趙爽 （北京空間科技信息研究所）

目前，國際上幾個主要航天開發(fā)國家和區(qū)域組織都建立了或正在部署自己的衛(wèi)星導航系統(tǒng)，如美國擁有已經(jīng)部署完成的全球覆蓋的衛(wèi)星導航系統(tǒng)—GPS系統(tǒng)和部署完成的星基增強系統(tǒng)“廣域增強系統(tǒng)”（WAAS）；俄羅斯擁有已經(jīng)部署完成的全球覆蓋的衛(wèi)星導航系統(tǒng)—GLONASS系統(tǒng)和正在發(fā)展的星基增強系統(tǒng)“差分校正和監(jiān)測系統(tǒng)”（SDCM）；歐盟正在發(fā)展其全球覆蓋的衛(wèi)星導航系統(tǒng)—“伽利略”（Galileo）導航衛(wèi)星系統(tǒng)和正在發(fā)展的星基增強系統(tǒng)“歐洲地球靜止導航重疊服務”（EGNOS）系統(tǒng)；中國發(fā)展的全球覆蓋系統(tǒng)—“北斗二代”衛(wèi)星導航系統(tǒng)目前已經(jīng)實現(xiàn)區(qū)域覆蓋，同時這也是一個衛(wèi)星導航系統(tǒng)與星基增強系統(tǒng)統(tǒng)一籌劃建設的系統(tǒng)。除了上述四大全球覆蓋的衛(wèi)星導航系統(tǒng)之外，日本和印度正在發(fā)展的衛(wèi)星導航區(qū)域覆蓋系統(tǒng)及星基增強系統(tǒng)，也是目前國際衛(wèi)星導航領(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），星基增強系統(tǒng)名為“GPS輔助靜地軌道增強導航系統(tǒng)”（GAGAN）；日本發(fā)展衛(wèi)星導航區(qū)域覆蓋系統(tǒng)名為“準天頂衛(wèi)星系統(tǒng)”（QZSS），星基增強系統(tǒng)名為“多功能衛(wèi)星星基增強系統(tǒng)”（MSAS）。

1 日本衛(wèi)星導航系統(tǒng)發(fā)展

“準天頂衛(wèi)星系統(tǒng)”

“準天頂衛(wèi)星系統(tǒng)”是日本正在研發(fā)與建設的天基導航增強系統(tǒng)，也是日本建設自主區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的第一步。按最初的設想，日本區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的建設將分兩個階段進行：第一階段，建設由3顆衛(wèi)星組成的“準天頂衛(wèi)星系統(tǒng)”；第二，建設由4顆“準天頂”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)投入運行服務，有效地提高了日本衛(wèi)星導航服務的能力。“準天頂衛(wèi)星系統(tǒng)”衛(wèi)星主承包商為日本三菱電機公司，衛(wèi)星采用日本自主研發(fā)的靜止軌道通信衛(wèi)星平臺DS－2000，衛(wèi)星質(zhì)量4100kg，設計壽命10年。

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

日本“準天頂衛(wèi)星系統(tǒng)”衛(wèi)星導航信號

“準天頂衛(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)星導航信號的可見性，特別是改善城市峽谷效應，提高導航信號的可用性，滿足日本日益增長的衛(wèi)星導航服務需求。

2012年9月21日，日本政府批準了由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“準天頂衛(wèi)星系統(tǒng)”建設計劃，投資總額約34億美元，計劃于2018年前完成部署。

2013年4月，日本政府簽署了3顆“準天頂衛(wèi)星系統(tǒng)”衛(wèi)星的采購合同，按計劃第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，日本正在開展上述3顆衛(wèi)星的研制工作，并積極開展國際合作，力爭在亞太地區(qū)推廣“準天頂衛(wèi)星系統(tǒng)”的應用。

2014年，日本修改了“防衛(wèi)航天開發(fā)利用基本方針”，將“準天頂衛(wèi)星系統(tǒng)”的應用擴展至軍事領(lǐng)域，并積極謀劃利用GPS現(xiàn)代化改進提升日本軍事定位導航授時能力。

