李龍龍，　耿國(guó)桐

(中國(guó)國(guó)防科技信息中心, 北京 100142)

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衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)星間鏈路發(fā)展的關(guān)鍵影響因素分析

李龍龍，耿國(guó)桐

(中國(guó)國(guó)防科技信息中心, 北京 100142)

建設(shè)有星間鏈路支持的導(dǎo)航星座已經(jīng)成為新一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)之一。各國(guó)發(fā)展衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的戰(zhàn)略意圖、綜合國(guó)力、技術(shù)水平、國(guó)土分布等情況不同，導(dǎo)致導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)星間鏈路有不同的需求和約束，各系統(tǒng)發(fā)展論證的星間鏈路技術(shù)方案也各有不同。通過(guò)梳理國(guó)外衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)星間鏈路的發(fā)展論證過(guò)程，歸納出國(guó)外建設(shè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)星間鏈路考慮的3個(gè)共性關(guān)鍵因素：需求、技術(shù)與經(jīng)濟(jì)，并分析了以上因素對(duì)星間鏈路發(fā)展的影響。

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng); 星間鏈路; 需求; 技術(shù); 經(jīng)濟(jì)

星間鏈路是提升衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)服務(wù)性能，增強(qiáng)其生存能力的重要途徑，建設(shè)有星間鏈路支持的導(dǎo)航星座已經(jīng)成為新一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)之一。美國(guó)從GPS IIR開(kāi)始就具備UHF頻段星間鏈路功能，下一代GPS III衛(wèi)星又將增加更先進(jìn)的Ka頻段星間鏈路。俄羅斯GLONASS在最新發(fā)射的GLONASS-M衛(wèi)星上安裝了S頻段星間鏈路收發(fā)裝置，并在GLONASS-K上加裝激光星間鏈路設(shè)備，以驗(yàn)證星間鏈路功能。歐洲Galileo第一代衛(wèi)星雖不采用星間鏈路，但歐洲航天局已全面開(kāi)展Galileo星間鏈路各項(xiàng)技術(shù)研究，并已初步形成幾種可選設(shè)計(jì)方案。我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)也在積極發(fā)展星間鏈路，并在2015年3月成功發(fā)射了第一顆具備星間鏈路功能的新一代導(dǎo)航衛(wèi)星；同年8月首次建立了星間鏈路，驗(yàn)證了全球?qū)Ш叫l(wèi)星星座的星間測(cè)距、通信能力[1]。

雖然全球的主要衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)都在積極發(fā)展星間鏈路，但出于對(duì)星間鏈路的需求、國(guó)家技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)實(shí)力等諸多方面的現(xiàn)實(shí)考慮，各系統(tǒng)發(fā)展論證的星間鏈路技術(shù)方案也各有不同。本文通過(guò)梳理國(guó)外衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)星間鏈路的發(fā)展論證過(guò)程，分析了國(guó)外在設(shè)計(jì)星間鏈路技術(shù)方案時(shí)考慮的共性關(guān)鍵因素,并以此為鑒，結(jié)合我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的實(shí)際情況提出一些建議，為我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)星間鏈路的發(fā)展提供參考。

1　系統(tǒng)需求是星間鏈路發(fā)展的主要?jiǎng)右?/h2>

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)星間鏈路的迅速發(fā)展主要是由于需求的牽引和推動(dòng)。而衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)星間鏈路的需求主要體現(xiàn)在兩方面，一是提升導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)航服務(wù)能力，這也是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展星間鏈路的根本需求；二是擴(kuò)展導(dǎo)航系統(tǒng)在其他領(lǐng)域的服務(wù)能力，這對(duì)星間通信提出了新的需求。

