目前，在美國GPS－2F導(dǎo)航衛(wèi)星密集發(fā)射的同時，全新一代的GPS－3A的研制和生產(chǎn)以及地面段的現(xiàn)代化改造等工作也在緊鑼密鼓地進(jìn)行。

1 第3顆GPS－2F衛(wèi)星成功發(fā)射

2012年10月4日，德爾他－4火箭攜帶一顆GPS－2F衛(wèi)星從卡納維拉爾角發(fā)射升空，3個多小時后衛(wèi)星進(jìn)入軌道。

美國空軍于1996年將GPS－2F衛(wèi)星的研制合同授予了波音公司。按照最初的計劃，美國空軍將采購33顆GPS－2F衛(wèi)星，不過這份訂單最終減少到12顆。此次發(fā)射的GPS－2F衛(wèi)星為12顆衛(wèi)星中的第3顆，之前的2顆衛(wèi)星分別于2010年5月28日和2011年7月16日發(fā)射升空。第3顆GPS－2F衛(wèi)星在軌測試完成之后，用于替代1993年6月26日發(fā)射的GPS－2A衛(wèi)星。目前9顆未發(fā)射的GPS－2F衛(wèi)星中已經(jīng)有3顆制造完成并入庫保存，另有6顆還處于制造和測試中。

GPS－2F衛(wèi)星是目前美國發(fā)射的最先進(jìn)的導(dǎo)航衛(wèi)星，同時也是美國GPS現(xiàn)代化計劃非常重要的組成部分。與前一代的GPS－2RM衛(wèi)星相比，GPS－2F增加了一個高精度民用導(dǎo)航信號—L5頻段，其中心頻率為1176.45MHz，主要用于民用航空領(lǐng)域。星上采用了更加先進(jìn)的原子鐘和太陽電池，星載原子鐘包括1臺銫鐘和2臺銣鐘，采用了美國海軍研究實驗室開發(fā)的數(shù)字化星鐘技術(shù)，進(jìn)一步提高了星鐘系統(tǒng)的穩(wěn)定性，誤差達(dá)到8ns/天的等級；同時，為滿足導(dǎo)航信號數(shù)量和功率增加的要求，GPS－2F衛(wèi)星采用艾培爾（ABLE）公司開發(fā)的新型太陽電池翼，該太陽電池翼質(zhì)量約54.93kg，設(shè)計在軌工作壽命為12年，并且可以在地面貯存8年，即使在壽命末期，仍能夠提供超過2610W的功率。

此外，GPS－2F衛(wèi)星還使用了更加安全、抗干擾能力更強(qiáng)的軍用M碼信號，并將軍用碼和民用碼完全分開。由于克林頓時代取消了在民用碼中增加干擾以降低其精度的選擇可用性（SA）政策，所以目前的GPS民用碼有足夠的精度用于武器制導(dǎo)，很多的非美國盟國也能用GPS民用碼進(jìn)行武器制導(dǎo)。而GPS－2F衛(wèi)星將軍用和民用信號分開，在戰(zhàn)爭期間可使該衛(wèi)星對特定地區(qū)關(guān)閉被敵方利用的民用信號，以保證己方使用加密的軍用信號。

2 第1顆GPS－3A衛(wèi)星完成發(fā)射預(yù)備演習(xí)

目前，美國新一代導(dǎo)航衛(wèi)星GPS－3A的研制和生產(chǎn)工作也在緊鑼密鼓地進(jìn)行著。據(jù)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）內(nèi)參網(wǎng)站2012年9月7日消息，洛馬和雷神公司已經(jīng)于8月24日成功完成了GPS－3A首顆星的發(fā)射預(yù)備演習(xí)，對于計劃于2014年發(fā)射該衛(wèi)星的任務(wù)來說，邁出了重要里程碑式的一步。

2012年1月，洛馬和雷神公司共同建立了“車間到車間”的通信鏈路，使得遠(yuǎn)在賓夕法尼亞州新城市的洛馬公司車間中的GPS－3A衛(wèi)星可以與位于科羅拉多州奧羅拉市的雷聲公司新一代GPS運行控制系統(tǒng)（OCS）進(jìn)行數(shù)據(jù)通信與控制測試。并在此基礎(chǔ)上，成功進(jìn)行了首顆GPS－3A衛(wèi)星的發(fā)射預(yù)備演習(xí)。通過為期3天的演習(xí)，驗證了衛(wèi)星的基本指揮和控制功能，測試了軟件和硬件接口，并對衛(wèi)星發(fā)射和早期入軌任務(wù)中所需進(jìn)行的各種操作程序進(jìn)行了演示。

