翻譯GPS-modernization

1、Journal of Global Positioning Systems (2002) Vol. 1, No. 1: 1-17 現(xiàn)代化的GPS:計(jì)劃,新功能及與伽利略的未來(lái)關(guān)系Keith D. McDonald摘要： 本文綜述了GPS的發(fā)展、現(xiàn)狀和當(dāng)前的性能。然后對(duì)GPS的現(xiàn)代化改進(jìn)進(jìn)行了闡述和總結(jié)，包括航天飛機(jī)計(jì)劃中的附加功能的簡(jiǎn)述，地面控制部分和用戶設(shè)備。提出了對(duì)在GPS的四個(gè)主要操作模式中系統(tǒng)現(xiàn)代化的計(jì)劃和活動(dòng)影響的探討。涵蓋了GPS現(xiàn)代化和增強(qiáng)活動(dòng)在類似歐洲伽利略計(jì)劃的活動(dòng)和其他GNSS 預(yù)報(bào)系統(tǒng)中的含義以及他們之間的關(guān)系。簡(jiǎn)短地表述了GPS改進(jìn)中的一些技術(shù)、政策和與及時(shí)部署相關(guān)的實(shí)

2、施問(wèn)題。關(guān)鍵字：GPS，現(xiàn)代化，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，伽利略1 引言在過(guò)去的三十年里，全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）通過(guò)發(fā)展與實(shí)施已經(jīng)從一個(gè)導(dǎo)航的概念成長(zhǎng)為一個(gè)擁有28個(gè)航天器且目前服務(wù)數(shù)百萬(wàn)用戶的操作系統(tǒng)。自1997年以來(lái)，每年有超過(guò)一百萬(wàn)的GPS接收器被生產(chǎn)出，它的使用量的增加由此可見(jiàn)。迅速發(fā)展的GPS市場(chǎng)，包括設(shè)備和應(yīng)用程序，據(jù)可靠估計(jì)(USGAO美國(guó)審計(jì)總署,1998)在2000年約$8.5B，到2003年約為$17B，預(yù)計(jì)到2010年將會(huì)超過(guò)$60B。GPS的表現(xiàn)非常好，但大量的期望和需要的改進(jìn)已經(jīng)被確認(rèn)可以應(yīng)用于新一代的GPS補(bǔ)給和后繼的飛船。本文對(duì)在接下來(lái)的15年及以后GPS的改進(jìn)以及將

3、提供給用戶的明顯的性能優(yōu)勢(shì)中的關(guān)注，選擇，論點(diǎn)和計(jì)劃進(jìn)行了闡述。歐共體計(jì)劃在2008年左右部署一個(gè)有著與GPS相似運(yùn)行特性的導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)。我們將簡(jiǎn)要地探討GPS和伽利略組合能力的優(yōu)點(diǎn)和特性，那將會(huì)對(duì)國(guó)際用戶產(chǎn)生影響。GPS已經(jīng)成為導(dǎo)航、定位、監(jiān)視以及地面、海洋、航空和空間時(shí)間方面應(yīng)用程序中必不可少的一部分。當(dāng)前對(duì)新版本的使用將持續(xù)導(dǎo)致對(duì)更苛刻的性能的需求。2 背景2.1 開(kāi)發(fā)和實(shí)現(xiàn)上世紀(jì)70年代早期，美國(guó)國(guó)防部(DoD)開(kāi)發(fā)了GPS的概念和常規(guī)配置，并將這作為所有三個(gè)軍事部門(mén)的一個(gè)聯(lián)合項(xiàng)目。該計(jì)劃最初由1968年建于五角大樓的聯(lián)合服務(wù)導(dǎo)航衛(wèi)星執(zhí)行指導(dǎo)小組(NAVSEG) 執(zhí)導(dǎo)。該小組被特許來(lái)確

4、定用于改進(jìn)軍事導(dǎo)航和定位的基于空間的導(dǎo)航系統(tǒng)的可行性與實(shí)用性。小組成員超過(guò)三年定期會(huì)面。如果適當(dāng)，這是為描述系統(tǒng)的技術(shù)、性能、主要開(kāi)發(fā)地區(qū)、成本、收益和整體的資金需求的發(fā)展概念文件(DCP)做準(zhǔn)備。這個(gè)DCP將被提交給防御系統(tǒng)采集評(píng)審委員會(huì)審議作為國(guó)防部發(fā)展項(xiàng)目。人們很早就認(rèn)識(shí)到，衛(wèi)星系統(tǒng)、固態(tài)電子、數(shù)字計(jì)算機(jī)和相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用可能為導(dǎo)航用戶提供重要的性能增強(qiáng)。導(dǎo)航衛(wèi)星操縱組（NAVSEG）由美國(guó)國(guó)防部導(dǎo)航衛(wèi)星管理辦公室和軍事部門(mén)支持。作者是國(guó)防部Navsat計(jì)劃的科技總監(jiān)，同時(shí)兼任NAVSEG的執(zhí)行官和Navsat管理辦公室的主席。1973年，經(jīng)過(guò)三年的密集技術(shù)調(diào)查，及指導(dǎo)小組和其他人在概念發(fā)