1.1提升導(dǎo)航服務(wù)能力是發(fā)展星間鏈路的根本需求

提升導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)航服務(wù)能力對(duì)星間鏈路的需求大致可分為3類：(1)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航星座自主導(dǎo)航;(2)優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行控制;(3)提升服務(wù)性能，包括導(dǎo)航精度、完好性等。但是由于各國(guó)的國(guó)土分布，以及所處的政治環(huán)境等情況不同，其衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)星間鏈路的需求也有不同的側(cè)重點(diǎn)。

1.1.1GPS在實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航的基礎(chǔ)上增強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)能力

美國(guó)在20世紀(jì)80年代就提出為GPS IIA安裝傳輸核爆監(jiān)測(cè)信息的星間通信鏈路，形成了現(xiàn)在所說(shuō)的星間通信測(cè)距鏈路雛形。在星間通信鏈路的概念提出后不久，美國(guó)航空航天公司、IBM公司、Rockwell公司等迅速展開(kāi)關(guān)于星間鏈路的其他用途研究[2]223。此時(shí)正處于冷戰(zhàn)時(shí)期，美國(guó)更關(guān)注GPS的抗摧毀能力，而地面控制段是GPS系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)。因此，上述機(jī)構(gòu)研究的重點(diǎn)是基于星間測(cè)距和通信實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航系統(tǒng)的自主導(dǎo)航。1984年1月，美國(guó)航空航天公司提出了星間測(cè)距通信鏈路以及自主導(dǎo)航的概念設(shè)計(jì)[3]。同年4月，美空軍GPS聯(lián)合項(xiàng)目辦公室委托Rockwell公司研究了上述概念設(shè)計(jì)在GPS IIR衛(wèi)星上實(shí)施的可行性[2]224。1985年初,美空軍空間系統(tǒng)部委托IBM公司深入研究了自主導(dǎo)航算法。IBM公司沿用了上述可行性研究中提出的星間鏈路體系結(jié)構(gòu)，并提出了星間測(cè)量體制和誤差校正體制[4]。星間通信測(cè)距鏈路隨后在GPS IIR上得到應(yīng)用，使導(dǎo)航星座具備自主運(yùn)行180天的能力。

基于星間鏈路的自主導(dǎo)航不能校正導(dǎo)航星座整體旋轉(zhuǎn)帶來(lái)的整體誤差，導(dǎo)航星座難脫離地面長(zhǎng)時(shí)間自主運(yùn)行。而且衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)十分復(fù)雜，能否在自主導(dǎo)航模式下實(shí)現(xiàn)零失誤的自主運(yùn)行尚未得到實(shí)踐驗(yàn)證。因此，運(yùn)營(yíng)商只將自主導(dǎo)航作為地面運(yùn)控系統(tǒng)失效時(shí)的備選解決方案，并不將其作為系統(tǒng)主要工作模式。出于這種考量，GPS運(yùn)營(yíng)商在GPS IIF研制過(guò)程中提出利用星間鏈路輔助地面段對(duì)導(dǎo)航星座的運(yùn)行控制，提升導(dǎo)航性能。因此，GPS IIF在GPS IIR星間鏈路的基礎(chǔ)上，增加了傳輸通用指令、遙測(cè)信息、上行數(shù)據(jù)和用于校正下行導(dǎo)航信息的差分?jǐn)?shù)據(jù)能力，在一定程度上增強(qiáng)了導(dǎo)航系統(tǒng)的運(yùn)行控制能力[5]。

