劉棟梁 陸靜 鄭紫霞 張嵩 王亞龍（中國航天標準化研究所）

1 引言

衛(wèi)星導航系統(tǒng)作為當代人類社會使用最廣泛的高精度定位、導航和授時手段，自問世以來深刻改變了人類社會生產(chǎn)生活方式，顛覆了軍事領(lǐng)域戰(zhàn)爭形態(tài)和作戰(zhàn)樣式。目前，全世界有四大全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)（GNSS），即美國全球定位系統(tǒng)（GPS）、俄羅斯格洛納斯衛(wèi)星導航系統(tǒng)（GLONASS）、歐洲伽利略衛(wèi)星導航系統(tǒng)（Galileo）和中國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)（BDS），為全球用戶提供服務(wù)。兩個區(qū)域衛(wèi)星導航系統(tǒng)，即印度區(qū)域衛(wèi)星導航系統(tǒng)（IRNSS）和日本準天頂衛(wèi)星系統(tǒng)（QZSS），為指定覆蓋區(qū)域用戶提供位置、速度和時間（PVT）服務(wù)[1-4]。

2013年7月，印度第一顆導航衛(wèi)星成功發(fā)射。近年來，IRNSS系統(tǒng)建設(shè)逐步推進，實現(xiàn)為印度境內(nèi)及周邊1500km區(qū)域內(nèi)提供導航定位服務(wù)。2021年7月，印度航天部（DOS）發(fā)布了其公開版《2021印度衛(wèi)星導航政策（ISNP-2021）》，闡述了2021年印度衛(wèi)星導航政策的戰(zhàn)略背景、政策目標、具體舉措，旨在通過制定全面和可操作的國家政策來指導政府有效開發(fā)、運行和維護自主控制的衛(wèi)星導航系統(tǒng)及其增強系統(tǒng)。

2 印度衛(wèi)星導航系統(tǒng)發(fā)展歷程

1999年，印度和巴基斯坦在卡吉爾（Kargil）地區(qū)發(fā)生軍事沖突，美國切斷了該地區(qū)的GPS信號，導致印度巡邏隊沿著崎嶇山路，誤入了巴基斯坦軍隊控制區(qū)并造成了印軍的嚴重傷亡。為了能夠提前獲得巴基斯坦軍隊相關(guān)位置信息，印度軍隊向美國提出使用GPS信號申請，卻得到了美國的拒絕。此次軍事行動讓印度軍隊徹底意識到了衛(wèi)星導航系統(tǒng)的重要性，從此便開始了本國衛(wèi)星導航系統(tǒng)的建設(shè)之路[5]。2006年5月，印度空間研究組織（ISRO）和印度機場管理局(AAI)共同提交了“GPS輔助型靜地軌道增強導航系統(tǒng)”（GAGAN）和IRNSS兩個衛(wèi)星導航系統(tǒng)的開發(fā)項目，并得到國家政府的批準[6]。

與其他衛(wèi)星導航系統(tǒng)一樣，IRNSS也是由空間段、地面段及應(yīng)用段組成，以盡可能低的投入完成系統(tǒng)建設(shè)，提供標準定位服務(wù)和授權(quán)定位服務(wù)，服務(wù)性能滿足印度軍事與民用衛(wèi)星導航的需求。

2013年7月，印度發(fā)射第一顆導航衛(wèi)星IRNSS－1A。2016年4月，印度成功發(fā)射第7顆導航衛(wèi)星并完成星座組網(wǎng)，印度總理納尼德拉·莫迪（Narendra Modi）宣布，將IRNSS更名為印度星座導航（NavIC），NavIC 在梵語中意為“領(lǐng)航者”或者“舵手”。

