GPS,北斗导航卫星定位系统,俄罗斯格洛纳斯,欧洲“伽利略”卫星定位系统,到现在都有什么最新的进展?

GPS,北斗导航卫星定位系统,俄罗斯格洛纳斯,欧洲“伽利略”卫星定位系统,到现在都有什么最新的进展?

这个问题如果回答的好都可以发表在核心期刊上了,具体技术方面的进展没有详细研究,不过恰好最近在做相关的东西,先把政策方面的东西甩上来,感兴趣的可以看看。

请尊重我的翻译成果,拒绝引用,转载注明出处。

1. 美国全球定位系统(GPS)

全球定位系统(GPS)是美国开发的第二个卫星导航系统[1],从建立之初就是军民两用系统。具有全球覆盖、连续工作(全天候)、高精度的特点。GPS由空间段、地面监控段和用户段三部分组成。空间段:为保持GPS的运作,至少要有24颗卫星在轨运行。截至2016年3月9日GPS星座共有31颗GPS卫星在轨运行,包括12颗GPS II R卫星、7颗GPS II R-M卫星和12颗GPS II F卫星。地面监控段:GPS的运行控制包括三个主要子系统,1个主控站、4个地面天线网络和全球分布的监控站网络。随着GPS系统的不断改善,用户误差与公布的性能标准比较结果见图1。

图1 GPS空间信号精度超过公布的性能标准

2004年12月,时任美国总统布什签署《天基定位、导航与授时政策》,用以代替1996年3月发布的《美国GPS政策》。新政策的目的是确保美国天基定位、导航和授时服务,增强系统、后备支持及服务的拒绝与阻断能力:(1)提供不间断的定位、导航和授时服务的可用性;(2)满足国家安全、国土安全、经济安全、民用需求和科学与商业需求的增长;(3)保持卓越的军用天基定位、导航和授时服务;(4)连续地提供优于或与国外民用天基定位、导航和授时服务及其增强系统相比有竞争力的民用服务;(5)保持其国际公认的定位、导航和授时服务的基础地位;(6)提高美国在天基定位、导航和授时服务应用领域的技术领先地位。

美国总统奥巴马于2010年6月签署的《国家航天政策》中为使美国保持其在全球导航卫星系统(GNSS)的服务、供应和使用方面的领导地位,规定:(1)为和平民用目的提供GPS和政府提供的增强服务的全球性持续访问,且免收直接用户费用;(2)与国外GNSS供应方接触,以鼓励实现兼容性和互通性,提高民用服务供应的透明性,并允许美国工业市场准入;(3)运行并维护GPS星座,以依照所发布的性能标准和接口规范满足民用和国家安全需求。国外的PNT服务可用于提高和加强GPS的适应能力;(4)投资发展国内能力,并支持开展国际性活动,以检测、缓减对GPS的有害干扰且提高对此类干扰的耐受能力,并找出且在必要和适当情况下落实针对关键基础设施、关键资源和任务基础功能的冗余和备份系统或方法。

2015财年美国国会为GPS项目拨款10亿美元,2016财年计划为GPS项目拨款9.65亿美元。

2. 俄罗斯格洛纳斯全球导航卫星系统(GLONASS)

俄罗斯的格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)从20世纪70年代开始建设[2],于1996年正式运行。GLONASS也是由空间段、地面监控段和用户段三部分组成。空间段:为保持GLONASS的运作,至少要有24颗卫星在轨运行。截至2016年1月,GLONASS系统星座共有29颗卫星(27颗GLONASS-M卫星和2颗GLONASS-K卫星),其中24颗在轨运行,2颗备份星,1颗处于技术检查阶段,2颗已完成飞行测试。地面监控段:GLONASS地面控制段包括1个控制中心,1个同步中心和若干遥测、跟踪控制站和监测站。

从2003年起,GLONASS系统进入全面升级阶段:生产并发射寿命更长、通讯系统更为稳定的GLONASS-M卫星;2011年,发射具有新型信号和功能的GLONASS-K卫星。GLONASS-M将在新一代GLONASS-K完成飞行试验前,替代之前的旧型卫星。2010-2015年间,GLONASS的精度有了大幅提升,目前空间信号平均定位精度为2.8米(图2)。

图2 GLONASS空间信号定位精度

2007年5月17日俄联邦总统令第638号,签署了《关于使用GLONASS全球导航卫星系统以满足俄联邦社会经济发展需求》,规定:(1)为国内和国际用户提供免费、无限制访问权限的GLONASS定位信号;(2)俄联邦权力机构在辖区内需使用基于GLONASS的用户设备;(3)建议俄联邦地区行政机构和政府组织使用GLONASS导航设备;(4)俄罗斯航天局(Roscosmos)需协调GLONASS的维护、开发和使用,以满足民用、包括商用需求,同时促进国际合作。

2012年3月3日俄罗斯政府批准了联邦目标计划《2012-2020 GLONASS系统维护、开发和使用》,总预算3265亿卢布。计划分两个阶段实施:第一阶段2012-2015年,第二阶段2016-2020年,GLONASS系统将在2020年完成全面部署。该计划旨在大力推行和使用卫星导航技术及服务,即GLONASS系统,以满足特殊和民用(包括商业和科学)用户、及国际上对俄罗斯卫星导航技术的需求。

3. 欧洲伽利略导航卫星系统(Galileo)

伽利略导航卫星系统(Galileo)是欧洲第二代全球导航卫星系统[3],由欧盟和欧洲航天局(ESA)合作开发,旨在提供高精度的全球定位保障服务,并与GPS和GLONASS系统实现兼容与互通性。空间段:完整的Galileo星座系统将包括30颗卫星,其中24颗卫星为工作星,6颗为备份星。地面监控段:Galileo地面段包括2个控制中心,1个由16个传感器站组成的全球网络,6个卫星跟踪指挥站和5个任务上行站。

Galileo计划分为两个阶段:在轨验证阶段(IOV)和完全工作能力(FOC)。计划在2016年末之前实现初始服务,计划于2020年完成全面部署。一旦Galileo实现运行,可提供的服务包括:(1)开放服务,Galileo导航信号可由公众可免费获取,同时提供改善的全球定位服务;(2)公共管理服务,为特定用户(如政府机构)提供两个加密信号;(3)搜索和救援服务,Galileo支持国际卫星搜索救援系统开展搜索和救援,求救信号将中继到救援协调中心,同时Galileo将通知用户信息已接收;(4)生命安全服务,目前EGNOS已经用于国际民用航空组织(ICAO)标准,同时增强Galileo系统,进一步提高服务功能;(5)商业服务,Galileo将为专业用户提供高数据吞吐量和高精度验证数据信号。