+ 孫凝子

“兼容性和互操作性是GNSS未來發(fā)展的趨勢”
——從格洛納斯癱瘓談起

+ 孫凝子

4月2日，作為全球四大衛(wèi)星導航系統(tǒng)之一的俄羅斯格洛納斯系統(tǒng)癱瘓，經(jīng)過13個小時的緊急搶修，終于恢復正常。有媒體報道，該系統(tǒng)的整體癱瘓令行業(yè)內(nèi)的多位專家憂心不已。Locata Corporation公司總裁Nunzio Gambale表示：“如果沒有一種儲備技術(shù)系統(tǒng)，那么衛(wèi)星系統(tǒng)癱瘓了，我們要怎么辦？”新不倫瑞克大學大地測量和測繪工程系的教授Richard Langley博士同時指出在GPS為王的世界里，一定要研發(fā)儲備技術(shù)，而不能僅僅依賴其他的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)。

那么，現(xiàn)有的GPS、格洛納斯、伽利略和北斗等全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)是否的確存在癱瘓的可能？如果衛(wèi)星導航系統(tǒng)真的癱瘓，是否會像某些國外媒體報道中說的那樣“全球經(jīng)濟就要度過大蕭條的嚴冬，也許幾十年也緩不過勁來”呢？帶著這些問題，筆者走訪了著名大地測量學家和衛(wèi)星導航定位專家楊元喜院士。

“單一衛(wèi)星導航系統(tǒng)是不靠譜的”

楊院士說，這次格洛納斯癱瘓反應了導航系統(tǒng)的健康性問題。這個問題，一向為所有專家所重視。然而所有的衛(wèi)星導航系統(tǒng)都無法避免出現(xiàn)問題?！凹词菇⒁惶讉浞菹到y(tǒng)，也無法保證這套備份系統(tǒng)不出問題。只能這樣說，單一的衛(wèi)星導航系統(tǒng)是不靠譜的?！睏钤菏靠偨Y(jié)。

要解決這個問題，楊院士倡議各個導航系統(tǒng)之間“分建共享”，即分別建設，共同分享?！斑@一點上，國際上一直都有共識。幾大系統(tǒng)為了實現(xiàn)互操作，每年都在國際導航聯(lián)合會（ICG）進行討論，進展很順利。GPS、GLONASS、北斗及伽利略系統(tǒng)在兼容的基礎(chǔ)上實現(xiàn)互操作，將來一定會得到很好落實，用戶只要使用多系統(tǒng)兼容終端，穩(wěn)健性一般會得到保障。如果單一系統(tǒng)出現(xiàn)問題，使用兼容終端的用戶不會受到顯著影響。所以一旦某個導航系統(tǒng)癱瘓了，對單類型用戶的危害是比較大的?！睏钤菏奎c出了問題的關(guān)鍵——為了實現(xiàn)穩(wěn)健連續(xù)導航，避免由于單一衛(wèi)星系統(tǒng)出現(xiàn)問題而影響使用，建議用戶使用兼容多個系統(tǒng)的終端。當然前提是個衛(wèi)星導航系統(tǒng)要實現(xiàn)兼容性與互操作。

衛(wèi)星導航與陸地導航

一直以來，在導航定位的產(chǎn)業(yè)中，都有包括包括Locata、Resilient導航和Timing Foundation(RNTF)在內(nèi)的多家公司始終堅持打造陸地導航儲備系統(tǒng)的重要性。但是楊院士認為，與慣導、室內(nèi)定位等等陸地導航技術(shù)相比，能夠提供全天候、全天時的衛(wèi)星導航才是最佳的解決方案?！瓣懙貙Ш綍苤朴诨?，沒有基站的地方，就沒法導航。而無論在哪里，只要有衛(wèi)星信號的地方就可以導航，不需要基站?！睏钤菏窟@樣解釋到，并建議普通用戶首選能夠兼容和互操作的終端。