2017年1月，ISRO透露NavIC搭載的3個原子鐘出現(xiàn)故障。這3個原子鐘都搭載于IRNSS－1A衛(wèi)星上,該衛(wèi)星已無法發(fā)送精確導航信號，但其提供的短報文還可以使用。2018年4月，印度成功發(fā)射了第8顆導航衛(wèi)星IRNSS－1I。目前在軌服務(wù)的導航衛(wèi)星為8顆，主要目標是為印度境內(nèi)及周邊1500km區(qū)域內(nèi)提供導航定位服務(wù)，其中7顆衛(wèi)星用于發(fā)送導航信號，1顆星載原子鐘失效的衛(wèi)星IRNSS－1A用來播發(fā)短報文。

NavIC服務(wù)區(qū)域示意

印度衛(wèi)星導航系統(tǒng)建設(shè)分為兩個階段，即“兩步走”戰(zhàn)略：第一個目標是要建設(shè)能覆蓋印度全國的“區(qū)域衛(wèi)星導航系統(tǒng)”；第二個目標，也就是最終目標，是要和美國、俄羅斯、歐洲、中國一樣，建設(shè)能覆蓋全球的衛(wèi)星導航系統(tǒng)[8-9]。NavIC使印度在本國范圍內(nèi)擺脫了對美國GPS系統(tǒng)的依賴。NavIC的建成使印度躋身衛(wèi)星導航大國行列，擁有完全自主的衛(wèi)星導航能力的夢想成為現(xiàn)實。目前，NavIC已經(jīng)實現(xiàn)了印度的第一個發(fā)展目標，并且具備可以向全球性擴展的特點，使印度“全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)”的建設(shè)成為可能[10]。

3 政策發(fā)布背景

2021年7月29日，印度航天部發(fā)布《2021印度衛(wèi)星導航政策》草案，旨在進一步推進其“自力更生”計劃的實施。

隨著信息和移動通信技術(shù)的出現(xiàn)，印度各行各業(yè)高度依賴全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)提供的位置、速度和時間應(yīng)用服務(wù)。在民用領(lǐng)域，GNSS和區(qū)域衛(wèi)星導航系統(tǒng)均為覆蓋區(qū)域的空天地海等應(yīng)用領(lǐng)域提供免費導航信號，涉及跟蹤、遠程信息處理、基于位置的服務(wù)（使用手機和移動設(shè)備）、汽車、測量、地圖、地理信息系統(tǒng)（GIS）以及授時服務(wù)。由于免費導航信號易受攻擊，針對具體戰(zhàn)略應(yīng)用，各國GNSS也有專門的安全導航信號。NavIC就是印度政府出于國家戰(zhàn)略應(yīng)用研制和掌控的具備彈性的獨立區(qū)域衛(wèi)星導航系統(tǒng)。

2013－2016年，NavIC發(fā)展形勢較好，但是相對印度自身制定的發(fā)展計劃而言，其發(fā)展嚴重滯后且預(yù)算不足。關(guān)于NavIC未來的發(fā)展計劃，DOS在其第“十二五”計劃（2012－2017年）中表示：“將會把衛(wèi)星數(shù)量從7個增加到11個，以擴大范圍。新增的4顆衛(wèi)星將在‘十二五’期間制造，并將在‘十三五’開始時進行發(fā)射?！比欢鴮嶋H情況是“十三五”已到尾聲，此計劃仍未執(zhí)行。除此以外，2017年，印度對NavIC項目進行審計，結(jié)果表明，超出預(yù)算將近60%，且尚有16%的合同未執(zhí)行，多份合同出現(xiàn)嚴重延期。

印度政府要推進其計劃，必須確保NavIC和GAGAN服務(wù)的連續(xù)性，并根據(jù)技術(shù)發(fā)展對系統(tǒng)進行升級，保持與其他GNSS/星基增強系統(tǒng)（SBAS）協(xié)同工作的能力[11]。在基于衛(wèi)星的導航和增強服務(wù)方面重點確保可用性和質(zhì)量、提高使用率、致力于服務(wù)的逐步發(fā)展以及促進研發(fā)。印度航天部需建立相應(yīng)機制，促進非政府私營實體、州政府機構(gòu)、非政府機構(gòu)和學術(shù)界參與創(chuàng)建使用印度衛(wèi)星導航系統(tǒng)構(gòu)建的生態(tài)系統(tǒng)。因此，出于本國衛(wèi)星導航應(yīng)用發(fā)展，印度政府制定并發(fā)布《2021印度衛(wèi)星導航政策》。