“一箭雙星”發(fā)射GPS－3A衛(wèi)星構(gòu)想

美國空軍GPS指揮部主任伯尼·格魯伯上校說：“首顆GPS－3A發(fā)射預(yù)備演習(xí)的完成是整個GPS業(yè)界的一個重要里程碑，它標(biāo)志著我們正在發(fā)展的下一代GPS衛(wèi)星與下一代GPS操作控制系統(tǒng)正在協(xié)調(diào)穩(wěn)步地向前發(fā)展?！?/p>

根據(jù)2008年5月15日美國空軍授予的合同，洛馬公司將研制和生產(chǎn)8顆GPS－3A衛(wèi)星。與GPS－2F衛(wèi)星相比，GPS－3A衛(wèi)星的M碼信號將更強(qiáng)，具有更好的抗干擾能力。同時，GPS－3A衛(wèi)星還將在L1頻段增加與歐洲“伽利略”（Galileo）系統(tǒng)完全兼容、并具有互操作性的L1C民用信號。GPS－3A衛(wèi)星還將開展GPS星間鏈路的演示與驗證工作，為GPS星間鏈路的建立奠定基礎(chǔ)。與目前GPS衛(wèi)星已經(jīng)具有的星間鏈路不同，GPS－3衛(wèi)星的星間鏈路將采用Ka頻段（原為UHF頻段），星間鏈路的信號播發(fā)方式也由廣播式改為點對點的傳輸，從而能大大提高安全性。屆時，星－星與星－地的通信能力將提高到100Mbit/s。

美國空軍計劃從第9顆GPS－3衛(wèi)星開始，使用“一箭雙星”方式發(fā)射衛(wèi)星，以降低發(fā)射成本，預(yù)計平均每顆衛(wèi)星的發(fā)射費用將降低5000萬美元。目前，研究小組已經(jīng)提交了一種采用宇宙神－5火箭捆綁5個固體火箭助推器的發(fā)射方案，該方案將2顆GPS－3衛(wèi)星采用上下堆疊的方式置于5m高的整流罩中。

3 GPS系統(tǒng)在軌衛(wèi)星運轉(zhuǎn)良好

截止到2013年2月20日，GPS星座中正在工作的衛(wèi)星共計有31顆，其中包括9顆波音公司制造的GPS－2A衛(wèi)星、12顆洛馬公司制造的GPS－2R衛(wèi)星、7顆洛馬公司制造GPS－2RM及3顆波音公司制造GPS－2F衛(wèi)星。

這些在軌衛(wèi)星中，運行時間最長的達(dá)22年。根據(jù)目前的美國國防部計劃，為了確保在軌衛(wèi)星數(shù)目的充足以及對老舊衛(wèi)星的及時更替，預(yù)計到2030年美國國防部還將發(fā)射40到50顆衛(wèi)星，這其中不但包括12顆GPS－2F的后9顆、8顆GPS－3A衛(wèi)星，還將包括更為先進(jìn)的16顆GPS－3B衛(wèi)星以及8～16顆GPS－3C衛(wèi)星，其中最先進(jìn)的GPS－3C衛(wèi)星將具備播發(fā)“點波束”M碼信號的能力，從而實現(xiàn)對未來導(dǎo)航戰(zhàn)的支持。

4 地面段建設(shè)有條不紊

GPS系統(tǒng)地面控制段主控站位于科羅拉多州施里弗空軍基地，4個地面天線（注入站）分別位于卡那維拉爾角、阿松森、迭戈加西亞和夸賈林環(huán)礁，6個監(jiān)測站分別位于施里弗空軍基地、卡那維拉爾角、阿松森、夏威夷、迭戈加西亞和夸賈林環(huán)礁。

1999年美國提出了GPS現(xiàn)代化計劃，其中地面控制段的現(xiàn)代化分為3個階段，包括體系結(jié)構(gòu)演進(jìn)計劃（AEP）、新一代運行控制段 1（OCX 1）和OCX 2。

AEP階段主要增強(qiáng)對現(xiàn)代化改進(jìn)的GPS－2RM和2F衛(wèi)星的運行控制能力，主要內(nèi)容包括GPS主控站改造、新建GPS備份主控站（位于加利福尼亞的范登堡空軍基地），增加抗干擾、抗欺騙能力，并將原屬美國國家地理空間情報局（NGA）的10個GPS監(jiān)測站納入到GPS地面控制段的體系中，增強(qiáng)GPS星座的監(jiān)測與控制能力；利用美國空軍衛(wèi)星控制網(wǎng)（AFSCN）的8副地面天線對GPS系統(tǒng)原有的4副地面天線進(jìn)行補(bǔ)充，增強(qiáng)上行注入能力。

