美国GPS现代化的进展与未来发展.

群星闪烁

美国GPS现代化的进展与未来发展

刘春保

（北京空间科技信息研究所

2004年！2月，美国总统布什批准了新的天基定位、导航与授时（PNT系统政策,用于取代1996年3月发布的GPS系统政策。新政策用于确保美国的天基PNT 服务、增强系统、后备支持及服务的拒绝与阻断等能力，从而实现以下目标：提供不间断的PNT服务的可用性；满足国家、国土和经济的安全要求及民用、科学与商业增长的需求；！保持卓越的军用天基PNT服务；V连续地提供优于国外民用天基PNT服务及其增强系统，或与其相比有竞争力的民用服务；#保持其国际公认的PNT服务的基础性地位；3提高美国在天基PNT服务应用领域的技术领先优势。

美国GPS现代化的计划也正体现了上述目标。

1%GPS现代化的最新进展

GPS-2RM卫星在GPS-2R卫星的基础上进行了现代化的改进。2005年9月

25日，第1颗改进型GPS-2RM卫星从卡纳维拉尔角发射升空，标志着GPS现代化的计划迈出了重要的一步，进入了新阶段。2006年9月25曰和11月14曰，第2、3颗GPS-2RM卫星也分别发射升空。与GPS-2R卫星相比,GPS -2RM卫星的主要改进包括:增加了3个导航信号和对有效载荷硬件进行了升级。GPS - 2RM卫星在L1和L2频段增加了2个新的军用M码信号，同时在L2频段增加了新的L2C民用信号，使GPS的导航信号増加至6个、并且提高了信号的发射功率，使其可在不同的信号间进行重新分配。

与GPS-2RM卫星相比,GPS-2F卫星将增加L5频段的L5C民用信号，采用更

先进的星载原子钟。GPS-2F卫星的星钟系统由4台艳钟和钿钟组成，并采用美国

海军研究实验室开发的数字化星钟技术,使其系统误差达到8ns。为满足増加信号及其功率的要求，GPS -2F卫星采用ABLE公司开发的新型太阳电池阵。其质量为54 9kg,在轨设计寿命为12年，并可在地面上贮存8年。即使在寿命末期，该电池阵的功率仍超过26I0W。

2006年年底和2007年年初,洛马公司与波音公司分别完成了GPS-3卫星的需

求定义研究、并通过了美国空军的审查,使GPS-3卫星的发展向前迈出了重要的一步；同时，美国空军分别与这两家公司签署了近5000万美元的合同，用于开展GPS-3卫星的风险降低和卫星初样设计工作,并计划于2007年上半年完成评审。

在GPS现状化计划中，新増加的M码军用信号实现了军用信号与民用信号的彻底分离，不需民用信号引导即可直接访问M码军用信号，这样就提高了军用信号的安全性和鲁棒性。另外，GPS实现了信号发射功率的可重新分配，能够拒绝、阻断敌方使用。因此，新的M码军用信号是美国实现导航战战略的重要基础之一。该信号采用BOC调制，并与前向误差控制技术相结合,使其数据信息在内容、结构与位速率等方面具有相当大的灵活性。它使不同的轨道平面、卫星，甚至同一颗卫星的不同载波可以配置不同的数据信息，从而实现相当高的操作灵活性，保证GPS军用服务的安全。正如美国空军联合计划办公室Brian C Barker等人所说，（M码信号是今后10年GPS军事应用与发展的核心。

为在与欧洲（伽利略系统的竞争中取得平衡或优势，实现（连续地提供优于国外民用天基PN T服务及其増强系统，或与其相比有竞争力的民用服务的目标，在GPS现代化计划中,卫星的L2和L5频段新增加2个民用导航信号,这样极大地提高了民用信号的完好性和民用导航服务的性能，增加了民用信号的前向修正功能.增强了GPS的竞争力。按计划,民用导航信号的改变将分3步进行:在GPS-2RM卫星上增加L2频段的L2C民用信号；在GPS-2F卫星上增加L5频段的L5C民用信号；！对L1频段的C/A码信号进行现代化改进,这一点在美国与欧洲签署的&关于促进、提供和使用(伽利略与GPS天基导航系统及其相关应用的协议3的附件

&GPS与(伽利略信号结构3中给出了明确的说明。

在GPS现代化的过程中，导航信号的变化情况见表1.民用信号的参数见表

2。

表1%G PS卫星导航信号的变化情况

频％段L 1L2L5 信％号C/A P (Y M L 2C P (Y M L5C GP S-2R 有有无无有无无GP S-2RM有有有有有有无GPS-2F、3有有有有有有有

表2%G PS卫星民用信号的参数

民用信号载波频率/MHz码％长码速率/M Hz位速率/(bit/s前向误差修正

L11575 4210231 02350 无L21227 6010230; 7672501 02325 有L5I176 4510230; 1023010 2350 有

%%随着GPS现代化计划的发展,以及其他因素的变化,美国空军已经调整了GPS卫星的采购计划。目前，GPS -2RM卫星的采购数量为8颗.截止到2006年年底已经发射了3颗GPS-2RM卫星。GPS-2F卫星的采购数量也由原来的33颗减少到了16颗，第1颗GPS-2F卫星可能要推迟到2008年或2009年发射。新增加的L2C 民用信号和M码军用信号可能要到2012-2013年才能投入使用, 这将严重地影响GPS现代化计划的阶段性目标的实现，是美国目前面临的、必须尽快解决的重要问题。

2%GPS的未来发展

新的天基PN T系统政策是GPS现代化和未来发展的指导方针。2005年10 月，美国国防科学委员会发布了 &未来GPS系统3调研报告，指出了GPS目前存在的问题，并提出了该系统未来的发展建议。现将其发展趋势分析、总结如下。

2 1%导航;战能力建设是G PS未来发展的核心导航战能力是美国新的天基PNT 系统政策的重点，也是GPS现代化计划的核心。其建设的目标是为美国及其盟国提供高质量的天基PNT服务,拒绝或阻断敌方使用天基PNT系统•确保美国及其盟国在天基PNT方面的优势。

目前，GPS可以满足一般军事任务的要求,但不具备足够的鲁棒性以对抗干扰