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如何评价卫星导航系统的功性能指标?

2019/5/8 9:49:54      点击:


   2019年4月20日22时41分,我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭,成功发射第四十四颗北斗导航卫星。此次发射是2019年度北斗导航卫星首次发射,拉开今年北斗高密度组网序幕。本年度计划发射8至10颗北斗三号组网卫星,完成所有中圆地球轨道卫星发射,进一步完善全球系统星座布局。明年,将全面建成北斗三号系统,可以全方位地为世界提供更优质的服务。这次发射的卫星是北斗三号系统第二十颗组网卫星,也是北斗三号系统首颗倾斜地球同步轨道卫星,经过一系列在轨测试后,该卫星将与此前发射的18颗中圆地球轨道卫星和1颗地球同步轨道卫星进行组网。应该指出,这种包括三种不同类型轨道卫星的混合星座设计是北斗系统独有、国际首创,将有效增加亚太地区卫星可见数,为亚太地区提供更优质服务。

     这次卫星发射再次强调,北斗三号系统的精度指标是全球十米,区域五米。精度只是北斗/GNSS系统最为重要的功性能指标之一。那么,还有哪些主要功性能指标是必须强调的呢?卫星导航系统从GPS开始以来,人们一直在讨论系统的功能性能指标,最初GPS提出精度、可用性、连续性、完好性四大功性能指标,但是这四大指标似乎没有真正完全表达实际需要评价的功性能,与人们习惯的使用概念有出入,而且其中有的指标之间有明显重复之嫌。实际上,因为卫星导航系统涉及到空间段、环境段、地面段和用户段,涉及到不同系统不同发展阶段的侧重点不尽相同,涉及到用户所在的不同时间空间定位情况全然不同,涉及到多星座多频率兼容互操作条件下的工作状态与单星座额定工作状态的截然有别,所以人们强调的GNSS功性能指标变成仁者见仁,智者见智。那么,究竟如何更为确切表达这些总体性功性能指标?在这里做个探讨。从GPS现代化进程,我们可以看出某些端倪,而从北斗一号到北斗三号的发展历程中,我们也能够看到某些发人深省之处。

     卫星导航系统本质上是个巨大的系统之系统服务平台,该平台至少应该具备如下功性能指标,或者说是十大能力:定位精度保障能力、可用性与完好性实现能力、信号体制先进性与GNSS兼容互操作能力、信号环境和场景化应用服务智能技术与能力、卫星工作寿命、系统增强与抗干扰能力、通信融合与搜救通信能力、星间电路与导航战能力、数字化软件化在轨更新能力,以及星座运控管理和面向用户的服务确保能力。从上述功性能指标来看,主要重任还是落在空间段的卫星身上,这是必然的,因为卫星导航系统的关键技术是在卫星,利用数十颗卫星,就能够实现全球任何时候的高精度定位服务,这是前无古人,也可能是后无来者的事情,所以系统建设的重点还是在卫星及其载荷技术,而系统建设完成之后的重点是应用服务,关键还是在接收机系统技术及其跨界融合技术。

                       

          十大能力首要的是定位精度保障能力,说穿了,卫星导航玩儿的就是精度。但是,所谓的定位精度在不同场合,具体的内涵千差万别,所以有人发布过文章质问过:卫星导航的“精度是真实,还是谎言”。实质上是要看实际需要,精度贵不在足够高,而在于足够用,符合应用实际要求就“中”,甚至将实际需要的最低精度作为“阈值”。这样,将各种各样的细分市场分解开来,针对不同需求用户群体,提供不同的精度,符合实际应用就好。十大能力排行老二的应该是可用性与完好性实现能力,原先甚嚣尘上的连续性在这里已经被包含了,而事实上完好性还应该包括了可用性,然而真正的系统完好性至今没有一个卫星导航系统实实在在地提供过,往往通过导航接收机的自主完好性监测来加以实现。十大能力的第三项是信号体制先进性与GNSS兼容互操作能力,这是在系统演变发展和应用服务过程中,不断强化和完善的关键性方面,而且这是卫星导航现代化过程中的重头戏,还是多星座多频率多信源融合发展优势的体现,还会影响到整个卫星导航产业的竞争力。十大能力的第四项是信号环境和场景化应用服务智能化技术与能力,它直接与系统整体和应用服务产业息息相关,而又有明显的主客观区别,影响深远。其实十大能力,要把前四种能力抓好,实现好,保障好,卫星导航系统的作用就能够发挥70-80%以上。而十项能力又是每一项都不可或缺的。这里讨论只是抛砖引玉,希望对于北斗/GNSS的功性能指标尽可能有个一致的认识,真正能够抓住抓好系统与产业发展的关键,这才是本文的真实目的。