隨著軍民用戶對(duì)GPS精度、完好性等需求日益增長(zhǎng)，2000年5月，美空軍GPS項(xiàng)目聯(lián)合辦公室宣布啟動(dòng)GPS III計(jì)劃，并委托美國(guó)航空航天公司負(fù)責(zé)頂層設(shè)計(jì)[6]。航空航天公司提出“連接一顆衛(wèi)星即連接整個(gè)星座”的運(yùn)營(yíng)理念，發(fā)展新型高速星間鏈路構(gòu)建星座網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)結(jié)合高速的上行、下行鏈路實(shí)現(xiàn)星地一體化，使地面段可近乎實(shí)時(shí)的對(duì)整個(gè)星座進(jìn)行星歷更新、狀態(tài)監(jiān)視和指揮控制[7-9]。美空軍采納了這一架構(gòu)，并計(jì)劃在GPS IIIB上增加通信速率高、抗干擾能力強(qiáng)的Ka頻段星間鏈路[10]。Ka頻段星間鏈路能夠傳輸導(dǎo)航上載數(shù)據(jù)、控制指令、測(cè)距信息、傳感器數(shù)據(jù)、軟件更新信息、多任務(wù)通信等多種信息，改變了GPS原有的運(yùn)行控制架構(gòu)，使運(yùn)控能力得到顯著提升。

2015年底，美空軍又在2016年小企業(yè)創(chuàng)新研究(Small Business Innovation Research, SBIR)的項(xiàng)目招標(biāo)中，尋求“認(rèn)知超高頻無(wú)線電星間鏈路”等創(chuàng)新型星間鏈路解決方案，主要也是為了能夠快速更新星歷與時(shí)鐘信息，并實(shí)現(xiàn)對(duì)星座的實(shí)時(shí)監(jiān)視與控制，增強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)能力。

1.1.2GLONASS克服區(qū)域監(jiān)測(cè)跟蹤局限，提升服務(wù)性能

由于國(guó)土限制及政治因素，GLONASS地面段不具備全球布站條件，對(duì)導(dǎo)航星座的監(jiān)測(cè)跟蹤控制區(qū)域受限，嚴(yán)重影響了系統(tǒng)定位精度。在這種條件下，通過(guò)星間鏈路提升定軌和時(shí)間同步精度是提升GLONASS系統(tǒng)服務(wù)性能的重要途徑。俄羅斯從GLONASS-M開(kāi)始安裝S頻段星間鏈路以輔助提高定軌精度，保障自主完好性監(jiān)測(cè)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)自主運(yùn)行。但是基于S頻段星間鏈路的時(shí)間同步精度難以滿足GLONASS系統(tǒng)需求，俄羅斯又提出激光精密測(cè)距和時(shí)間同步的需求，以提高時(shí)間同步精度，同時(shí)提高通信速率和通信實(shí)時(shí)性，為提升完好性提供可能。

GLONASS發(fā)展星間鏈路的主要目的是克服區(qū)域監(jiān)測(cè)跟蹤網(wǎng)的局限性問(wèn)題，星間鏈路也主要采用測(cè)距為主、兼顧通信的設(shè)計(jì)方案。例如，GLONASS-K安裝的激光星間鏈路顯著提升了星間測(cè)距精度，達(dá)到3 cm，但對(duì)星間通信速率要求不高，僅50 kbit/s[11]88。

1.1.3Galileo提升系統(tǒng)服務(wù)性能，逐步實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航