5、展、需求分析和程序定義方面的努力，系統(tǒng)被DSARC（代表軍事部門(mén)）和國(guó)防研究與工程設(shè)計(jì)主任批準(zhǔn)進(jìn)行進(jìn)一步開(kāi)發(fā)測(cè)試。隨著GPS程序的被認(rèn)可，美國(guó)空軍被指定管理實(shí)施的執(zhí)行代理，GPS綜合項(xiàng)目辦公室(JPO)也于洛杉磯的美國(guó)空軍空間與導(dǎo)彈系統(tǒng)組織建立。在1978年和1985年早期，根據(jù)羅克韋爾空間區(qū)(現(xiàn)在的波音)的合同，十個(gè)GPS（第一階段）發(fā)展航天器在范登堡空軍基地建立并成功發(fā)射。這些飛船實(shí)驗(yàn)以及1989年2月22日發(fā)射的運(yùn)作航天器（第二階段）都證明了系統(tǒng)性能并且促成了國(guó)防部對(duì)實(shí)施一種運(yùn)作系統(tǒng)的批準(zhǔn)。我們今天有的GPS 的基本信號(hào)特征基本上都是建立在上世紀(jì)70年代早期到中期，針對(duì)他們百萬(wàn)臺(tái)接收器被

6、設(shè)計(jì)生產(chǎn)出。幸運(yùn)的是，由國(guó)防部Navsat指導(dǎo)小組開(kāi)發(fā)并詳細(xì)研究，以及聯(lián)合計(jì)劃處和他們的合約商進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和實(shí)現(xiàn)的GPS系統(tǒng)的概念參數(shù)表現(xiàn)很好。然而很明顯，幾乎所有用戶，包括軍用和民用，都能從各種GPS的系統(tǒng)改進(jìn)、條款修訂和附加物中獲得實(shí)質(zhì)性利益。在過(guò)去四分之一世紀(jì)期間巨大的技術(shù)進(jìn)步后，在這些發(fā)展的背景下對(duì)當(dāng)前和未來(lái)的GPS功能的評(píng)估似乎變得合理了。這在很多方面變得顯而易見(jiàn)。過(guò)去幾年里的軍用和民用委員會(huì)和其他活動(dòng)都強(qiáng)烈建議將GPS現(xiàn)代化。政府高層也對(duì)這一努力相當(dāng)支持(Gore, 1999)。2.2 現(xiàn)狀題為“今天的GPS”的圖1，說(shuō)明了GPS的主要元素以及頻率、信號(hào)與其當(dāng)前使用的信號(hào)頻譜。題為“

7、GPS運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)參數(shù)和特點(diǎn)”的表1，總結(jié)了當(dāng)前GPS系統(tǒng)的主要特性。地面監(jiān)控部分的一般特點(diǎn)在名為“GPS地面控制系統(tǒng)”的圖2中給出，而GPS飛船(S / C)部署圖的相關(guān)信息在名為“GPS空間部分”的圖3中給出。從1989年初發(fā)射第二階段的運(yùn)作航天器，之后便于稍作修改的航天器（第二階段A級(jí)）合并。這些包括一些包含額外車(chē)載數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的改進(jìn)，提供了數(shù)據(jù)可以不經(jīng)過(guò)地面就從S/C傳送到用戶的一段時(shí)間。美國(guó)國(guó)防部以約$1.2B的價(jià)格與羅克韋爾簽約買(mǎi)下第二階段及第二階段A級(jí)的28個(gè)航天器。1995年7月，已實(shí)現(xiàn)了GPS的完整作業(yè)能力，由一個(gè)地面控制部分及一個(gè)由24個(gè)運(yùn)作中的GPS航天器組成，能提供全球?qū)Ш椒?/p>

8、務(wù)和各類用戶設(shè)備的星群共同構(gòu)成。從那時(shí)起，GPS空間段利用24 28個(gè)航天器持續(xù)運(yùn)行。而用戶設(shè)備的開(kāi)發(fā)制造業(yè)大幅增加，特別是在民主社會(huì)。圖1 今天的GPS圖2 GPS地面控制系統(tǒng)(OCS)表1 GPS運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)參數(shù)和特性圖3 GPS空間部分2.3 GPS星群第二階段和二段A級(jí)的航天器由限定的運(yùn)行周期，理論上約為7.5年，需要為補(bǔ)給飛船建立需求和日程。美國(guó)國(guó)防部與洛克希德·馬丁星際空間簽約買(mǎi)下21臺(tái)GPS第三代補(bǔ)給飛船（第二階段R級(jí)）。1 997年1月發(fā)射了第一臺(tái)第二階段R級(jí)飛船，但由于捆綁助推器不能很好地綁到新配置的三角洲II運(yùn)載火箭上，因此并未到達(dá)軌道。隨后的發(fā)射是在1998年7月，