兼容與互操作是多導航衛(wèi)星系統(tǒng)資源利用與共享的重要內(nèi)容。2007 年印度班加羅爾舉行的第一次衛(wèi)星導航供應商論壇會議初步提出了兼容與互操作原理及定義，2008年在美國加州舉行的第三次供應商論壇會議對兼容與互操作定義進行了更新。

據(jù)楊院士介紹，兼容性是指分別或綜合使用多個全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)及區(qū)域增強系統(tǒng)，不會引起不可接受的干擾，也不會傷害其他單一衛(wèi)星導航系統(tǒng)及其服務。

實際上，兼容性不僅包括無線電頻率的兼容，還應包括坐標系統(tǒng)兼容，時間系統(tǒng)兼容，發(fā)射功率兼容等。

而互操作則是指綜合利用多個全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)、區(qū)域衛(wèi)星導航系統(tǒng)、增強衛(wèi)星導航系統(tǒng)及相應服務，能夠在用戶層面比單獨使用一種服務獲得更好的能力。

主要內(nèi)容包括：第一，同時處理不同衛(wèi)星導航系統(tǒng)信號并不顯著增加接收機的成本和復雜性；第二，多衛(wèi)星星座播發(fā)公用互操作信號將改善觀測幾何結(jié)構(gòu)，改善所有地點用戶的定位精度，減少衛(wèi)星信號受遮擋的范圍，提高衛(wèi)星的可視性；第三，坐標框架的實現(xiàn)及時間系統(tǒng)應極大限度地固聯(lián)于國際現(xiàn)已存在的統(tǒng)一標準；第四，鼓勵任何其他改善互操作的決策。

顯然，互操作的實現(xiàn)必須基于衛(wèi)星導航系統(tǒng)的兼容性。

GNSS未來發(fā)展的大趨勢

多個衛(wèi)星導航系統(tǒng)的兼容互操作不僅解決了單一系統(tǒng)有風險的問題，同時還可以提高PNT服務的可靠性。因此，楊院士認為，兼容互操作是GNSS未來發(fā)展的大趨勢。同時介紹說北斗全球?qū)Ш较到y(tǒng)建設時尤其注重與其他衛(wèi)星導航系統(tǒng)的兼容與互操作，無論是頻率、坐標系統(tǒng)和時間系統(tǒng)都將盡量與國際現(xiàn)有技術(shù)標準一致，北斗導航系統(tǒng)為國際衛(wèi)星導航領(lǐng)域做出了重要的貢獻。

兼容互操作可以無限制地使用多星座提供的多頻觀測信息進行定位、導航、定時(PNT)應用， 可減弱對單一星座的依賴， 降低電磁干擾、地形/建筑物遮擋、電離層閃爍、拒絕服務等因素導致的性能下降或服務中斷風險。在 GNSS 多星座多頻數(shù)據(jù)融合下， 經(jīng)過數(shù)據(jù)探測、篩選、組合， 將顯著增加衛(wèi)星和測距信號的數(shù)量， 大幅提升各個導航性能指標。舉一個最簡單的例子，一旦終端是兼容互操作的，衛(wèi)星數(shù)目的增多可以極大限度地減弱衛(wèi)星導航盲區(qū)，緩解單一星座下由于城市建筑物遮擋等因素引起的導航信號缺失問題，提高衛(wèi)星導航系統(tǒng)的連續(xù)性。

當談到衛(wèi)星導航系統(tǒng)癱瘓是否會造成嚴重的后果時，楊院士笑著說，雖然如今衛(wèi)星導航系統(tǒng)已經(jīng)在多個領(lǐng)域得到成功應用，并發(fā)揮了重要作用，但單一系統(tǒng)一時癱瘓也不會造成非常嚴重的后果，畢竟導航衛(wèi)星系統(tǒng)的技術(shù)已經(jīng)比較成熟，即使出現(xiàn)問題，也可以較快得到恢復，再說，多系統(tǒng)已經(jīng)能夠互相支持。針對本次的格洛納斯系統(tǒng)的問題，楊院士不認為是由于人為攻擊造成的，“和平使用太空是全人類的共同愿望?！?/p>