陳道偉，王 維，倪少杰，徐 博

（1.國(guó)防科技大學(xué) 電子科學(xué)與工程學(xué)院，長(zhǎng)沙 410073；2.北京跟蹤通信技術(shù)研究所，北京 100094）

1 引言

目前，以美國(guó)全球定位系統(tǒng)（global positioning system，GPS）為代表的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，在人類的生產(chǎn)和生活中正發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，深刻地推動(dòng)著社會(huì)的進(jìn)步和科技的快速發(fā)展。世界各主要國(guó)家都在競(jìng)相發(fā)展自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，包括俄羅斯的格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（global navigation satellite system，GLONASS）、歐盟的伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（Galileo navigation satellite system，Galileo）、中國(guó)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BeiDou navigation satellite system，BDS），印度區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（Indian regional navigational satellite system，IRNSS）及日本準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)（quasi－zenith satellite system，QZSS），可以預(yù)見(jiàn)未來(lái)各導(dǎo)航系統(tǒng)之間的競(jìng)爭(zhēng)將會(huì)更加激烈。

全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的星地一體化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，主要包括空間段、地面控制段和用戶段三大部分，其中空間段包括30多顆分布在不同軌道的衛(wèi)星，地面控制段包含主控站、注入站、監(jiān)測(cè)站、測(cè)控站等不同類型不同功能的站點(diǎn)，用戶段包含各類不同功能不同用途的接收處理終端，對(duì)于上述各物理站點(diǎn)的標(biāo)識(shí)管理，特別是衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)的標(biāo)識(shí)是一個(gè)重要而又關(guān)鍵的問(wèn)題。

GPS自1973年開(kāi)始建設(shè)到現(xiàn)在已歷經(jīng)40a左右，建立了完整的衛(wèi)星編號(hào)識(shí)別體系，實(shí)現(xiàn)了幾代不同功能實(shí)體的衛(wèi)星混合組網(wǎng)，衛(wèi)星之間存在星間鏈路并可在軌自主運(yùn)行，同時(shí)偽隨機(jī)噪聲碼（pseudo random noise code，PRN）可在軌重構(gòu)并平穩(wěn)地向用戶提供服務(wù)。目前我國(guó)獨(dú)立研發(fā)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，正在向北斗二號(hào)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)邁進(jìn)，根據(jù)計(jì)劃未來(lái)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將建成包括5顆地球靜止軌道（geostationary Earth orbits，GEO）衛(wèi)星、27顆中圓地球軌道（medium Earth orbits，MEO）衛(wèi)星和3顆傾斜地球同步軌道（inclined geo－synchronous orbits，IGSO）衛(wèi)星在內(nèi)的共35顆全球?qū)Ш较到y(tǒng)衛(wèi)星［1］。BDS建設(shè)涉及到不同類別、不同功能、不同狀態(tài)的衛(wèi)星混合組網(wǎng)，對(duì)于衛(wèi)星標(biāo)識(shí)的設(shè)計(jì)和管理是系統(tǒng)成功建設(shè)的關(guān)鍵要素之一。未來(lái)BDS二代二期系統(tǒng)工程建設(shè)階段，將會(huì)出現(xiàn)區(qū)域系統(tǒng)、試驗(yàn)星、全球系統(tǒng)衛(wèi)星混合組網(wǎng)的情況，衛(wèi)星之間可能會(huì)增加星間鏈路并且衛(wèi)星擴(kuò)頻碼可實(shí)現(xiàn)在軌重構(gòu)，此時(shí)系統(tǒng)組網(wǎng)將更加復(fù)雜、運(yùn)行管理也更加困難，需要建立完善的衛(wèi)星編號(hào)識(shí)別體系，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)星座的有效管理和控制，GPS建設(shè)的成功經(jīng)驗(yàn)值得借鑒。