Galileo地面段采用全球布站方式，對(duì)星間鏈路需求不強(qiáng)烈，因此第一代Galileo系統(tǒng)中不采用星間鏈路。為增強(qiáng)Galileo在全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中的競(jìng)爭(zhēng)力，歐空局于2007年啟動(dòng)歐洲GNSS演進(jìn)計(jì)劃(European GNSS Evolution Programme，EGEP)，擬通過(guò)在第二代Galileo衛(wèi)星上使用星間鏈路、高精度星載原子鐘等新技術(shù)來(lái)提升系統(tǒng)性能[12-13]。與此同時(shí)，歐空局在一般性研究項(xiàng)目(General Study Programme，GSP)框架下啟動(dòng)了大量探索性研究，評(píng)估通過(guò)星間鏈路提升定軌和時(shí)間同步精度以及降低星座對(duì)地面段依賴的可行性。其中，比較有代表性的是由DEIMOS Space負(fù)責(zé)的GNSS+項(xiàng)目和ADVISE項(xiàng)目[14]，旨在提出一種基于星間鏈路的改進(jìn)型Galileo系統(tǒng)架構(gòu)，在以下幾個(gè)方面提升導(dǎo)航系統(tǒng)性能：(1)增強(qiáng)系統(tǒng)自主運(yùn)行能力；(2)減少地面段基礎(chǔ)設(shè)施；(3)提升定軌和時(shí)間同步精度；(4)增加導(dǎo)航數(shù)據(jù)的更新速率；(5)降低運(yùn)營(yíng)成本[15]9。在該方案中，除增加星間鏈路外，對(duì)地面段進(jìn)行改造，使地面運(yùn)控系統(tǒng)具有處理星間觀測(cè)量的能力，對(duì)星地觀測(cè)量的處理結(jié)果進(jìn)行校正，從而提升定軌和時(shí)間同步精度。在自主運(yùn)行模式下，將地面監(jiān)測(cè)站作為偽衛(wèi)星納入星間鏈路網(wǎng)絡(luò)，也是為了保障服務(wù)性能。雖然自主導(dǎo)航模式并沒(méi)有完全擺脫對(duì)地面段的依賴，但歐空局表示自主導(dǎo)航模式是建設(shè)自主導(dǎo)航系統(tǒng)的重要一步。

在研究無(wú)線電星間鏈路的同時(shí)，歐空局2011年開(kāi)展了“光量子星間鏈路(Optical Quantum Links)在GNSS中的應(yīng)用研究”，并于2014年完成[16]。研究中歐空局對(duì)Galileo光量子星間鏈路的要求主要有以下兩點(diǎn)：(1)與目前Galileo系統(tǒng)相比，顯著提升定軌和時(shí)間同步精度；(2)與無(wú)線電星間鏈路相比，顯著提升安全性[17]，進(jìn)而提升系統(tǒng)的服務(wù)性能。

綜上所述，各衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在不同時(shí)間段對(duì)星間鏈路具有不同的需求，也因而導(dǎo)致了不同的技術(shù)方案，如表1所示。

表1　衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的星間鏈路需求

1.2拓展服務(wù)對(duì)星間鏈路提出新需求

利用全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)全球性、全天時(shí)、全天候的優(yōu)勢(shì)，搭載附加載荷拓展導(dǎo)航系統(tǒng)的服務(wù)是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展的重要趨勢(shì)之一。例如，GPS III、GLONASS-K、Galileo都搭載全球搜索救援系統(tǒng)(Cospas-Sarsat)載荷，為全球用戶提供搜索救援服務(wù)。通過(guò)星間鏈路傳輸求助信息和回執(zhí)信息將有效縮短求助/回執(zhí)信息的傳播時(shí)間。

此外，在GPS III設(shè)計(jì)過(guò)程中，美國(guó)海岸警衛(wèi)隊(duì)導(dǎo)航中心發(fā)布的《GPS III系統(tǒng)定義與降低風(fēng)險(xiǎn)目標(biāo)聲明》進(jìn)一步指出GPS III應(yīng)促進(jìn)整合額外的任務(wù)功能，比如核爆探測(cè)、藍(lán)軍跟蹤(Blue Force Tracking，BFT)等[18]。因此，GPS III采用模塊化設(shè)計(jì)，未來(lái)可根據(jù)需要增加新的載荷；同時(shí)要求星間鏈路具有傳輸多任務(wù)數(shù)據(jù)的能力，且具有足夠的通信帶寬和靈活性，可滿足未來(lái)30天的通信需求。歐空局則在論證Galileo星間鏈路時(shí)則構(gòu)想利用星間鏈路支持GNSS掩星跟蹤全球大氣分布，以改善全球氣候預(yù)報(bào)[19]69。

2　技術(shù)水平是星間鏈路發(fā)展的重要基礎(chǔ)