9、并且所有后續(xù)發(fā)射都取得了成功。截至1998年，所有28個(gè)最初的第二階段（和第二階段A級(jí)）的運(yùn)作航天器都已啟動(dòng)。剩余的第二階段R級(jí)飛船，包括912個(gè)計(jì)劃用來(lái)現(xiàn)代化的S/C，將在接下來(lái)的十年或更久時(shí)間內(nèi)，為系統(tǒng)階段性地提供主要操作信號(hào)和能量。美國(guó)國(guó)防部與波音簽約買(mǎi)下了第四代后續(xù)GPS航天器（第二階段F級(jí)）。盡管原計(jì)劃購(gòu)買(mǎi)3033航天器，但現(xiàn)代化設(shè)備導(dǎo)致了對(duì)一種超越第二代F級(jí)的新一代航天器的需求。為此，GPS第三階段已投入開(kāi)發(fā)。第三階段的航天器將會(huì)替代所有12個(gè)原定的第二階段F級(jí)航天器。一開(kāi)始的6和二代F機(jī)航天器在合約內(nèi)，額外的6個(gè)則計(jì)劃用于GPS中期星群的維護(hù)。除此之外，新的第三階段航天器將被部署

10、。第二階段R級(jí)、F級(jí)和第三階段的航天器提供了用于GPS增強(qiáng)和現(xiàn)代化的主要太空交通工具。這是給為系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)提升和現(xiàn)代化功能提供機(jī)會(huì)的航天器群體定期補(bǔ)給。因?yàn)殡x新一代GPS航天器的交貨時(shí)間還很長(zhǎng)（通常5-8年），并且對(duì)新群體的完整部署也需要數(shù)年（通常是7-10年），對(duì)GPS改進(jìn)的介紹通常是一個(gè)緩慢而漸進(jìn)的過(guò)程。2.4 導(dǎo)航信號(hào)GPS航天器一般在兩種頻率下傳輸信號(hào)到地球，特定的L1和L2（參見(jiàn)圖1）。L1是主要的GPS載波信號(hào)，頻率為1575.42 MHz。這個(gè)信號(hào)由兩種類型的偽隨機(jī)噪聲碼（PRN）控制調(diào)節(jié)，分別是比特率（或）為1.023 Mcps的粗捕獲碼和碼片率為10.23 Mcps的安全精度碼（

11、P/Y）。GPSL2信號(hào)以1227.6 MHz的頻率通過(guò)航天器傳輸，它建立的目的是為電離層群對(duì)GPS用戶接收器的修正進(jìn)行延遲。因?yàn)殡婋x層是接近1/f2相關(guān)的頻散媒質(zhì)，L1和L2頻率的結(jié)合就為確定在電離層中由于信號(hào)路徑通過(guò)自由電子而折射造成的群時(shí)延對(duì)GPS的影響提供了一個(gè)優(yōu)秀的實(shí)時(shí)技術(shù)。未修正的電離層傳播誤差會(huì)對(duì)GPS操作系統(tǒng)帶來(lái)最大的單一傳播錯(cuò)誤，導(dǎo)致高達(dá)40米的測(cè)距誤差。GPSL2信號(hào)最初主要是為實(shí)現(xiàn)對(duì)慢慢改變電離層延遲的修正。由于這個(gè)原因，相對(duì)于L1的C/A碼信號(hào)，它是在較低功率（大約1/4或-6dB）下傳輸?shù)?。L1和L2上的P/Y碼信號(hào)通常是安全的，所以這些信號(hào)的完整功能只面向國(guó)防部和授

12、權(quán)用戶。圖4 GPS信號(hào)頻譜演化和占用率2.5 GPS的性能GPS有很多不同的操作模式,每個(gè)都有自己的一組性能。首先，GPS可以獨(dú)立使用（在一個(gè)單獨(dú)的基礎(chǔ)上），也就是說(shuō)不需要任何增加物。在這種情況下，用戶設(shè)備接收信號(hào)，并且只使用從航天器星群發(fā)來(lái)的信號(hào)確定用戶的位置、速度、時(shí)間(PVT)和相關(guān)參數(shù)。GPS還可以應(yīng)用于差分模式中，在這之中，已知的導(dǎo)航數(shù)據(jù)和測(cè)距資料由參考位置接收，并且時(shí)間與類似的GPS在相同位置和時(shí)間點(diǎn)所測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較（或求差）。在這個(gè)過(guò)程中得到的修正之后將應(yīng)用于同一時(shí)間（或最小延遲下）GPS在遠(yuǎn)程點(diǎn)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。對(duì)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，參考接收器和遠(yuǎn)程接收器的數(shù)據(jù)連接通常用于傳達(dá)修

13、正。這個(gè)過(guò)程無(wú)論在取消固定方面，還是在兩個(gè)地點(diǎn)見(jiàn)有相同效應(yīng)的緩慢變化，測(cè)量誤差（偏差）方面都具有有很大的優(yōu)勢(shì)。自從許多誤差都顯現(xiàn)出對(duì)偏差的緩慢改變，許多他的導(dǎo)航系統(tǒng)用于提高性能的差分校正技術(shù)在GPS上表現(xiàn)很好。這些差分糾正可以實(shí)時(shí)應(yīng)用或儲(chǔ)存，通常同步到一個(gè)公共的時(shí)間源(如GPS時(shí)間)，在進(jìn)行錯(cuò)后處理后使用。這些修正法通常是建立在參考位置應(yīng)用在遠(yuǎn)程(探測(cè)器)接收器。修正既可以基于GPS差分代碼測(cè)量，為了更精準(zhǔn)，也可以基于GPS載波相位的差分測(cè)量。GPS用戶設(shè)備的不同操作方式和相應(yīng)的當(dāng)前性能標(biāo)稱值歸納與表2。為了2001和2011年的GPS獨(dú)立和微分的操作模式進(jìn)行的GPS的性能特征的改變稍后將討論