2 GPS衛(wèi)星編號(hào)體系

GPS為了實(shí)現(xiàn)對(duì)在軌衛(wèi)星的標(biāo)識(shí)區(qū)分和對(duì)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行管理，建立了完備的衛(wèi)星編號(hào)識(shí)別體系包括衛(wèi)星代號(hào)、空間飛行器編號(hào)（space vehicle number，SVN）［2］、PRN編號(hào)、衛(wèi)星號(hào)（satellite vehicle identification，SVID）［3］以及導(dǎo)航衛(wèi)星編號(hào)（navigation star，NAVSTAR）在內(nèi)的五類衛(wèi)星識(shí)別標(biāo)識(shí)。下面分別詳細(xì)介紹。

2.1 衛(wèi)星代號(hào)

GPS衛(wèi)星到目前為止已發(fā)展到了第三代衛(wèi)星，計(jì)劃2015年5月份發(fā)射第1顆GPSⅢ衛(wèi)星。在每一代衛(wèi)星內(nèi)GPS都會(huì)給不同批次（Block）的衛(wèi)星分配相應(yīng)的衛(wèi)星代號(hào)，具體如下表所示。

第一代GPS衛(wèi)星一共發(fā)射了11顆，衛(wèi)星批次為Block I，衛(wèi)星代號(hào)范圍為Block I－1～Block I－11，表示第一代衛(wèi)星的第1顆到第11顆衛(wèi)星。

在GPS的第二代衛(wèi)星中，由于衛(wèi)星性能的不斷更新完善出現(xiàn)了許多不同批次的衛(wèi)星，代號(hào)命名分別為BlockⅡ、BlockⅡA、BlockⅡR、BlockⅡR－M、BlockⅡF。其中BlockⅡ型的衛(wèi)星相比Block I型衛(wèi)星增加了安全監(jiān)測(cè)裝置（如核爆炸監(jiān)測(cè)），BlockⅡ型衛(wèi)星共發(fā)射了9顆。BlockⅡA中的A是先進(jìn)（Advanced）的含義，它是對(duì)BlockⅡ衛(wèi)星的改進(jìn)型號(hào)，衛(wèi)星上增加激光測(cè)距儀器，電文存儲(chǔ)能力從14d增加到180d，一共發(fā)射了19顆。BlockⅡR（其中 “R”為 “Replenlishment”，表示再填滿）衛(wèi)星具有了更先進(jìn)的時(shí)頻系統(tǒng)，具備重新編程和自主導(dǎo)航等功能，而B(niǎo)lockⅡR－M是對(duì)ⅡR衛(wèi)星的現(xiàn)代化（其中 “M”為 “Modernization”，表示現(xiàn)代化），在這一批次的衛(wèi)星中開(kāi)始增發(fā)新的M碼信號(hào)，ⅡR和ⅡR－M衛(wèi)星共建造了20顆。BlockⅡF指代的是第二代的后續(xù)（其中“F”為 “Follow－on”，表示后續(xù)）衛(wèi)星，在這一批次的衛(wèi)星上將會(huì)播發(fā)新的L5民用信號(hào)。

表 不同代次 衛(wèi)星批次及代號(hào)

到了GPSⅢ階段，整個(gè)GPS的衛(wèi)星段、地面控制段以及用戶段都會(huì)有重大的提升和改進(jìn)。相比以前，衛(wèi)星的功能將更加強(qiáng)大，特別是具有了點(diǎn)波束的導(dǎo)航戰(zhàn)功能。目前洛克希德馬丁公司正在生產(chǎn)GPS BlockⅢA的代號(hào)SV1～SV4這4顆衛(wèi)星。

從上可以看出，GPS為了淺顯易懂地區(qū)別不同批次不同功能的各類衛(wèi)星實(shí)體，它會(huì)給每一批次的衛(wèi)星分配一個(gè)相應(yīng)的衛(wèi)星代號(hào)以示區(qū)別，并在該代號(hào)后面以阿拉伯字母的形式表示該衛(wèi)星在該批次中的順序，具體編排規(guī)則為：系統(tǒng)代號(hào)＋衛(wèi)星批次＋衛(wèi)星在該批次中的序號(hào)，該編排方法可以直觀清晰地標(biāo)記區(qū)分一顆衛(wèi)星。