每一個(gè)星間鏈路技術(shù)方案的實(shí)施都需要當(dāng)時(shí)先進(jìn)技術(shù)的支撐，當(dāng)然也不可避免會(huì)受到技術(shù)水平的限制。國(guó)外衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在設(shè)計(jì)星間鏈路技術(shù)方案時(shí)，都會(huì)考慮已有技術(shù)成果，發(fā)展一代技術(shù)成熟的低頻段寬波束星間鏈路，論證一代有一定技術(shù)基礎(chǔ)但尚不成熟的高性能星間鏈路。

2.1GPS發(fā)展完善UHF頻段星間鏈路，開(kāi)發(fā)Ka頻段星間鏈路

GPS IIR星間鏈路是基于20世紀(jì)80年代的技術(shù)基礎(chǔ)，采用技術(shù)成熟、便于工程實(shí)施的UHF頻段。隨著技術(shù)的進(jìn)步，GPS IIF采用窄帶晶體濾波器改善了星間鏈路轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)單元，提升了星間測(cè)距精度[20]。但是，UHF頻段寬波束星間鏈路通信速率低、抗干擾能力弱等固有缺點(diǎn)并沒(méi)有得到解決。

在21世紀(jì)初美國(guó)論證GPS III星間鏈路時(shí)，其技術(shù)基礎(chǔ)已經(jīng)有能力發(fā)展高頻段星間鏈路。在空間無(wú)線電技術(shù)領(lǐng)域，美國(guó)已有多個(gè)系統(tǒng)建成無(wú)線電星間鏈路，如表2所示，使GPS在建設(shè)高頻段星間鏈路方面有較多的技術(shù)成果可以繼承。在空間激光通信測(cè)距領(lǐng)域，美國(guó)發(fā)展相對(duì)滯后。2000年，美國(guó)低軌衛(wèi)星STRV2激光通信試驗(yàn)失敗[21]；直到2013年才建立月地激光鏈路[11]88，但是星間組網(wǎng)測(cè)距通信仍有待進(jìn)一步發(fā)展。出于上述考慮，GPS III最終采用Ka頻段星間鏈路，但美國(guó)仍在繼續(xù)開(kāi)展GPS激光測(cè)距的研究。

表2　美國(guó)具有星間鏈路的衛(wèi)星系統(tǒng)

2.2GLONASS發(fā)展S頻段星間鏈路的同時(shí)率先試驗(yàn)激光星間鏈路

GLONASS第一代星間鏈路采用了S頻段寬波束星間鏈路，與GPS UHF頻段星間鏈路技術(shù)方案相近。俄羅斯也在中繼星系統(tǒng)、通信衛(wèi)星系統(tǒng)的發(fā)展中為射頻星間鏈路積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，如表3所示。但是俄羅斯發(fā)展的星間鏈路使用的最高頻段僅達(dá)到Ku頻段，反映出俄羅斯高頻星間鏈路研制基礎(chǔ)薄弱。這也是俄羅斯在發(fā)展S頻段星間鏈路后直接發(fā)展激光星間鏈路的原因之一。

GLONASS率先在GLONASS-K上成功試驗(yàn)了激光星間鏈路，主要得益于俄先進(jìn)的激光測(cè)距技術(shù)和衛(wèi)星平臺(tái)姿態(tài)控制技術(shù)。在發(fā)展激光星間鏈路之前，GLONASS衛(wèi)星上就已安裝激光反射鏡，由地面激光跟蹤站對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行測(cè)距，為星間激光測(cè)距積累了經(jīng)驗(yàn)。另外，GLONASS-K衛(wèi)星又采用新型“快車-1000”衛(wèi)星平臺(tái)，姿態(tài)控制精度0.1°，位置保持精度0.05°[22]，為激光鏈路的捕獲、跟蹤和對(duì)準(zhǔn)提供了保障。但是GLONASS-K激光星間鏈路在試驗(yàn)中通信速率僅達(dá)到50 kbit/s，未能發(fā)揮激光鏈路高通信速率的優(yōu)勢(shì)，星間激光通信測(cè)距技術(shù)仍有待發(fā)展完善。