OCX 1階段與OCX 2階段主要內(nèi)容包括建立全新的GPS地面控制段體系結(jié)構(gòu)；實現(xiàn)對新導(dǎo)航信號（L1C、L2C、L5C和軍用M碼信號）的監(jiān)測；增加對GPS－3衛(wèi)星新增能力的管理與控制能力，如靈活的信號功率配置、星－星和星－地鏈路及點波束能力等。按照目前計劃，OCX 1階段將在2016年具備全面運行能力，從而實現(xiàn)對L2C和L5信號的監(jiān)測；而到OCX 2階段完成時，GPS系統(tǒng)地面控制段將具備管理32顆衛(wèi)星組成的GPS星座的能力。

美國GPS衛(wèi)星在軌情況統(tǒng)計表

SA關(guān)閉前后定位精度對比

GPS系統(tǒng)定位精度統(tǒng)計圖

5 定位精度提高，應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大

2000年5月2日前，美國采取SA政策，人為地將誤差引入GPS衛(wèi)星星鐘和衛(wèi)星數(shù)據(jù)中，故意降低GPS精度，其直接影響是C/A碼的精度從20m降低到100m。車載導(dǎo)航系統(tǒng)不能提供精確轉(zhuǎn)向，民用GPS裝置也不能精確定位到某個街區(qū)，更不要說定位某條道路了。2000年5月2日后，美國關(guān)閉了SA開關(guān)，使全球民用GPS接收機(jī)的精度瞬間得到大幅提升，定位精度從原來的足球場大小縮小到一間屋子大小。

2000年以來的12年里，GPS的定位精度一直在不斷提高。今天，利用GPS基準(zhǔn)站、更優(yōu)化的算法和更先進(jìn)的接收機(jī)，以及性能卓越的民用GPS設(shè)備不僅能夠定位街道，而且能夠定位用戶在街道的哪一邊。在GPS系統(tǒng)定位精度統(tǒng)計圖中給出了2012年1－5月全球GPS普通用戶的定位性能數(shù)據(jù)，可以看出大約有50%用戶的平均定位精度達(dá)到1.58m，而95%用戶的平均定位精度達(dá)到了2.55m。當(dāng)前，對于一些特殊的用途，利用GPS信號的載波相位和互聯(lián)網(wǎng)可使定位精度達(dá)到厘米量級，甚至毫米量級。從而進(jìn)一步促進(jìn)了GPS在各領(lǐng)域的應(yīng)用。

GPS應(yīng)用領(lǐng)域

完成AEP改造后的GPS地面控制段地理分布OCS-運行控制系統(tǒng)，NGA-國家地理空間情報局，AFSCN-美國空軍衛(wèi)星控制網(wǎng)

在軍事應(yīng)用方面，美軍不僅將GPS技術(shù)應(yīng)用到飛機(jī)、導(dǎo)彈等高技術(shù)武器上，甚至為單兵配備了接收設(shè)備。借助GPS系統(tǒng)，戰(zhàn)斗機(jī)、轟炸機(jī)、偵察機(jī)和特種作戰(zhàn)飛機(jī)可以全天候準(zhǔn)確無誤地執(zhí)行任務(wù)；坦克編隊可在沒有特征的沙漠地帶完成精確的機(jī)動；掃雷部隊可安全通過雷區(qū)、準(zhǔn)確測定布雷位置以便將其摧毀；給養(yǎng)運輸車能在沙漠中發(fā)現(xiàn)作戰(zhàn)人員并為其提供補(bǔ)給；特別行動直升機(jī)與攻擊直升機(jī)能夠協(xié)同作戰(zhàn)?？梢哉f，GPS系統(tǒng)已經(jīng)成為美軍必不可少的戰(zhàn)斗保障設(shè)施。

在民用方面，GPS更是遍地開花。傳統(tǒng)應(yīng)用如汽車導(dǎo)航、個人定位服務(wù)、精密農(nóng)業(yè)、海事以及測量等等領(lǐng)域，每年的新應(yīng)用和新產(chǎn)品都層出不窮；近兩年，GPS在野生動物跟蹤研究與保護(hù)、地球科學(xué)及環(huán)境研究等新興領(lǐng)域更是有了長足發(fā)展。例如，美國俄亥俄州立大學(xué)著名地質(zhì)力學(xué)專家邁克爾·貝維斯帶領(lǐng)他的研究團(tuán)隊，在格陵蘭島的冰原地區(qū)建立了一個GPS測量網(wǎng)絡(luò)，用于監(jiān)測格陵蘭島的冰川融化情況；未來通過該網(wǎng)絡(luò)，貝維斯的研究團(tuán)隊可以在1個月內(nèi)跟蹤監(jiān)測到格陵蘭島冰川的劇烈變化。