2.2 SVN編號(hào)

GPS的衛(wèi)星代號(hào)主要是用來(lái)區(qū)分不同批次的衛(wèi)星，而為了更好地區(qū)分太空中各個(gè)不同的衛(wèi)星實(shí)體，GPS為每顆衛(wèi)星都分配了一個(gè)相互不同的空間飛行器編號(hào)SVN，其中Block I衛(wèi)星的SVN號(hào)為1～11BlcokⅡ衛(wèi)星的SVN號(hào)為13～21 BlcokⅡA衛(wèi)星的SVN號(hào)為22～40，而B(niǎo)lcokⅡR／ⅡR－M的SVN號(hào)為41～61，BlcokⅡF的SVN號(hào)為62～73，未來(lái)GPS BlcokⅢ衛(wèi)星的SVN號(hào)為74～105。目前太空中運(yùn)行著的GPS衛(wèi)星SVN編號(hào)如表2所示［4］。

表2 2013－09－18全球定位系統(tǒng)星座狀態(tài)

從表2可以看出，GPS衛(wèi)星的SVN號(hào)基本上是按順序編排的。但是有些SVN編號(hào)的衛(wèi)星卻并沒(méi)有在上表中顯示，除了衛(wèi)星退役外，主要原因有以下兩點(diǎn)：

1）衛(wèi)星已發(fā)射，但是衛(wèi)星信號(hào)異常，比如SVN－49衛(wèi)星，為了不影響用戶使用，所以沒(méi)有對(duì)外公布；

2）衛(wèi)星未發(fā)射，比如SVN－64衛(wèi)星，根據(jù)資料最新一代的GPSⅡF－1衛(wèi)星于2010年被正式發(fā)射，SVN號(hào)為62，后續(xù)的GPSⅡF－2、ⅡF－3、ⅡF－4衛(wèi)星的 SVN 號(hào)分別為63、65、66，中間SVN－64號(hào)衛(wèi)星卻沒(méi)有被命名發(fā)射。原因是GPS每一批次的衛(wèi)星都會(huì)在地面被提前制造完成，并被命名為一個(gè)SVN號(hào)，SVN－65和SVN－66衛(wèi)星測(cè)試順利、衛(wèi)星狀態(tài)正常，所以被提前發(fā)射了。

另外，根據(jù)公布的衛(wèi)星發(fā)射時(shí)間可知，SVN號(hào)并非按照發(fā)射時(shí)間順序排列的，而應(yīng)該是按照生產(chǎn)順序排列的，其編排規(guī)則采用阿拉伯?dāng)?shù)字的形式來(lái)進(jìn)行的，該方式可以簡(jiǎn)單明了地標(biāo)識(shí)衛(wèi)星。

2.3 SVID編號(hào)

在衛(wèi)星的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，地面控制管理設(shè)備不僅需要周期性地對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行導(dǎo)航電文和鐘差信息的上行注入，也需要對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行星上載荷與軌道調(diào)整控制指令的注入。在地面注入站、測(cè)控站上行注入的信息中，需要明確此注入信息是給哪一顆衛(wèi)星使用的，即需要一個(gè)對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行實(shí)際區(qū)分的管理控制的唯一編號(hào)。一般來(lái)說(shuō)該編號(hào)在衛(wèi)星的整個(gè)生命周期內(nèi)都應(yīng)該保持不變，以方便地面控制系統(tǒng)對(duì)衛(wèi)星的持續(xù)管理控制，GPS采用的是SVID編號(hào)來(lái)對(duì)不同衛(wèi)星進(jìn)行實(shí)際管理和控制。