表3　俄羅斯具有星間鏈路的衛(wèi)星系統(tǒng)

2.3Galileo論證C頻段星間鏈路和光量子星間鏈路

歐空局正在論證的Galileo無(wú)線電星間鏈路擬工作在C頻段。目前Galileo的上行鏈路就工作在C頻段，而且C頻段有源天線也已在歐洲通信衛(wèi)星上得到應(yīng)用[15]38，為C頻段星間通信測(cè)距鏈路奠定了一定基礎(chǔ)。

光量子星間鏈路領(lǐng)域，歐空局是最早開(kāi)始研究星間光通信的機(jī)構(gòu)，也是第一個(gè)取得光通信成功的機(jī)構(gòu)，在星間激光通信領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，為Galileo光量子星間鏈路奠定了基礎(chǔ)[23]。ARTEMIS 與SPOT4星間激光通信試驗(yàn)[24]、ARTEMIS與地面站之間激光通信試驗(yàn)[25]，以及歐洲數(shù)據(jù)中繼系統(tǒng)光通信終端的研制成功鼓舞了歐空局研制Galileo激光星間鏈路的信心，并計(jì)劃將激光鏈路與量子密鑰分發(fā)相結(jié)合，發(fā)展超高安全的光量子星間鏈路。但由于技術(shù)水平限制，多衛(wèi)星之間通過(guò)激光鏈路組網(wǎng)的高速通信工作模式還無(wú)法實(shí)現(xiàn)[26]，量子通信距實(shí)用化還有一定距離[27]，歐洲光量子星間鏈路還處于概念論證階段。

3　經(jīng)濟(jì)實(shí)力是星間鏈路發(fā)展的重要保障

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)需要巨額資金的投入，其功能的發(fā)展完善，包括星間鏈路的發(fā)展，離不開(kāi)國(guó)家強(qiáng)大經(jīng)濟(jì)實(shí)力的支持。國(guó)外在論證衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的星間鏈路時(shí)都要考慮本國(guó)的經(jīng)濟(jì)實(shí)力及對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)投入，從而決定是否建設(shè)星間鏈路及選擇什么樣的技術(shù)方案。

3.1國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力影響衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)星間鏈路的發(fā)展決策

20世紀(jì)80年代，美國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，并大力發(fā)展科技，有雄厚的資本支撐GPS及其星間鏈路的發(fā)展。因此，GPS從GPS IIR開(kāi)始就發(fā)展了星間鏈路。而GLONASS在蘇聯(lián)解體后，由于俄羅斯經(jīng)濟(jì)困難，連及時(shí)發(fā)射衛(wèi)星補(bǔ)網(wǎng)都無(wú)法保證，更沒(méi)能力發(fā)展星間鏈路。直到進(jìn)入21世紀(jì)，俄羅斯經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇，實(shí)施GLONASS現(xiàn)代化計(jì)劃時(shí)，才考慮在GLONASS-M上安裝S頻段星間鏈路收發(fā)設(shè)備，驗(yàn)證星間鏈路功能。歐空局在發(fā)展論證第一代Galileo時(shí)也曾考慮過(guò)安裝星間鏈路功能，最終也是由于經(jīng)濟(jì)原因而沒(méi)有實(shí)施[19]69，直到2006年才論證在下一代Galileo衛(wèi)星上安裝星間鏈路的可行性。

