【视野】GPS如何定位未来?

原标题:【视野】GPS如何定位未来?

时间已经到了2022年,GPS的概念提出来已近50年,从其1978年发射第一颗卫星升空和1995年宣布投入完全服务至今,分别达40多年和27年了。GPS现代化进程也有26年了,完成现代化可能还需要十年有余。而我们现在还在讨论其未来发展定位,确实是件很有意思的事情。

GPS现在主要是的定位、导航和授时(PNT)的信息来源,在全球有60多亿用户,一旦其停止工作,每天给美国带来的损失达10亿美元。这对美国所有16个关键基础设施组构功能至关重要,正如众所周知,人们的日常生活也依赖于GPS提供的PNT基本服务。本来应该在每年一月份在《GPS世界》杂志上发布的GPS年度指南,直到四月末才发出来,表明美国的许多状态有点混乱。

GPS2022年度指南,还主要是以空间卫星段、地面运控段和用户设备段展开,回顾前一年的各方面进展。美国人他们还是在坚持其GPS的黄金标准,说明虎瘦雄心还在。而现代化步伐落后和力不从心已经是不争的事实。

美国太空部队(USSF)致力于维持一个健康的GPS星座,继续在全世界提供PNT可用性和可靠性的黄金标准。自GPS建立以来,设备和性能的持续改进一直是该项目的标志。2021也不例外,新能力的交付不断创下纪录。位于加利福尼亚州El Segundo洛杉矶空军基地的空间系统司令部(SSC)致力于实现GPS历史上最重要的现代化。政府和行业团队致力于对空间星座、地面运控和用户设备各个领域进行重大升级。对于GPS计划来说,这是一个令人振奋的时刻。每个细分市场的具体更新巩固了全球定位系统的持续发展,以及USSF向国家和世界提供先进能力的承诺。

空间段。目前,37颗GPS卫星在轨道上运行,29颗卫星处于正常运行状态。GPS基线星座要求为24颗卫星。该系统继续以恒星的方式运行,在整个2021年度提供平均48厘米的定位精度。空间轨道系统现代化的重点是GPSIII卫星群,该项目继续提供无与伦比的能力。GPSIII航天器(SV)的第1-4颗卫星在2020年全部投入使用。

2021年,最引人注目的事件是在6月推出GPSIII SV05。在不到两周的时间里,该卫星成功地为USSF获得了运行验收和任务能力状态:创下新纪录。SVs 6-8可供发射,正在等待发射窗口。SV09系统级测试正在进行中。SV10组件继续交付。GPS III提供了高达8倍的抗干扰能力,并提供了新的L1C信号,以改善用户连接。

2021年10月,GPSIIIF SVs 第15–17颗卫星合同签订,因此,GPSIIIF计划的长期前景依然光明。第一个GPSIIIF预计将于2026年初交付。GPSIIIF将在GPSIII提供的能力基础上实现大幅度提升,增加搜索和救援有效载荷、用于精确测距的激光回复反射器阵列、全数字导航有效载荷,以及区域军事保护能力,该能力将为电磁敌对环境中的作战提供增强60倍的抗干扰能力。

2021 6月,在佛罗里达州卡纳维拉尔角航天基地,搭载SpaceX Falcon 9运载火箭,发射了GPS III航天器(GPS III-SV05)。(照片:SpaceX)

控制段。新一代运行控制系统(OCX)继续在其程序基线内运行。OCX将提供增强的指挥和控制、现代化的体系结构、强大的信息保障和网络安全能力。OCX的增量开发方法始于OCX Block 0,这是GPSIII的发射和检测系统(LCS)。LCS成功支持GPSIII SV 01–05的发射和检测。OCX模块1和2将控制所有传统的GPS卫星和GPSIII卫星,以及传统的和现代化的信号。尽管全球2019冠状病毒疾病大流行带来了障碍,但所有17个全球OCX监测站的安装都于2021年7月完成。其余大部分设备在2021的整个12月进行了部署。系统集成和验证继续进行,OCX计划于2023年初投入运行。

新一代OCX 3F合同于2021年签署。该项目将修改完善OCX,以发射和控制具有增强功能的GPSIIIF卫星。收购里程碑B预计在2022年开始,运营验收计划在2027年进行。

MGUE:未来作战人员的作战空间优势。(图片:太空系统司令部生产团)

用户设备。数以百万计的GPS接收机已部署到位,但很少有接收机能够使用24个GPS SV正在广播的军用代码(M-code)信号。为了保持与对手的竞争优势,GPS系统致力于开发利用这些信号的现代化GPS用户设备(MGUE)。MGUE项目是一个联合服务项目,开发现代化的、具有M代码功能的军用GPS接收机。该程序分为两个增量(Inc 1和Inc 2)。这两项技术都旨在提供安全的PNT性能,允许导航作战,增强抗干扰、防欺骗和防篡改能力,并支持蓝军电子攻击。

2021年9月,MGUE Inc 1在海军陆战队联合轻型战术车辆(JLTV)上成功测试,实现了一个重大里程碑。该事件发生在新墨西哥州白沙导弹靶场的一个电磁降级GPS环境中。JLTV是MGUE项目的开拓者领先平台。其他军种的主要平台,陆军史崔克战车、空军B-2轰炸机和海军阿利·伯克级导弹驱逐舰,将在FY23和FY24开始集成测试。

MGUE Inc 2开发在使所有武器系统平台所需的下一代ASIC技术成熟方面继续取得进展,以提供功能性和向后兼容性。它将在CY26中提供一个微型串行接口卡,以支持手持和地面应用。最终,MGUE接收卡将被加载到数百个国防部(DOD)武器系统上。

位于高湾的GPS III SV04(照片:洛克希德·马丁)

伙伴社区。GPS系统致力于全球合作。它与国防部、武装部队、美国海岸警卫队、其他联邦机构、国际民用航空组织和所有其他全球和区域导航卫星系统密切合作,在全球公共领域开发PNT。这项合作工作的一个亮点是GPS项目参与天基PNT国家执行委员会(PNT执行委员会),该委员会支持各个联邦机构的利益,特别是运输部(DOT)和联邦航空局(FAA)。PNT执行委员会正在将GPS技术应用于广泛的政府活动,包括开发下一代航空运输系统和智能运输系统。

GPS计划对国际合作伙伴的承诺是坚定不移的,正在向北大西洋公约组织(北约)提供支持,并向导航能力小组2提供支持,该小组致力于将MGUE和兼容性安排与欧洲的伽利略系统集成。今年的一大亮点是首次向英国、加拿大、德国和大韩民国交付MGUE贷款设备。德国是第一个购买MGUE设备的国家。

结论。GPS是全球PNT的基础,也是现代生活的基石。GPS系统在不断改进。随着美国在未来几十年进入复杂而充满活力的世界,提供这种改变世界能力的军事、民用和工业专业人员将继续他们富有挑战性和有回报的工作。

GPS卫星的封装。(照片:美国国防部)

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