在GPS的信號(hào)接口控制（interface control document，ICD）《IS－GPS－200F》中規(guī)定了SVID編號(hào)和PRN編號(hào)以及碼相位選擇之間的初始關(guān)系，如表3所示。其中1～32編號(hào)分配給衛(wèi)星作為衛(wèi)星號(hào)，同時(shí)區(qū)別頁(yè)面播發(fā)的電文，0分配給偽衛(wèi)星作為標(biāo)識(shí)，33～50保留尚未分配，51～64被用作于區(qū)分衛(wèi)星播發(fā)的歷書(shū)之外的數(shù)據(jù)。

表3 全球定位系統(tǒng)衛(wèi)星號(hào)分配表

2.4 PRN編號(hào)

GPS采用碼分多址的方式區(qū)分每顆衛(wèi)星向下播發(fā)的信號(hào)，即每顆衛(wèi)星向下播發(fā)的導(dǎo)航信號(hào)中調(diào)制的偽隨機(jī)碼是唯一的，并且采用PRN編號(hào)的方式來(lái)對(duì)偽隨機(jī)碼進(jìn)行標(biāo)記區(qū)分。

目前在軌運(yùn)行的GPS衛(wèi)星向下播發(fā)偽隨機(jī)碼的PRN編號(hào)范圍為1～32，如表2所示。PRN編號(hào)是地面用戶進(jìn)行信號(hào)捕獲、跟蹤的關(guān)鍵參數(shù)，必須保證編號(hào)的連續(xù)性和可用性。目前GPS已成功運(yùn)行多年，衛(wèi)星也更換了多代，但其PRN編號(hào)一直在1～32內(nèi)循環(huán)使用，這保證了地面設(shè)備可以長(zhǎng)期支持對(duì)GPS衛(wèi)星信號(hào)的接收，而不管衛(wèi)星實(shí)體性能和載荷發(fā)生多大的改變。未來(lái)GPSⅢ衛(wèi)星將要播發(fā)新的偽隨機(jī)碼，其編號(hào)范圍為38～63，34～37保留用作其他用途（地面設(shè)備）?？紤]到前向兼容的問(wèn)題，即使未來(lái)GPSⅢ衛(wèi)星開(kāi)始服役，原有的1～32編號(hào)的偽隨機(jī)碼仍將會(huì)繼續(xù)向下播發(fā)，否則將會(huì)造成地面舊有的接收機(jī)不可用。

另外從表3中可以看出，SVID編號(hào)與PRN編號(hào)在32以下是對(duì)應(yīng)相等的。這也說(shuō)明用PRN編號(hào)也可區(qū)分一顆衛(wèi)星，但是由于SVID編號(hào)33～64有其他用途，因此不能將SVID號(hào)與PRN編號(hào)合并，其兩者的編排規(guī)則都是采用阿拉伯?dāng)?shù)字的形式順序編排，此種編排方法可連貫地標(biāo)識(shí)衛(wèi)星。

2.5 NAVSTAR編號(hào)

為了對(duì)導(dǎo)航衛(wèi)星的發(fā)射順序和發(fā)射時(shí)間進(jìn)行標(biāo)記區(qū)分，美國(guó)空軍對(duì)GPS衛(wèi)星建立了一套衛(wèi)星發(fā)射序列編號(hào)即NAVSTAR編號(hào)，它是按衛(wèi)星發(fā)射時(shí)間順序編號(hào)的，并且可以與運(yùn)載火箭型號(hào)、發(fā)射基地等信息相關(guān)聯(lián)。從發(fā)射首顆試驗(yàn)衛(wèi)星到現(xiàn)在，GPS所有衛(wèi)星的發(fā)射情況如表4所示［5］。

從表4可以看出，NAVSTAR是嚴(yán)格按發(fā)射時(shí)間來(lái)編號(hào)的，而這與SVN編號(hào)不同，SVN是按衛(wèi)星的批次來(lái)進(jìn)行的。目前NAVSTAR的最高編號(hào)為68，而SVN最高編號(hào)為66，其中的原因是GPS導(dǎo)航衛(wèi)星曾有兩次發(fā)射失敗。