3.2國(guó)防經(jīng)濟(jì)投入對(duì)衛(wèi)星成本的約束影響星間鏈路技術(shù)方案的選擇

星間鏈路只是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)，其技術(shù)方案必然受到衛(wèi)星研制成本的約束。國(guó)外衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在保證星間鏈路能達(dá)到需求的基礎(chǔ)上都傾向于采用低成本的星間鏈路技術(shù)方案。比如，在星間鏈路多址方式上，相比于碼分多址、頻分多址，時(shí)分多址方式因星間鏈路設(shè)備可復(fù)制而具有低成本的優(yōu)勢(shì)[28]，國(guó)外衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)星間鏈路皆采用時(shí)分多址體制或時(shí)分與頻分相結(jié)合的多址方式。此外，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)研制過(guò)程中的預(yù)算縮減也可能導(dǎo)致項(xiàng)目管理員降低對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)性能的要求，進(jìn)而影響星間鏈路的技術(shù)方案。因國(guó)防費(fèi)縮減，GPS III項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)連年縮減，美空軍提議重新設(shè)計(jì)GPS星座，并決定將GPS 完好性的故障率由最初要求的10-7/d降低到10-5/d，從而星間鏈路可以舍棄激光鏈路而選用成本較低的無(wú)線電星間鏈路[29]。

4　結(jié) 束 語(yǔ)

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的星間鏈路技術(shù)方案是運(yùn)營(yíng)商綜合考慮系統(tǒng)需求、技術(shù)水平、經(jīng)濟(jì)實(shí)力等諸多因素的折中結(jié)果。提升導(dǎo)航系統(tǒng)的精度、完好性，增強(qiáng)導(dǎo)航系統(tǒng)的自主運(yùn)行能力是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展星間鏈路的根本原因，擴(kuò)展導(dǎo)航系統(tǒng)的服務(wù)則為星間鏈路提出了新的需求；技術(shù)水平、經(jīng)濟(jì)實(shí)力是星間鏈路發(fā)展的基礎(chǔ)和保障。在發(fā)展論證衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的星間鏈路時(shí)，應(yīng)根據(jù)本國(guó)實(shí)際情況，評(píng)估導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)星間鏈路的真正需求，同時(shí)結(jié)合本國(guó)的技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)實(shí)力，權(quán)衡需求與約束，發(fā)展與本國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)相適應(yīng)的星間鏈路技術(shù)方案。

對(duì)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)而言，地面段暫不具備全球布站條件，迫切需要通過(guò)星間鏈路克服區(qū)域監(jiān)測(cè)跟蹤網(wǎng)的局限性問(wèn)題，星間鏈路可以采用類似GLONASS測(cè)距為主、兼顧通信的技術(shù)方案。星間鏈路的發(fā)展宜采用發(fā)展一代、論證一代的策略。在推進(jìn)實(shí)施現(xiàn)行星間鏈路的基礎(chǔ)上，論證發(fā)展更高性能的激光星間鏈路和量子星間鏈路，以期在未來(lái)占據(jù)技術(shù)制高點(diǎn)。隨著星間鏈路技術(shù)的成熟，未來(lái)也可以通過(guò)星間鏈路傳輸短報(bào)文信息、搜索救援信息，拓展北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的服務(wù)，提升競(jìng)爭(zhēng)力。

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(編輯：李江濤)

Analysis of the Key Factors That Influence the Development of GNSS ISLs

LI Longlong,GENG Guotong

(China Defense Science and Technology Information Center, Beijing 100142, China)

The construction of navigation constellation with inter-satellite links has become one of the development trends for next generation of satellite navigation system. In different countries, strategic intention of satellite navigation system, comprehensive national strength, technology level, geographical layout and some other aspects are different, which cause different requirements and constraints of the navigation system on the inter-satellite links. By sorting the development demonstration process of inter-satellite links of overseas satellite navigation systems, the paper induces three common key factors to be considered in overseas construction of inter-satellite links: demand, technology and economy and analyzes the influence of above factors on the development of the links.

global navigation satellite systems (GNSS); inter-satellite links (ISLs); requirement; technical foundation; economic strength

2016-01-12

李龍龍(1991-)，男，碩士研究生，主要研究方向?yàn)檐娛录夹g(shù)情報(bào)。

V11

2095-3828(2016)05-0079-06

A DOI10.3783/j.issn.2095-3828.2016.05.017