14、。提供了位置、速度、時(shí)間和角度測(cè)量(姿態(tài))的準(zhǔn)確值。表2 GPS的性能和操作模式當(dāng)前性能的標(biāo)稱值概述2.6局部地區(qū)和大范圍地區(qū)的增強(qiáng)功能為提高GPS的性能，局部地區(qū)及大范圍地區(qū)已經(jīng)建立或者計(jì)劃建立差分全球定位系統(tǒng)(DGPS)。這些包括： 為GPS測(cè)量區(qū)建立的局部錯(cuò)后處理和實(shí)時(shí)（動(dòng)態(tài)）系統(tǒng)。 在許多北美和歐洲城市為車(chē)載應(yīng)用建立的DGPS的調(diào)頻多載波傳輸。 檢驗(yàn)師、測(cè)量技師和地理資訊系統(tǒng)(GIS)的用戶建立的全球DGPS修正的星載傳輸。 美國(guó)海岸警衛(wèi)隊(duì)的差分網(wǎng)絡(luò)為美國(guó)大陸沿海地區(qū)，墨西哥灣，阿拉斯加和夏威夷的海洋用戶提供準(zhǔn)確的沿海，河流，港口和海港入口的導(dǎo)航。 計(jì)劃在2002年首次運(yùn)行的聯(lián)邦航空管

15、理局(FAA)的廣域差分系統(tǒng)(WAAS)提供了代碼更正,電離層延遲和完整的數(shù)據(jù)。 用于航天器精準(zhǔn)登陸的聯(lián)邦航空局的局域增強(qiáng)系統(tǒng)(LAAS)，計(jì)劃約在2003年實(shí)現(xiàn)，提供代碼更正，完整性和其他數(shù)據(jù)。 類似于WAAS的歐洲同步導(dǎo)航覆蓋系統(tǒng)(EGNOS)，計(jì)劃約2002年在歐洲開(kāi)始實(shí)施。 日本設(shè)計(jì)的用于太平洋大部分區(qū)域的，提供代碼修正和其他數(shù)據(jù)的移動(dòng)運(yùn)輸衛(wèi)星系統(tǒng)(MTSAT)，約在2002年投入運(yùn)作。3 GPS的現(xiàn)代化盡管GPS的表現(xiàn)非常好，超過(guò)一般預(yù)期，還是需要一些重要的改進(jìn)。一些代表了政府和民間團(tuán)體的委員會(huì)為了確定哪些功能和特性應(yīng)該被納入未來(lái)的GPS以滿足軍事和民用用戶，在過(guò)去的十年里調(diào)查了系統(tǒng)

16、的需求和缺陷。GPS的現(xiàn)代化是一個(gè)艱難而復(fù)雜的進(jìn)取。它不僅為解決民事和軍事的需要和成本提高性能，也影響其他領(lǐng)域里產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響的問(wèn)題。這些問(wèn)題包括頻譜的需求和使用，安全，民用和軍用性能，系統(tǒng)的完整性，信號(hào)可用性，對(duì)GPS融資和管理的制度上的擔(dān)憂和作為國(guó)家和國(guó)際資源的GPS今后的操作。幸運(yùn)的是，許多關(guān)鍵問(wèn)題已經(jīng)確定并解決，或者似乎接近最終決議。如果一切按計(jì)劃或期望中的進(jìn)行，那么接下來(lái)的十年所期望的會(huì)變得相當(dāng)明顯。然而，這是在對(duì)美國(guó)政府的承諾持樂(lè)觀態(tài)度的前提下做的決定，能及時(shí)通過(guò)對(duì)制度安排和必要資金需求。3.1 信號(hào)和信號(hào)分離最初，軍用GPS規(guī)劃者想將他們的GPS頻率與那些用于民事應(yīng)用的分離開(kāi)。這種

17、分離是為了避免信號(hào)干擾和相互作用，為兩個(gè)用戶組提供最高靈活性。但是，經(jīng)過(guò)密集搜索也沒(méi)有找到可以滿足軍事需求的任何新頻譜。因此，軍方?jīng)Q定他們的信號(hào)將維持在由ITU為GPS授權(quán)的在L1 (1563.42-1587.42 MHz) 和 L2 (1215.6-1239.6 MHz)中的無(wú)線電衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)(RNSS)段的24 MHz頻段內(nèi)。額外的信號(hào)需求民事應(yīng)用對(duì)額外GPS信號(hào)的需求已經(jīng)通過(guò)了好幾年。這些信號(hào)所需的有：a) 使用兩個(gè)頻率校正技術(shù)減少電離層的錯(cuò)誤,b) 信號(hào)的魯棒性, 特別是在航空安全操作方面c) 改進(jìn)的獲取性與準(zhǔn)確性對(duì)L2和新的L5的擔(dān)憂聯(lián)邦航空局有一段時(shí)間反對(duì)在航空安全應(yīng)用程序中使用L