由于衛(wèi)星編號(hào)涉及到實(shí)際系統(tǒng)的運(yùn)行管理，具有一定的保密性，根據(jù)公開(kāi)的資料僅能查到以上五種GPS衛(wèi)星識(shí)別標(biāo)識(shí)編號(hào)。從上述五類衛(wèi)星編號(hào)可以看出，GPS從不同側(cè)面、多個(gè)角度完整全面地對(duì)GPS衛(wèi)星進(jìn)行了區(qū)別標(biāo)識(shí)，涵蓋了對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行區(qū)分管理所需的各種信息，保證了GPS多代次、多批次、多類型的不同衛(wèi)星混合組網(wǎng)的成功，為GPS的運(yùn)行管理、有序發(fā)展和不斷更新奠定了基礎(chǔ)。

表4 全球定位系統(tǒng)導(dǎo)航星發(fā)射序號(hào)

3 其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星編號(hào)

目前除了成熟的GPS，其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)也在抓緊建設(shè)中，并相繼公布了相關(guān)的衛(wèi)星編號(hào)包括俄羅斯的GLONASS系統(tǒng)、歐洲的Galileo系統(tǒng)。而日本的QZSS系統(tǒng)和印度的IRNSS系統(tǒng)，正在規(guī)劃設(shè)計(jì)中，尚未公布相關(guān)的衛(wèi)星編號(hào)。

3.1 Galileo系統(tǒng)

目前歐洲伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)還處于試驗(yàn)驗(yàn)證階段，計(jì)劃發(fā)射30顆衛(wèi)星，截止到目前為止共有4顆試驗(yàn)衛(wèi)星在軌運(yùn)行。根據(jù)Galileo系統(tǒng)公布的信息［6］，其編號(hào)體系包括SVID和Code No（對(duì)應(yīng)GPS PRN號(hào)），目前其衛(wèi)星編號(hào)與偽隨機(jī)碼以及與信號(hào)分量E5a－I、E5a－Q的關(guān)系規(guī)定如表5所示，其中E5b－I、E5b－Q信號(hào)分量未列出。

從表5可知，Galileo系統(tǒng)的SVID是從1開(kāi)始順序遞增的，其Code No編號(hào)決定了擴(kuò)頻碼的生成方式。由于Galileo系統(tǒng)仍處于試驗(yàn)驗(yàn)證過(guò)程，衛(wèi)星數(shù)目較少，尚未出現(xiàn)衛(wèi)星退役、更替等問(wèn)題，目前其SVID與Code No編號(hào)是對(duì)應(yīng)相等的，且相對(duì)來(lái)說(shuō)較為簡(jiǎn)單。

3.2 GLONASS系統(tǒng)

GLONASS系統(tǒng)衛(wèi)星代號(hào)包括GLONASS、GLONASS－M和GLONASS－KM，目前一共有29顆衛(wèi)星在軌，其中5顆衛(wèi)星處于測(cè)試備份狀態(tài)。GLONASS衛(wèi)星采用頻分多址（FDMA）體制，所有衛(wèi)星使用完全相同的擴(kuò)頻碼。衛(wèi)星號(hào)與頻率通道之間的映射關(guān)系如表6所示［7］（由于頻譜資源的限制，在地球兩面的衛(wèi)星使用相同的頻率播發(fā)信號(hào)）：

表6 2013－09－18GLONASS系統(tǒng)星座狀態(tài)

GLONASS系統(tǒng)采用的頻分多址的體制，與GPS、Galileo以及北斗系統(tǒng)采用的碼分多址體制有著不同的衛(wèi)星區(qū)別方式，它不涉及到衛(wèi)星偽隨機(jī)碼的在軌重構(gòu)問(wèn)題，也不涉及對(duì)PRN編號(hào)管理的問(wèn)題，它對(duì)應(yīng)的是需要對(duì)頻率通道和衛(wèi)星號(hào)進(jìn)行管理。

