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技术问题影响GPS与“伽利略”系统之间的兼容性

http://jczs.sina.com.cn 2004年01月02日 11:15 舰船知识网络版

  [美国《航天》2003年12月10日报道] 据悉,技术问题可能会对"伽利略"与GPS卫星导航系统之间的互操作能力形成不利影响。最佳解决方案是多功能接收机和星座,它们能够成倍增加没有射频干扰的可用卫星数量。

  一台信号接收机必须具备数字信号处理能力。目前还未确定干扰问题可能带来的后果,主要是因为"伽利略"系统的运行以及GPS系统的升级都还处于计划阶段。由于卫星星座的
不断增加和商业利益方面的压力,设计卫星波形和搜索卫星频谱更是困难重重。因为涉及到生命安全问题,航空专用频率曾被视为神圣不可侵犯的国家财产。但它现在已经遭到财力雄厚的赞助商们的严厉抨击,他们瞄准了商用波段的巨大利益并希望能够使用甚至"瓜分"一部分波段。随着各国纷纷研发自己的卫星系统,导航卫星方面的频谱需求也在日益增长。除了"伽利略"系统之外,区域性卫星系统也都处于紧锣密鼓地筹划阶段:日本的MSAS、印度的Gagan以及中国和巴西都加紧了研发步伐。同时,GPS也多加了2条民用频率以及1个军用M码。

  一些研究"伽利略"信号结构的美国卫星导航专家建议欧盟将"伽利略"频率覆盖于相应的GPS信号中心频率上。他们认为将这两种信号结合起来能够大幅提高定位几何质量,从而在增强完整性和信号有效性的同时提高精确度。将"伽利略"/GPS接收机结合使用也可令产品更为经济实惠。但业界人士透露,目前为止,"伽利略"仍未确定自己的信号结构。这令就GPS与"伽利略"兼容问题所进行的谈判变得举步维艰。

  近期出台的"频谱政策总统备忘录"可令航空以及其他运输部门在GPS和频谱决议方面拥有更大的发言权。根据该备忘录要求成立了联邦政府频谱特遣部队,其成员由行政分支部门和机构的领导组成。他们主要负责完善频谱管理政策与程序,加强政府频谱的有效利用。美运输部负责方针政策的副部长杰夫·谢恩表示,希望该举措能令民航部门在频率决议中拥有更大的发言权。但他对于"空军作出GPS决议的方式"深感失望,特别是第2民用信号的误差问题以及第3民用信号(L5)和GPSIII的不断延期令他大为光火。尽管他已同空军和国防部的相关领导进行了富有成效的协商,但是民事用户在GPS问题上仍未得到妥善安排。等联邦航空局(FAA)领导就"生产一套更为健全的系统和基于卫星的高级空中交通控制系统"进行磋商时,希望"提高GPS精度"一事不会一拖再拖。

  现在,空军的联合计划办公室(JPO)已经作出了GPS决议。即:将原有的24颗卫星星座增加到28颗,并对其进行进一步的改进。据悉,洛克希德·马丁公司生产的定于2004年首次发射升空的GPS IIR-M将增加一个第2民用信号(L2C),通过改正大气误差和添加具备完善抗干扰能力的M码来提高民用精度。它还会为军方添加一些灵活性能标准,但目前只计划发射8颗IIR-M卫星,在波音公司的10颗新一代GPS IIF卫星进入预定轨道之前还无法令M码生效。IIF定于2006年8月进行首次发射,它将补充完善IIR-M和第3民用信号(L5)。

  GPS III项目负责人菲力斯·洛文上校透露,GPS III是一个重要的新成果。继今年秋末刚刚授予2个业界研发队伍一份需求确定合同之后,又签发了一份"2006年初生产2颗卫星"的研发合同。此外,2008年初还要下发一份"2012年发射首颗GPS III"的生产合同。JPO正力求保留"提前发射卫星"的选择权。

  研发人员从伊拉克战争的经验教训中洞悉了存在干扰的恶劣环境下的军事需要。洛文表示,具备更高性能的点波束以及存在些微差别的频谱结构和分隔点无需降低民用信号精度就能协助军事行动。卫星之间纵横交错的射频是指引点波束的关键,可为军方提供完整信号并保护星座。对接收机而言,完整性就是确知接收信号完好的能力。

  洛·马公司负责导航系统的副总裁约翰·森德奎斯特认为民用完整性也可列入考虑之中。如果将民用完整信号作为一个全球免费服务予以添加,它将与"伽利略"所计划的收费服务形成强烈反差。在美国,广域网扩充系统(WAAS)通常提供完整信号。GPS III民/军用户的定位精度还能进一步提高,GPS III固有信号将达到1米以下的精度。尽管存在误差源,民用信号也将达到1~3米的精度。

  洛文透露,已经超出预期寿命(6~7年)继续服役的卫星减缓了更新换代的速度。GPS III的设计者们正尝试利用软件和星载数字信号处理装置,在卫星上嵌入能够在地面上对其进行更新升级的相关设备。但是天线将是一个棘手的问题,因为一些"智能天线"技术尚处于不成熟的研发阶段。

  军/民信号的最大区别就是干扰问题,因为五角大楼无法控制该系统的使用对象。国防部应该愿意拥有无需降低战地军用信号/别处民用信号性能即可拒止在战场上使用民用GPS的能力。出于这个原因,已经将M码单独分离出来,这样就能对民用代码进行局部干扰。曾一度盛传法国想在"伽利略"系统上部署优于M码的PRS军码,这样美国就无法对其进行干扰。

  国防部关于GPS与联合战术信息分发系统(JTIDS)之间的矛盾和冲突尽人皆知。JTIDS是一个宽带加密军用数据链路,运行于大多数GPS波段之上。特别值得关注的是,JTIDS和远距离监控装备(DME)将对波音IIF卫星的第3民用信号(L5)造成干扰。据悉,L5干扰问题已经通过JTIDS信号的一些变化和L5的更高性能得以解决。民事用户要等到大约2017年18~20颗必备卫星入轨之后才能从L5中受益。目前,有关人员仍在探讨"伽利略"对L5进行干扰的可能性。

  据悉,欧洲方面宣称"伽利略"将具有完备的全球实时预警能力。WAAS已经解决了大陆美国存在的信号精度降低问题,GPS III卫星之间的交叉通信将进一步提高完整性。目前尚不确定"伽利略"是否会比GPS具备更多的民/军事功能。国防部导航卫星项目科技主管基思·麦克唐纳透露,由于GPS III本身所存在的疏漏,如果"伽利略"2008年或2010年才投入运行,欧洲至少还有4~5年的时间来创建一个代码优于GPS代码的、性能更佳的系统。其他业界专家对于"伽利略"能够在2008年如期发射持怀疑态度并预测它会延期4年运行,而这会令其丧失大量优势。

  (中国国防科技信息中心)


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