4 政策目標及實施措施

《政策》提出8項目標，并主要由ISRO和DOS負責實施，具體闡述如下。

（1）針對衛(wèi)星導航系統(tǒng)，在規(guī)定覆蓋范圍內(nèi)，確保民用免費導航信號和基于戰(zhàn)略應(yīng)用的安全導航信號具備保障能力和持續(xù)可用性

NavlC提供的信號可用于全天候精準確定公共參考坐標系中的位置、速度和時間?？臻g段與地面段協(xié)同工作，為最終用戶提供導航服務(wù)。

為實現(xiàn)此項目標，報告確定的實施措施包括：確保NavIC空間段的正常運行和維護，在衛(wèi)星達到壽命周期，或是因意外故障而出現(xiàn)緊急情況時，有足夠的備用衛(wèi)星可以替換；確保在廣播傳統(tǒng)導航信號的同時，可以在空間段靈活加入新的導航信號和服務(wù)，在必要時可以滿足國家需求；規(guī)劃地面段的升級、更換和擴建；保護空間段和地面段的使用頻率，包括廣播導航信號；制定并實施風險緩解計劃，保護基礎(chǔ)設(shè)施免受安全威脅；制定協(xié)助戰(zhàn)略用戶開發(fā)特定技術(shù)的機制，以應(yīng)對使用NavIC安全導航信號時可能面臨的威脅。

（2）針對星基增強系統(tǒng)，在規(guī)定覆蓋范圍內(nèi)，確保為航空安全領(lǐng)域提供有效保障能力和持續(xù)可用性

GAGAN的目標是建立和部署一個經(jīng)認證的基于衛(wèi)星的增強系統(tǒng)，主要用于滿足印度領(lǐng)空的民用航空應(yīng)用。GAGAN已被宣布在民用航空中用于生命安全應(yīng)用，并確保GAGAN系統(tǒng)的無縫運行，還正在努力將GAGAN用于非航空部門相關(guān)的應(yīng)用。

為實現(xiàn)此項目標，報告確定的實施措施包括：確保GAGAN空間段的正常運行和維護；在適當?shù)男l(wèi)星上裝載GAGAN有效載荷，以應(yīng)對在軌衛(wèi)星達到壽命周期需要更換的情況，或是因在軌GAGAN有效載荷/衛(wèi)星出現(xiàn)意外故障等緊急情況，確保GAGAN服務(wù)的連續(xù)性；評估不同的地球靜止軌道（GEO）衛(wèi)星或非GEO衛(wèi)星（視需要而定）攜帶需要同時工作的GAGAN有效載荷的數(shù)量；發(fā)展GAGAN增強信號，以支持多個GNSS雙頻信號；制定和擴大GAGAN在非航空領(lǐng)域應(yīng)用的機制；嚴格控制有關(guān)空間段和地面段運行的關(guān)鍵信息，以保護星基增強系統(tǒng)；制定并實施風險緩解計劃，以保護基礎(chǔ)設(shè)施免受威脅。

（3）發(fā)布空間信號接口定義文件

衛(wèi)星導航和增強系統(tǒng)在各自的網(wǎng)站上以接口控制文件的形式發(fā)布詳細的空間信號特征，使工業(yè)界能夠開發(fā)產(chǎn)品，學術(shù)界能夠進行研究和開發(fā)。在公共領(lǐng)域定期共享自由對空導航信號的性能參數(shù)，以確保衛(wèi)星導航系統(tǒng)的可靠性。