4 GPS衛(wèi)星編號(hào)對(duì)北斗系統(tǒng)的參考和啟示

4.1 北斗系統(tǒng)衛(wèi)星編號(hào)現(xiàn)狀

截止到目前（2013年11月），北斗二號(hào)區(qū)域系統(tǒng)在軌工作的衛(wèi)星包括5顆GEO衛(wèi)星、4顆MEO衛(wèi)星和5顆IGSO衛(wèi)星。公開(kāi)發(fā)布的下行鏈路ICD文件中規(guī)定了相應(yīng)的衛(wèi)星編號(hào)和測(cè)距碼編號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，具體如表7所示［8］：

表7 北斗系統(tǒng)PRN號(hào)和衛(wèi)星號(hào)分配表

由表7可見(jiàn)，衛(wèi)星編號(hào)和測(cè)距碼編號(hào)是一致的，即可以用測(cè)距碼編號(hào)來(lái)表示衛(wèi)星編號(hào)。另外目前北斗系統(tǒng)衛(wèi)星代號(hào)的命名方式為系統(tǒng)＋軌道類型＋序號(hào)，例如BD－GEO－1，表示GEO軌道的第一顆衛(wèi)星。

BDS一期系統(tǒng)設(shè)計(jì)的衛(wèi)星編號(hào)，能夠滿足當(dāng)前系統(tǒng)的運(yùn)行需求，但是從系統(tǒng)長(zhǎng)遠(yuǎn)的建設(shè)管理來(lái)看，目前的編號(hào)設(shè)計(jì)顯然是不能支撐北斗全球系統(tǒng)建設(shè)的，需要設(shè)計(jì)新的衛(wèi)星編號(hào)體系，對(duì)于編號(hào)的設(shè)計(jì)可以借鑒參考GPS的設(shè)計(jì)思路，而Galileo和GLONASS系統(tǒng)由于體制和建設(shè)進(jìn)度的問(wèn)題參考意義有限。

4.2 完整的編號(hào)體系設(shè)計(jì)

當(dāng)前BDS僅完成了初步的區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)，涉及到的衛(wèi)星數(shù)目?jī)H為14顆，衛(wèi)星的代次包括退役的北斗一號(hào)也僅有兩代，相比于GPS全球系統(tǒng)68顆衛(wèi)星的發(fā)射紀(jì)錄和多批次不同代的衛(wèi)星，目前的BDS區(qū)域系統(tǒng)衛(wèi)星編號(hào)相對(duì)來(lái)說(shuō)較為簡(jiǎn)單。未來(lái)BDS全球系統(tǒng)的建設(shè)必將經(jīng)歷GPS相似的發(fā)展過(guò)程，包括建設(shè)35顆衛(wèi)星在內(nèi)的全球衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)和復(fù)雜的地面控制網(wǎng)絡(luò)，以及不斷的演進(jìn)和更新，設(shè)計(jì)完備的衛(wèi)星編號(hào)是必要的。

另外由于當(dāng)前北斗系統(tǒng)的信號(hào)體制設(shè)計(jì)較早，技術(shù)狀態(tài)較為簡(jiǎn)單，為了能與全球其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)相競(jìng)爭(zhēng)，設(shè)計(jì)新的信號(hào)體制也是重要的發(fā)展趨勢(shì)。未來(lái)在試驗(yàn)星階段或者全球系統(tǒng)建設(shè)階段就有可能播發(fā)新的偽隨機(jī)碼，按計(jì)劃GPSⅢ將要開(kāi)始播發(fā)新的偽隨機(jī)碼。因此現(xiàn)有的北斗測(cè)距碼編號(hào)應(yīng)該進(jìn)行相應(yīng)的更新和完備設(shè)計(jì)，以保證前向兼容和后向過(guò)渡。當(dāng)前北斗系統(tǒng)正在由區(qū)域系統(tǒng)向試驗(yàn)星和全球系統(tǒng)的階段發(fā)展建設(shè)，設(shè)計(jì)完備的衛(wèi)星編號(hào)體系是關(guān)鍵而又重要的一步。