18、2。他們擔(dān)心的是，自從國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)授權(quán)在多原基礎(chǔ)上將這個(gè)頻帶使用于無(wú)線電定位服務(wù)(包括高功率雷達(dá))，那么使用這個(gè)頻帶的航天器將受到無(wú)法接受的干擾。因?yàn)檫@可能會(huì)損害航空安全操作，聯(lián)邦航空局認(rèn)為L(zhǎng)2頻帶不可接受。美國(guó)聯(lián)邦航空局要求在航空無(wú)線電導(dǎo)航服務(wù)(ARNS)頻帶內(nèi)有一個(gè)GPS航空頻率，它正好低于GPS的L2頻帶。正如我們即將討論的一樣，這已經(jīng)發(fā)生了。1996年3月29日(Gore and Pena, 1996)對(duì)GPS的總統(tǒng)決策指示 (PDD) 聲明，L1和L2頻帶都可以作為民用，也將會(huì)授權(quán)第三類民用信號(hào)。盡管L1和L2頻帶可以滿足大多數(shù)公民用戶，但航空用戶仍需要第三類民用信號(hào)以替代

19、L2頻帶及其在生命安全應(yīng)用方面的局限性。經(jīng)過(guò)交通部(DOT)，國(guó)防部(DOD) 和其他機(jī)構(gòu)對(duì)新頻率的密集搜索，副總統(tǒng)戈?duì)栐?999年1月25日宣布，ARNS頻帶的一部分被商定作為新(第三個(gè))民用頻率。這個(gè)頻率稱為L(zhǎng)5，集中在1176.45 MHz。這一選擇似乎滿足航空安全使用。圖5展示了現(xiàn)在光譜中布置，顯示出ARNS頻帶低于GPS的 L2頻帶，這為現(xiàn)代化的信號(hào)制定計(jì)劃。在對(duì)L5操作使用之前，與其他系統(tǒng)在頻帶中的協(xié)調(diào)和國(guó)際電信同盟(ITU) 的批準(zhǔn)是必需的。目前的ARNS頻帶是ITU為地對(duì)空服務(wù)而建立的。GPS對(duì)這一頻帶的部分使用需要衛(wèi)星到地球的傳輸類別。這件事于2000年4月在在伊斯坦布爾舉行

20、的ITU世界無(wú)線電會(huì)議上被慎重考慮。曾有人預(yù)計(jì)國(guó)際航空社區(qū)將支持這種改變。圖5 GPS和GLONASS信號(hào)布置安排：L1， L2 和L53.2 新的和留存的GPS信號(hào)為了反向兼容性（或 “遺留”）目的，L1上現(xiàn)有的C/A碼及L1和L2上的P/Y碼被保留。這些代碼的延續(xù)是必要的，直到能為民用和軍用兩者傳輸新的GPS信號(hào)的現(xiàn)代化GPS航天器被部署。新的GPS用戶設(shè)備也需被生產(chǎn)出以操作現(xiàn)代化的信號(hào)。通訊密碼目前的計(jì)劃是，繼續(xù)為居民社區(qū)提供L1上的C/A碼，并且在可行的情況下從后續(xù)飛船傳送新配置的C碼(有時(shí)被稱為CS碼)。L5碼的計(jì)劃是為了比當(dāng)前的C/A碼和新的C碼有更高的位(芯片)率和較長(zhǎng)的代碼。計(jì)

21、劃中L5的編碼由10.23 Mcps碼速率和10230位的代碼長(zhǎng)度組成。這C/A碼有相同的代碼段。與C/A碼相比，更長(zhǎng)、更高速率的編碼序列，可以提高測(cè)距精度，降低代碼噪音層次，有合理的獲取次數(shù)，更好的代碼絕緣度(互相關(guān)特性)和大大減少的多路徑干擾易感性。名為“L5-新的民用信號(hào)”的圖6，說(shuō)明了被稱為I5和Q5碼的L5同相和正交碼的主要光譜特性。要充分利用L5，計(jì)劃用一個(gè)或兩個(gè)不經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)調(diào)制傳播的正交信號(hào)。“數(shù)據(jù)免費(fèi)”信號(hào)為準(zhǔn)確的相位追蹤和更精確的載波相位測(cè)量提供了優(yōu)勢(shì)，這是調(diào)查和科學(xué)社區(qū)特別關(guān)心的。同樣的，L2上的新C碼為了和有數(shù)據(jù)的信號(hào)一樣提供數(shù)據(jù)免費(fèi)信號(hào)，采用C/A碼的碼片率（1.023