“多用途衛(wèi)星星基增強系統(tǒng)”

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

“多用途衛(wèi)星星基增強系統(tǒng)”的空間段由2顆“多用途運輸衛(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)境觀測衛(wèi)星—“向日葵”（Himawari）衛(wèi)星的第二代?！岸嘤猛具\輸衛(wèi)星”是日本國土交通省和日本氣象廳共同出資發(fā)展的氣象觀測與GPS系統(tǒng)導航增強衛(wèi)星。除了為日本氣象廳提供氣象服務外，還為日本民航局執(zhí)行航空運輸管理和導航服務。美國勞拉空間系統(tǒng)公司是多用途運輸衛(wèi)星－1/1R的主承包商，日本三菱電機公司是多用途傳輸衛(wèi)星－2的主承包商。截至目前，在軌運行的衛(wèi)星包括多用途運輸衛(wèi)星－1R、2，分別位于140°（E）和145°（E）上，采用Ku、L兩個頻段，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，主要用于導航服務。

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

日本“多用途衛(wèi)星星基增強系統(tǒng)”構(gòu)成

日本多用途運輸衛(wèi)星－1R

“多用途衛(wèi)星星基增強系統(tǒng)”已于2007年9月實現(xiàn)初始運行，完成了地面系統(tǒng)以及2顆多用途運輸衛(wèi)星－2的集成、衛(wèi)星覆蓋區(qū)域測試以及“多用途運輸衛(wèi)星”位置的安全評估和運行評估測試（包括衛(wèi)星信號功率測試、動靜態(tài)定位測試和主控站備份切換測試等）。測試表明，“多用途衛(wèi)星星基增強系統(tǒng)”能夠很好地提高日本偏遠島嶼機場的導航服務性能，滿足國際民航組織（ICAO）對非精密近進階段（NPA）等方面的要求。

2 印度衛(wèi)星導航系統(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，預計投資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，質(zhì)量約為1370kg，太陽電池總功率1600W。有效載荷包括2個40W的固態(tài)功率放大器、時鐘管理與控制單元、頻率發(fā)生與調(diào)制單元、導航處理器、信號發(fā)生器和原子鐘等。導航頻率選用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外采購，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。衛(wèi)星的碼分多址（CDMA）測距上行頻率為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顆也預計將在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個擁有自主衛(wèi)星導航能力的國家，滿足其軍事衛(wèi)星導航的需求。雖然，因星座構(gòu)型和星座衛(wèi)星數(shù)量的限制，其定位導航精度、服務范圍遠不及已經(jīng)投入運行的GPS、GLONASS和“北斗”系統(tǒng)，但完全自主的衛(wèi)星導航系統(tǒng)也將有效地增強印度的軍事能力，提升印度區(qū)域大國的地位。

“GPS輔助靜地軌道增強導航系統(tǒng)”

“GPS輔助靜地軌道增強導航系統(tǒng)”由印度空間研究組織和印度航空管理局（AAI）聯(lián)合組織開發(fā)?！癎PS輔助靜地軌道增強導航系統(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)導航信息，并可與GPS兼容和互操作?？臻g信號覆蓋整個印度大陸，能為用戶提供GPS信號和差分修正信息，用于改善印度機場和航空應用的GPS定位精度和可靠性。

按計劃，“GPS輔助靜地軌道增強導航系統(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。“地球靜止衛(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，并計劃采用印度自己的“地球同步衛(wèi)星運載火箭”（GSLV）發(fā)射。目前，“GPS輔助靜地軌道增強導航系統(tǒng)”空間段計劃使用的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輔助靜地軌道增強導航系統(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輔助靜地軌道增強導航系統(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輔助靜地軌道增強導航系統(tǒng)”的地面段包括10個參考站：1個位于班加羅爾的主控站，8個分別位于德里、班加羅爾、艾哈邁達巴德、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。