對(duì)于衛(wèi)星編號(hào)的設(shè)計(jì)不僅要牽涉到太空中幾十個(gè)衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)，還涉及到地面幾十個(gè)控制站點(diǎn)，包括主控站、測(cè)控站、監(jiān)測(cè)站和注入站等，目前GPS的地面控制網(wǎng)絡(luò)是全球布站的，而B(niǎo)DS的地面站點(diǎn)現(xiàn)階段還是分布在國(guó)內(nèi)，未來(lái)擴(kuò)展地面站節(jié)點(diǎn)是不可避免的。對(duì)于衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)的編號(hào)應(yīng)該與未來(lái)地面站節(jié)點(diǎn)的編號(hào)相統(tǒng)一，但又有所區(qū)分，以便于系統(tǒng)對(duì)星地一體化網(wǎng)絡(luò)的整體管控和運(yùn)行維護(hù)。衛(wèi)星之間的星間鏈路和衛(wèi)星的在軌重構(gòu)需求，也是衛(wèi)星編號(hào)具體設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)該考慮的。GPS成功的衛(wèi)星編號(hào)設(shè)計(jì)和管理，給BDS帶來(lái)的重要啟示是衛(wèi)星編號(hào)設(shè)計(jì)應(yīng)該全面、統(tǒng)一、完備地進(jìn)行設(shè)計(jì)和考慮，否則將會(huì)給后期系統(tǒng)的建設(shè)和管理帶來(lái)混亂和不必要的麻煩。

4.3 編號(hào)設(shè)計(jì)

借鑒GPS的編號(hào)設(shè)計(jì)，未來(lái)BDS的衛(wèi)星編號(hào)設(shè)計(jì)至少應(yīng)該包含以下幾類編號(hào)：

1）衛(wèi)星代號(hào)，衛(wèi)星代號(hào)是對(duì)衛(wèi)星識(shí)別的一個(gè)直觀而又基本的名稱標(biāo)識(shí)，目前GPS的衛(wèi)星代號(hào)設(shè)計(jì)方式是系統(tǒng)名稱＋代次＋英語(yǔ)單詞首字母＋數(shù)量的方式來(lái)表示一顆衛(wèi)星，BDS可以采用相似的方式。例如具體的代號(hào)可為：BDS2－GEO－1、BDS2－IGSO－1等。

2）衛(wèi)星飛行器編號(hào)，即GPS的SVN號(hào)，SVN號(hào)是根據(jù)各代各批次衛(wèi)星數(shù)量，連貫設(shè)計(jì)的編號(hào)，它不僅可以標(biāo)識(shí)一顆衛(wèi)星，也能顯示出目前建造的衛(wèi)星數(shù)目和代次情況，相應(yīng)的名稱可取為BDS－SID，可參考如下表8的編號(hào)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

表8 北斗系統(tǒng)衛(wèi)星飛行器編號(hào)

3 偽隨機(jī)碼編號(hào)，即PRN編號(hào)，目前北斗系統(tǒng)的偽隨機(jī)碼編號(hào)是和衛(wèi)星的編號(hào)相對(duì)等的，未來(lái)偽隨機(jī)碼的更新設(shè)計(jì)是不可避免的，它們兩者應(yīng)該只有映射關(guān)系，不需要再對(duì)等。同時(shí)PRN編號(hào)的設(shè)計(jì)需要考慮到前向兼容，即保證用戶對(duì)衛(wèi)星PRN編號(hào)使用的連續(xù)性，避免造成新設(shè)計(jì)的偽隨機(jī)碼使舊有用戶不能使用。