為實現(xiàn)此項目標，報告確定的實施措施包括：公開提供免費導航信號的空間信號接口定義文件以及與免費信號傳輸性能的相關(guān)信息，以促進民用領(lǐng)域的發(fā)展；定期發(fā)布免費導航信號的性能參數(shù)以及導航衛(wèi)星系統(tǒng)運行通告；制定一種空間信號接口定義發(fā)布機制，以確保接收機在開發(fā)、生產(chǎn)和使用階段的保密性。

（4）逐步發(fā)展導航信號，并擴大覆蓋范圍以提升應(yīng)用服務(wù)

在過去幾十年中，衛(wèi)星導航在準確性方面發(fā)生了革命性的變化，為了滿足由于衛(wèi)星導航應(yīng)用的不斷擴展而產(chǎn)生的提高定位性能的需求，GNSS正在采用最新技術(shù)來改進導航信號。NavIC也引入新的信號，從而提升能力和擴大覆蓋范圍。

為實現(xiàn)此項目標，報告確定的實施措施包括：采用先進技術(shù)機制發(fā)展導航信號，既要考慮技術(shù)發(fā)展趨勢，又需確保與傳統(tǒng)系統(tǒng)相兼容；除了提供PVT服務(wù)以外，應(yīng)計劃提供其他信號，以支持搜救、緊急警報系統(tǒng)、高精度服務(wù)等聯(lián)合服務(wù)。

目前的導航信號主要面向地面指定覆蓋范圍的用戶，應(yīng)致力于發(fā)展面向空間應(yīng)用領(lǐng)域的導航信號；擴大NavIC的覆蓋范圍，確保在不使用其他GNSS的情況下具備全球可用性。

（5）注重技術(shù)開發(fā)，增強衛(wèi)星導航系統(tǒng)能力

近年來，用于導航和增強系統(tǒng)空間段和地面段的技術(shù)在性能、可靠性、效率等方面不斷發(fā)展，印度衛(wèi)星導航和增強系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展將集中于空間和地面段的國產(chǎn)化、微型化和性能改進。

為實現(xiàn)此項目標，報告確定的實施措施包括：減少國外進口；確保地面系統(tǒng)定期配備最先進的設(shè)備；充分利用空間段高穩(wěn)定時鐘、人工智能、機器學習、星間鏈路、導航信號在軌可重新編程、量子通信等不斷發(fā)展的新興技術(shù)。

（6）促進印度衛(wèi)星導航和增強系統(tǒng)信號與其他GNSS/SBAS信號的兼容性和互操作性

衛(wèi)星導航和增強系統(tǒng)共用相同的無線電頻段來廣播導航信號，國際電信聯(lián)盟（ITU）管理無線電頻率分配。此外，國際民用航空組織（ICAO）設(shè)置了論壇，以確保增強系統(tǒng)服務(wù)提供商之間的共識，以便在航空服務(wù)中實施NavIC和GAGAN系統(tǒng)符合國際電聯(lián)、全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)國際委員會（ICG）和ICAO的標準、慣例、指南和條例。

為實現(xiàn)此項目標，報告確定的實施措施包括：與ITU協(xié)調(diào)廣播導航信號和增強信號的頻率分配；推動印度導航和增強信號與其他免費導航信號和增強信號相兼容；推動印度導航信號和增強信號與其他免費導航信號和增強信號的互操作性；與ITU、ICG、ICAO、聯(lián)合國和平利用外層空間委員會（COPUOS）、國際海事組織（IMO）等組織進行互動，以保障和促進印度導航信號和增強信號的利益。

（7）推動印度工業(yè)界和學術(shù)界基于社會效益開展衛(wèi)星導航應(yīng)用領(lǐng)域的研發(fā)活動

多年來，印度空間研究組織與工業(yè)界、學術(shù)界建立了一個聯(lián)盟，通過包容性和支持性的努力滿足空間技術(shù)/應(yīng)用各個領(lǐng)域的需要。ISRO和DOS還與政府內(nèi)的其他用戶部門進行互動，以確保印度空間資產(chǎn)的最佳利用。政府的政策與舉措，如數(shù)字印度、智能城市、印度制造和其他關(guān)鍵計劃，為印度工業(yè)和學術(shù)界創(chuàng)造了機會，推動衛(wèi)星導航服務(wù)領(lǐng)域的創(chuàng)新。

