GPS现代化及其令人刮目的规划部署

+ 曹冲 （环球新时空信息技术研究院）

GPS从1978年发射第一颗卫星，到1995年正式宣布投入完全服务，仅仅用了17年时间，而从1996年美国宣布实施GPS现代化至今，已经超过二十年，由现在的情况看，完成现代化可能要到2025年以后，与开启GPS的PNT时代相结合。由此可见，GPS现代化整整耗费30余年的时间，远比建设GPS的时间要长。GPS建设费用当时大约为100亿美元。而今历经30多年，每年平均花销大概为10亿多美元，可见其现代化和维持费用累计数额巨大。用数十亿美元巨资推进现代化，其目的是更新GPS的特征和整体性能。更新的特征性能主要是新的军用和民用信号，以改进GPS的总体性能，推动美国的国家政策，确保在提供GPS全球服务和GNSS全球应用上的领先地位，让其它GNSS难于望其项背，令真正坚持事实胜于雄辩的科学智者不会轻言超过它。

从整体部署和路线图安排而言，目前GPS现代化进程强调的是：集成专项计划关键要素，释放系统强大能力，开发专才和领军者，定义未来。在最近召开的美国国家PNT咨询委员会上，隶属于空间与使命系统中心的GPS董事会发表题为“GPS/PNT现代化进展：GPSIII、MGUE、加速M-码的现状和弹性PNT”的报告，所提交的GPS专项计划的概貌及其发展路线图，分别如图1、图2所示。

图1

GPS还是以其空间段、地面运控段和用户段三大组成的现代化进程进行规划部署。新一代GPS空间段计划已经表明，其空间飞行器（SV）所构成的星座，是为运控段和用户段提供统一S波段和L波段的遥测遥控。在相当长时期内GPSIII将与GPSIIF和IIR/IIRM共同形成导航服务。而GPSIII正在实施的第一阶段，是10颗GPSIII卫星，其第一颗卫星将在今年发射。其后，第二阶段的追随者GPSIII-F卫星要到2020年才发22颗卫星中的第一颗。GPS现代化专项计划，能够这样一拖再拖，一改再改，做到胸中有数，其中的关键是GPS卫星寿命的大幅度延长。例如一颗GPSIIA卫星于1993年10月26日发射入轨，至今已连续运营24年有余，并仍在提供服务。GPSIII开始，卫星设计的工作寿命提升为15年。当然，风险也来自于这方面，因为在轨工作的GPS卫星，其中有一半以上，已经工作超过十年，其中许多已经远远超过其寿命期。GPSIII/IIIF卫星继续保有原有GPS卫星上的核侦察系统（NDS）上下行电路，卫星的主载荷是派发先进的能力，为所有GPSIII信号改进坚韧性（又称为弹性），提供L波段下行的导航服务。

图2

在GPS现代化专项计划中，执行得最为顺利的是空间段的卫星升级为第三代GPS卫星的规划。其中GPSIII前面六颗卫星已经先后投产，第一颗已经在仓库整装待发，预计今年底发射，第三颗卫星准备在2019年7月发射，连第六颗卫星都已在上总装线。GPSIII-F卫星在2018至2020年间，完成计划审批和合同签订，然后就是6年之久的研发生产测试联調期，直到2026年二季度发射第一颗卫星。

运控段在GPS现代化专项计划中，一直作为困难重重的关键性要素在推进，负责空间段资源的遥测、跟踪和指令，向外部接口分发有用数据。GPS新一代的运控段（OCX），以六个行动计划加以齐头并进推进，它们是：运控系统/总体架构演变计划（OCS/AEP）、GPSIII应急运作（COps）、M-码早期应用（MCEU）、OCX Block 0、OCX Block 1 & 2，以及可用性选择与电子欺骗模块（SAASM）使命计划系统（SMPS）。

用户段在GPSIII发展阶段，也得到充分足够的重视，实施军用GPS用户设备（MGUE）增量计划1，和MGUE增量计划2，加以推进。MGUE业经安全审批，开展集成与测试，而且提供MGUE增量计划1，分别进行海事应用、空军应用、海军应用和陆军应用的多种多样的集成与测试，直到2020-2021年。而MGUE增量计划2 将一直持续不断地延续下去。

值得注意的是，GPS正在和下一步的现代化专项计划，重点是形成军事应用能力。从2017年开始，太空中带有军（M）码的卫星已经设置健康标志，2017-2018年能够自动形成军码，2019-2021年间利用GPSIII进行军码测试，和在OCS运营中采用核心军码，2022-2023年间，实现天地一体的完全的军码使用。至2024年实现星座管理（CM）IOC/FOC，PNT IOC，以及双频民用导航（DFCN）IOC/FOC，GPS/PNT现代化形成雏形。而关键目标点是2020年，口号是“2020年要将M-码送到战斗员的手中”。在实现这个目标，需重点保障以下事项的进度：军码密钥要通过美国国家安全局的验审认证；发射第一批GPSIII卫星；在完成OCX的同时，将军码加入OCS系统中；完成MGUE增量计划1研发目标；接受智能集成的考验，把科技成果送到第一线战斗员之手。