22、Mcps）和時(shí)間多路復(fù)用。當(dāng)前L1和L2上的P/Y碼表現(xiàn)非常好。然而，由于非常長(zhǎng)的序列長(zhǎng)度( 1013位) 和編碼的通信周期(7天)，P/Y碼的獲取十分困難，除非知道系統(tǒng)計(jì)時(shí)的精確知識(shí)。通常首先要知道的是P/Y碼和L1上C/A碼短序列的獲取。C/A碼的消息包含能為授權(quán)用戶獲取P/Y碼提供信息的系統(tǒng)計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)（交接）。圖6 L5 新的民用信號(hào)然而，軍方認(rèn)為，未來(lái)不需要首先訪問(wèn)C/A碼就能獲得他們的安全信號(hào)是有必要的。C/A碼可用作民用或其他。對(duì)安全信號(hào)直接獲取的軍事需求似乎需要一組新的軍事代碼的傳輸，被稱為M碼?？紤]的代碼選擇最初，國(guó)防部表示，計(jì)劃將在L1和L2頻帶中心加入新的信號(hào)，類似于他們的C

23、/A和P/Y碼。為減少與國(guó)防部信號(hào)的交互作用，避開(kāi)頻帶中心對(duì)民用信號(hào)來(lái)說(shuō)似乎是有益的。本文提出了1997 - 98年期間對(duì)L1和L2頻帶中雙編碼信號(hào)(每個(gè)波段中心的偏移)使用的場(chǎng)合（麥當(dāng)勞,1998）。對(duì)軍用信號(hào)處于較低水平視為頻帶外部區(qū)域的民用“分離載流子”和“光譜分裂”的使用，為在軍用和民用信號(hào)之間提供了分離。它還為精確的載波相位測(cè)量和更精確的代碼處理提供了一些顯著的優(yōu)勢(shì)。這些分裂光譜信號(hào)被發(fā)現(xiàn)有優(yōu)良的性能，尤其是與當(dāng)前的軍用P/Y碼信號(hào)相比，并且它容易實(shí)現(xiàn)（1998年Spilker等人）。在過(guò)去的兩年中，國(guó)防部發(fā)起了許多對(duì)分裂光譜信號(hào)的調(diào)查，并且在L1和L2中都選擇了這種信號(hào)用作他們的M

24、碼信號(hào)。對(duì)M碼信號(hào)的最終安排似乎是，使用一個(gè)有著大約5 Mbps的比特率，在雙重“分裂譜系”載流子上調(diào)制，離GPS L1和L2頻帶中心的上方和下方有大約10 MHz間隔在當(dāng)前P（Y）碼結(jié)構(gòu)的第一個(gè)空格的安全的M碼。GPS JPO及其承包商已經(jīng)對(duì)軍用信號(hào)替代進(jìn)行了調(diào)查，并且對(duì)最終選擇負(fù)責(zé)。4 安全問(wèn)題選擇性干擾一些委員會(huì)一直在調(diào)查SA的需求和效力。包括軍用和民用的幾乎所有委員會(huì)都發(fā)現(xiàn)，SA并不有效，它很容易變松（例如,通過(guò)使用微分技術(shù)），而且持續(xù)使用會(huì)很昂貴，尤其是對(duì)民用用戶。幾個(gè)組織強(qiáng)烈建議將SA立即移除。1996年3月29日發(fā)布的針對(duì)GPS的總統(tǒng)決策指示表示，從2000年開(kāi)始SA的繼續(xù)將由總

25、統(tǒng)每年審查一次，最遲到2006年SA將無(wú)法繼續(xù)下去。民事團(tuán)體一直建議將SA刪除。然而，用戶通過(guò)使用微分糾正很快適應(yīng)了對(duì)SA減緩技術(shù)的使用。GPS的精度改進(jìn)和性能提高2000年5月1日，白宮宣布，選擇可用性退化將會(huì)在5月1日凌晨被移除，亦沒(méi)有在未來(lái)恢復(fù)它的計(jì)劃或意圖。針對(duì)民用的獨(dú)立GPS精確度的大幅改善已經(jīng)變得明顯。即便是在電離層受到太陽(yáng)影響最大的時(shí)期（2000-2001），SPS接收機(jī)的性能也是現(xiàn)在通常的5-10米水平。SA的移除加上第二（第三）種民用信號(hào)頻率的可用性，可以將GPS的獨(dú)立民用水平精度提升到1-3米的范圍內(nèi)（95%的置信水平）。由于對(duì)頻繁的SA修正減少需求，SA的移除對(duì)DGPS數(shù)

26、據(jù)鏈路容量需求的減少也有顯著影響。軍用信號(hào)的安全目前軍用用戶通常使用C/A碼信號(hào)，但他們的安全系統(tǒng)糾正的了SA退化的影響。國(guó)防部對(duì)P碼加密形成Y碼，不僅限制了軍用（和其他授權(quán)的）用戶對(duì)大多數(shù)精密代碼的訪問(wèn)，還提供了各種防假保護(hù)。當(dāng)前的計(jì)劃是，保留P/Y碼信號(hào)直到新的M碼信號(hào)普遍可用。預(yù)計(jì)這種過(guò)相區(qū)間將持續(xù)到2015年甚至更長(zhǎng)。新的M碼信號(hào)也會(huì)是安全的。他們不同于P/Y碼信號(hào)的是，他們提供改進(jìn)的性能且計(jì)劃能被直接訪問(wèn)。軍用M碼信號(hào)結(jié)構(gòu)也進(jìn)入最后發(fā)展階段。題為“新的軍用信號(hào)：M碼”的圖7顯示了軍用P（Y）碼和計(jì)劃中的M碼信號(hào)的一般特性。圖7 新的軍用信號(hào)：M碼5 GPS的定位精度和性能提高電離層傳