為實現(xiàn)此項目標，報告確定的實施措施包括：建立機制，促進非政府私營實體、邦政府機構(gòu)、非政府機構(gòu)和學術(shù)界參與創(chuàng)建印度衛(wèi)星導航系統(tǒng)構(gòu)建的生態(tài)系統(tǒng)，為社會經(jīng)濟創(chuàng)造效益；確定通過印度衛(wèi)星導航系統(tǒng)可以帶來社會效益的應(yīng)用領(lǐng)域，實施概念驗證示范/試點項目，并最終使印度工業(yè)產(chǎn)業(yè)化；為GNSS研究和應(yīng)用領(lǐng)域的學術(shù)機構(gòu)提供技術(shù)支持；鼓勵所有相關(guān)中央/邦政府部門利用NavIC應(yīng)用服務(wù)，以促進印度行業(yè)參與開發(fā)基于NavIC的本土解決方案；組織用戶、行業(yè)和學術(shù)界之間進行定期互動，以進行協(xié)同研發(fā)活動和終端用戶部署；組織展覽、網(wǎng)絡(luò)研討會、培訓等對外活動，提高對印度衛(wèi)星導航系統(tǒng)和能力的認識；組織“駭客馬拉松”，利用衛(wèi)星導航解決創(chuàng)新問題和開發(fā)新應(yīng)用；在學術(shù)機構(gòu)開辦衛(wèi)星導航專業(yè)課程，發(fā)展本土衛(wèi)星導航領(lǐng)域?qū)ｉT知識；探索國際合作的可能性，發(fā)展基于創(chuàng)造社會效益的衛(wèi)星導航應(yīng)用服務(wù)，致力于得到印度工業(yè)和學術(shù)界的支持。

（8）促進印度衛(wèi)星導航和增強系統(tǒng)的全球應(yīng)用

標準提供了系統(tǒng)的指南，確保了產(chǎn)品的一致性。NavIC現(xiàn)在是一些關(guān)鍵國際標準和國家標準的重要參與者。目前，NavIC獲得了IMO的認可，GAGAN系統(tǒng)已獲得ICAO的認可，并獲得民航總局的認證。

為實現(xiàn)此項目標，報告確定的實施措施包括：持續(xù)與印度標準局等本土標準制定組織和相關(guān)國際標準制定組織，如國際標準化組織、ICAO、IMO、國際電工委員會、第三代合作伙伴計劃、國際海運事業(yè)無線電技術(shù)委員會、航空無線電技術(shù)委員會以及美國國家海洋電子協(xié)會等合作，制定印度和全球標準，以實現(xiàn)印度衛(wèi)星導航系統(tǒng)和增強系統(tǒng)的應(yīng)用服務(wù)；確保印度衛(wèi)星導航和增強系統(tǒng)在相關(guān)國家和國際標準開發(fā)組織/委員會中的代表性，以保障印度導航和增強系統(tǒng)的利益；與業(yè)界共同努力，在必要時獲得ICAO、IMO等國際組織對印度衛(wèi)星導航和增強系統(tǒng)的認證。

5 結(jié)束語

定位、導航與授時技術(shù)已融入眾多領(lǐng)域，對維護國家安全、經(jīng)濟運行和基礎(chǔ)設(shè)施的高效穩(wěn)定運行影響重大。雖然就目前看來，印度NavIC系統(tǒng)與四大全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)相比，在服務(wù)性能、覆蓋范圍等方面存在較大差距，但《2021印度衛(wèi)星導航政策》的正式發(fā)布，為印度衛(wèi)星導航系統(tǒng)的發(fā)展確定了目標和實施方案，這種差距也將隨著NavIC系統(tǒng)建設(shè)的推進而逐漸縮小。