“兼容性和互操作性是GNSS未来发展的趋势”——从格洛纳斯瘫痪谈起

+ 孙凝子

“兼容性和互操作性是GNSS未来发展的趋势”
——从格洛纳斯瘫痪谈起

+ 孙凝子

4月2日，作为全球四大卫星导航系统之一的俄罗斯格洛纳斯系统瘫痪，经过13个小时的紧急抢修，终于恢复正常。有媒体报道，该系统的整体瘫痪令行业内的多位专家忧心不已。Locata Corporation公司总裁Nunzio Gambale表示：“如果没有一种储备技术系统，那么卫星系统瘫痪了，我们要怎么办？”新不伦瑞克大学大地测量和测绘工程系的教授Richard Langley博士同时指出在GPS为王的世界里，一定要研发储备技术，而不能仅仅依赖其他的全球卫星导航系统。

那么，现有的GPS、格洛纳斯、伽利略和北斗等全球卫星导航系统是否的确存在瘫痪的可能？如果卫星导航系统真的瘫痪，是否会像某些国外媒体报道中说的那样“全球经济就要度过大萧条的严冬，也许几十年也缓不过劲来”呢？带着这些问题，笔者走访了著名大地测量学家和卫星导航定位专家杨元喜院士。

“单一卫星导航系统是不靠谱的”

杨院士说，这次格洛纳斯瘫痪反应了导航系统的健康性问题。这个问题，一向为所有专家所重视。然而所有的卫星导航系统都无法避免出现问题。“即使建立一套备份系统，也无法保证这套备份系统不出问题。只能这样说，单一的卫星导航系统是不靠谱的。”杨院士总结。

要解决这个问题，杨院士倡议各个导航系统之间“分建共享”，即分别建设，共同分享。“这一点上，国际上一直都有共识。几大系统为了实现互操作，每年都在国际导航联合会（ICG）进行讨论，进展很顺利。GPS、GLONASS、北斗及伽利略系统在兼容的基础上实现互操作，将来一定会得到很好落实，用户只要使用多系统兼容终端，稳健性一般会得到保障。如果单一系统出现问题，使用兼容终端的用户不会受到显著影响。所以一旦某个导航系统瘫痪了，对单类型用户的危害是比较大的。”杨院士点出了问题的关键——为了实现稳健连续导航，避免由于单一卫星系统出现问题而影响使用，建议用户使用兼容多个系统的终端。当然前提是个卫星导航系统要实现兼容性与互操作。

卫星导航与陆地导航

一直以来，在导航定位的产业中，都有包括包括Locata、Resilient导航和Timing Foundation(RNTF)在内的多家公司始终坚持打造陆地导航储备系统的重要性。但是杨院士认为，与惯导、室内定位等等陆地导航技术相比，能够提供全天候、全天时的卫星导航才是最佳的解决方案。“陆地导航会受制于基站，没有基站的地方，就没法导航。而无论在哪里，只要有卫星信号的地方就可以导航，不需要基站。”杨院士这样解释到，并建议普通用户首选能够兼容和互操作的终端。

兼容与互操作是多导航卫星系统资源利用与共享的重要内容。2007 年印度班加罗尔举行的第一次卫星导航供应商论坛会议初步提出了兼容与互操作原理及定义，2008年在美国加州举行的第三次供应商论坛会议对兼容与互操作定义进行了更新。

据杨院士介绍，兼容性是指分别或综合使用多个全球卫星导航系统及区域增强系统，不会引起不可接受的干扰，也不会伤害其他单一卫星导航系统及其服务。

实际上，兼容性不仅包括无线电频率的兼容，还应包括坐标系统兼容，时间系统兼容，发射功率兼容等。

而互操作则是指综合利用多个全球导航卫星系统、区域卫星导航系统、增强卫星导航系统及相应服务，能够在用户层面比单独使用一种服务获得更好的能力。

主要内容包括：第一，同时处理不同卫星导航系统信号并不显著增加接收机的成本和复杂性；第二，多卫星星座播发公用互操作信号将改善观测几何结构，改善所有地点用户的定位精度，减少卫星信号受遮挡的范围，提高卫星的可视性；第三，坐标框架的实现及时间系统应极大限度地固联于国际现已存在的统一标准；第四，鼓励任何其他改善互操作的决策。

显然，互操作的实现必须基于卫星导航系统的兼容性。

GNSS未来发展的大趋势

多个卫星导航系统的兼容互操作不仅解决了单一系统有风险的问题，同时还可以提高PNT服务的可靠性。因此，杨院士认为，兼容互操作是GNSS未来发展的大趋势。同时介绍说北斗全球导航系统建设时尤其注重与其他卫星导航系统的兼容与互操作，无论是频率、坐标系统和时间系统都将尽量与国际现有技术标准一致，北斗导航系统为国际卫星导航领域做出了重要的贡献。

兼容互操作可以无限制地使用多星座提供的多频观测信息进行定位、导航、定时(PNT)应用， 可减弱对单一星座的依赖， 降低电磁干扰、地形/建筑物遮挡、电离层闪烁、拒绝服务等因素导致的性能下降或服务中断风险。在 GNSS 多星座多频数据融合下， 经过数据探测、筛选、组合， 将显著增加卫星和测距信号的数量， 大幅提升各个导航性能指标。举一个最简单的例子，一旦终端是兼容互操作的，卫星数目的增多可以极大限度地减弱卫星导航盲区，缓解单一星座下由于城市建筑物遮挡等因素引起的导航信号缺失问题，提高卫星导航系统的连续性。

当谈到卫星导航系统瘫痪是否会造成严重的后果时，杨院士笑着说，虽然如今卫星导航系统已经在多个领域得到成功应用，并发挥了重要作用，但单一系统一时瘫痪也不会造成非常严重的后果，毕竟导航卫星系统的技术已经比较成熟，即使出现问题，也可以较快得到恢复，再说，多系统已经能够互相支持。针对本次的格洛纳斯系统的问题，杨院士不认为是由于人为攻击造成的，“和平使用太空是全人类的共同愿望。”