27、播誤差GPS信號(hào)上的電離層傳播群時(shí)延的影響引起了大部分殘余接收器的錯(cuò)誤。由于隨機(jī)效應(yīng)，例如一天的時(shí)間，一年四季以及11年間的太陽(yáng)能（太陽(yáng)黑子）周期，這些延遲效果相差很大。題為“以23為周期的太陽(yáng)黑子數(shù)量預(yù)測(cè)”的圖8給出了影響地球電離層的太陽(yáng)能排放循環(huán)特性的圖形顯示。電離層的傳播延遲誤差的影響可以通過(guò)軍隊(duì)現(xiàn)在使用的雙頻率電離層矯正技術(shù)來(lái)有效去除。由于這個(gè)原因，民用GPS用戶在很多年內(nèi)都對(duì)第二頻率很感興趣。正如前文指出的，對(duì)于在未來(lái)的第二階段F級(jí)航天器中將第二個(gè)和第三個(gè)民用信號(hào)合并的提案，政府內(nèi)部已達(dá)成統(tǒng)一。用于修正電離層的這些信號(hào)的卓越能力可以為獨(dú)立GPS用戶將民用進(jìn)度提高至1-3米水平內(nèi)，甚至

28、可能更好。不幸的是，能允許對(duì)L5信號(hào)自由訪問(wèn)的足夠的第二階段F級(jí)航天器（大約需要18個(gè)）的部署日程是在十年以后。對(duì)L5信號(hào)全面運(yùn)行接受的一個(gè)合理時(shí)間估計(jì)是在2015年，這還取決于IIA、IIR和IIF級(jí)航天器的生命周期。圖8 以23為周期的太陽(yáng)黑子數(shù)量預(yù)測(cè)（2000年9月）接收機(jī)噪聲錯(cuò)誤影響著GPS用戶設(shè)備精度的其它因素包括，接收器可使用的并行接收通道個(gè)數(shù)，接收者的代碼噪聲性能，對(duì)多路徑的敏感系數(shù)和與實(shí)現(xiàn)、機(jī)械化和問(wèn)題解決相關(guān)的錯(cuò)誤。GPS接收器通道的數(shù)量取決于可以同時(shí)跟蹤的最大航天器數(shù)量。理想情況下，通道的數(shù)量足夠大以提供對(duì)可見(jiàn)航天器的持續(xù)性全視野追蹤，因?yàn)檫@提供了最好的幾何性能。盡管傳統(tǒng)C

29、/A碼接收器的接收方代碼噪音相當(dāng)于大約1米的錯(cuò)誤，但是“窄相關(guān)器”C/A碼接收器的接收方代碼噪音可低至10至20厘米。執(zhí)行錯(cuò)誤通常很小或微不足道。在10厘米至為1 米水平之間的接收器熱噪聲性能被認(rèn)為是好的，然而，GPS精確的載波相位測(cè)量通常相當(dāng)好，理論上是0.5 2毫米的等效噪聲水平。控制段誤差GPS控制段決定了GPS航天器軌道元素和定時(shí)數(shù)據(jù)的質(zhì)量。這些被上傳到GPS航天器內(nèi)存，然后定期傳送到在GPS數(shù)據(jù)信息上的用戶。航天器的位置和其他數(shù)據(jù)直接影響到用戶的使用精度。此外，因?yàn)樗鼤?huì)隨著時(shí)間推移，數(shù)據(jù)受到上載到GPS航天器上的更新率影響。近期在控制段的改進(jìn)提供了1-2米水平的航天器位置精度。國(guó)家形

30、象和映射管理局 (NIMA) 計(jì)劃增加到GPS跟蹤網(wǎng)的六個(gè)地面站將大大提高GPS跟蹤測(cè)量和計(jì)算參數(shù)的質(zhì)量和及時(shí)性。到航天器的更頻繁的加載也在計(jì)劃中。在2000 - 2010年期間，GPS跟蹤網(wǎng)絡(luò)和運(yùn)行控制系統(tǒng)期望有能提高分米波段的輔助儀表位置精度。自主導(dǎo)航操作GPS星群需要有一段時(shí)間的無(wú)地面段控制運(yùn)行。通過(guò)使用GPS內(nèi)部衛(wèi)星對(duì)其他航天器的精確測(cè)距，連接第二階段R級(jí)、F級(jí)和第三階段航天器，使之能夠運(yùn)行在一個(gè)自主導(dǎo)航(autonav)模式。自主導(dǎo)航測(cè)距數(shù)據(jù)在星群中與其他航天器交叉結(jié)合，為每個(gè)航天器計(jì)算準(zhǔn)確的位置數(shù)據(jù)提供車(chē)載信息。這些數(shù)據(jù)結(jié)合測(cè)量的GPS航天器軌道擾動(dòng)，可以再很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)提供極好的