4）衛(wèi)星實(shí)際管理運(yùn)行的編號(hào)，即SVID編號(hào)，SVID號(hào)是參與實(shí)際運(yùn)行管理的關(guān)鍵編號(hào)，需要考慮地面各個(gè)控制管理節(jié)點(diǎn)對(duì)衛(wèi)星系統(tǒng)的支持情況，比如注入站、測(cè)控站、主控站等站點(diǎn)與衛(wèi)星的接口連接關(guān)系。因此衛(wèi)星SVID編號(hào)最好能與地面站節(jié)點(diǎn)編號(hào)統(tǒng)一設(shè)計(jì)?？蓞⒖既绫?的編號(hào)進(jìn)行相應(yīng)設(shè)計(jì)，可采用8bit的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)SVID編號(hào)，而最高位可通過(guò)0、1來(lái)區(qū)分衛(wèi)星與地面站，因此衛(wèi)星和地面站的總編號(hào)數(shù)目都為128個(gè)，基本可以滿足未來(lái)的需求。

表9 北斗系統(tǒng)管理編號(hào)分配

5）衛(wèi)星發(fā)射序列編號(hào)，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)涉及的衛(wèi)星

數(shù)目較多，應(yīng)該按照衛(wèi)星的發(fā)射順序建立相應(yīng)的發(fā)射序列編號(hào)并與運(yùn)載火箭、發(fā)射基地、發(fā)射結(jié)果等信息關(guān)聯(lián)起來(lái)，以顯示出目前系統(tǒng)建設(shè)的進(jìn)展和狀態(tài)情況。

對(duì)于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)上述五類編號(hào)可以較為完備地表示和描述衛(wèi)星的主要信息。但是各大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)情況各不相同，比如GPS在建設(shè)過(guò)程中就沒(méi)有經(jīng)歷區(qū)域系統(tǒng)和試驗(yàn)星階段，而且GPS的衛(wèi)星也沒(méi)有像北斗系統(tǒng)那樣分為三種不同的軌道衛(wèi)星，并且同批次衛(wèi)星的功能之間也有差距，因此對(duì)于BDS的衛(wèi)星編號(hào)設(shè)計(jì)，除了要包含上述五類相似的衛(wèi)星編號(hào)外，還應(yīng)結(jié)合自身具體的實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

5 結(jié)論

衛(wèi)星編號(hào)設(shè)計(jì)關(guān)聯(lián)著衛(wèi)星的實(shí)際運(yùn)行管理和維護(hù)，必須要嚴(yán)格周密設(shè)計(jì)，避免出現(xiàn)不必要的混亂與差錯(cuò)。本文提供的研究結(jié)果，可為實(shí)際的北斗衛(wèi)星編號(hào)設(shè)計(jì)提供參考。

［1］ 冉承其.北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正式提供區(qū)域服務(wù)新聞發(fā)布會(huì)［EB／OL］.（2012－12－27）［2014－01－15］.http：gov.cn／interact／show.html.

［2］ 謝鋼.GPS原理與接收機(jī)設(shè)計(jì)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2009：2－6.

［3］ IS－GPS－2011，Navstar GPS Space Segment／Navigation User Interfaces Interface Control Document（ICD）［S］.

［4］ GPS CONSTELLATION STATUS FOR 2013－09－18［EB／OL］.［2014－01－15］.http：／／www.navcen.uscg.gov／？Do＝constellationStatus.

［5］ Spacecraft：Navigation－USA［EB／OL］.［2014－01－15］.http：／／space.skyrocket.de／doc＿sdat／navstar.htm.

［6］ OS SIS ICD，Galileo（2010），European GNSS（Galileo）Open Service Signal In Space Interface Control Document［S］.

［7］ GLONASS CONSTELLATION STATUS FOR 2013－09－18［EB／OL］.［2014－01－15］.http：／／www.glonass－center.ru／GLONASS／.

［8］ 中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室.北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)空間信號(hào)接口控制文件公開(kāi)服務(wù)信號(hào)B1I（1.0版）［EB／OL］.［2014－01－15］.http：／／wenku.baidu.com／link？url＝ PzhulclXTbE61jIdz6YkAa1B6－IlQE17LTZbngeJRMGQXiaGXhPeFcWm DNbrWd6GaI2oxmYLQx6TZCxEWKO07Srj62N2i5EYbA2kVJmAFYm.