭”（GSLV）發(fā)射。目前，“GPS輔助靜地軌道增強(qiáng)導(dǎo)航系統(tǒng)”空間段計(jì)劃使用的3顆地球靜止軌道衛(wèi)星已經(jīng)發(fā)射了3顆：第1顆搭載”GPS輔助靜地軌道增強(qiáng)導(dǎo)航系統(tǒng)”載荷的衛(wèi)星地球靜止衛(wèi)星－8（GSAT－8）于2011年5月發(fā)射，目前正工作在55°（E）的軌道上；第2顆搭載“GPS輔助靜地軌道增強(qiáng)導(dǎo)航系統(tǒng)”載荷的地球靜止衛(wèi)星－10于2012年9月28日發(fā)射，目前正工作在83°（E）的軌道上；最后一顆地球靜止衛(wèi)星－15已于2014年發(fā)射。

“GPS輔助靜地軌道增強(qiáng)導(dǎo)航系統(tǒng)”的地面段包括10個(gè)參考站：1個(gè)位于班加羅爾的主控站，8個(gè)分別位于德里、班加羅爾、艾哈邁達(dá)巴德、加爾各答、查謨、布萊爾港、古瓦哈蒂、特里凡得瑯的地面參考站以及1個(gè)上行鏈路站，印度空間研究組織的數(shù)字化通信系統(tǒng)將各子系統(tǒng)整合在一起。