31、系統(tǒng)準(zhǔn)確度。2002和2012年的定位精確估計(jì)題為“20002010年往后時(shí)間段內(nèi)，對(duì)民用核軍用接收器的各種操作模式的定位精確估計(jì)”的圖9，說(shuō)明了在各種各樣的模式下GPS接收機(jī)的操作的預(yù)期系統(tǒng)性能改進(jìn)。這個(gè)圖標(biāo)只闡述了位置精度，然而許多其他測(cè)量也會(huì)受到影響。一個(gè)對(duì)額外的測(cè)量參數(shù)和估計(jì)精度的尖端總結(jié)在題為“2000和2010年GPS在各種操作模式下的性能”的表三中給出。圖9 20002010年往后時(shí)間段內(nèi)，對(duì)民用核軍用接收器的各種操作模式的定位精確估計(jì)表3 2000和2010年GPS在各種操作模式下的性能6完整性、可用性、星群大小和權(quán)力問(wèn)題系統(tǒng)完整性另一個(gè)被關(guān)注的民事應(yīng)用是，GPS機(jī)載接收器得到

32、的數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)，以自主確定（不適用地面數(shù)據(jù)）收到的導(dǎo)航信息的有效性或完整性。特別是，這涉及到建立GPS用戶設(shè)備測(cè)量的可信度，以及如果航天器有錯(cuò)誤或某種程度上不在允許范圍內(nèi)，確定他們可能提供的危險(xiǎn)或誤導(dǎo)性的信息。盡管4個(gè)航天器的范圍就足以確定位置，多達(dá)六個(gè)或更多飛船范圍可能需要在可接受的高置信度條件下確定信號(hào)完整性，以滿足航空完整性安全要求。這個(gè)經(jīng)常被稱為接收機(jī)自主完整性監(jiān)視(RAIM)的故障檢測(cè)和消除(FDE)過(guò)程是一個(gè)特別困難的問(wèn)題。SA的移除顯著提高了FDE過(guò)程的可行性。去掉它之前，根據(jù)規(guī)范SA可能在百分之五的時(shí)間內(nèi)導(dǎo)致超過(guò)100米的錯(cuò)誤。信號(hào)可用性擁有24個(gè)航天器的定位GPS星群為軍事用途

33、而成立。大多數(shù)觀察者考慮到航天器信號(hào)在民用領(lǐng)域的可用性，特別是那些涉及生命安全應(yīng)用，臨界或在一些不可接受的情況的。同樣，在有限的能見(jiàn)度條件下，例如“城市峽谷”情況下，GPS接收器接近地面，兩側(cè)都有高層建筑，視野范圍內(nèi)的航天器數(shù)量可以大幅減少。有時(shí)這導(dǎo)致用數(shù)量不足的信號(hào)提供導(dǎo)航解決方案。由于這些和其他原因，便有了對(duì)可能用612個(gè)航天器增加或擴(kuò)充GPS星群以提供總數(shù)達(dá)3036個(gè)運(yùn)行航天器的關(guān)心。增加星座群大小正如前面提到的，有人曾提議增加需要的GPS(或者類似的)航天器以提供GPS星群所需的額外的健壯性。聯(lián)邦航空局和其他人完成的調(diào)查表明，為滿足完整性和其他生命安全需求30-36個(gè)航天器是必須的。然

34、而，迄今為止，將有效載荷送入軌道的高成本妨礙了對(duì)GPS星群大小大幅增加的認(rèn)真考慮。正如前面所討論的，擴(kuò)增計(jì)劃用于提供海洋和航空應(yīng)用程序需要的額外的信號(hào)可用性，和差分校正，完整性，電離修正數(shù)據(jù)。功率改進(jìn)因?yàn)楝F(xiàn)代化的GPS航天器將提供民事社區(qū)L2上的C碼信號(hào)作為第二個(gè)主要信號(hào)，這種信號(hào)的功率要求類似于L1上的C/A碼信號(hào)。同時(shí)，出于同樣的原因，在所有的現(xiàn)代化GPS航天器上L2上的P/Y碼功率需要大約增加四倍(6dB)，因?yàn)長(zhǎng)2信號(hào)以前只用于電離層延遲修正。ARNS頻帶中的新L5信號(hào)需要約比L1上的C/A信號(hào)高6dB的功率，以補(bǔ)償頻帶內(nèi)更高水平的干擾和噪聲。民用信號(hào)功率上3-6 dB的額外增加因許多

35、各種安全、成本和性能的原因而提升。這似乎是為新一代GPS航天器計(jì)劃，至少是對(duì)第三代航天器。L1和L2的軍用信號(hào)計(jì)劃在高于當(dāng)前水平的功率（6-10 dB）上傳輸。進(jìn)一步說(shuō)，超出預(yù)期的功率大幅提高，是為了在選定的戰(zhàn)術(shù)地區(qū)減小操作間隔。這既能提高在電子干擾 (ECM)環(huán)境下的性能又能提供額外的信號(hào)的魯棒性。這個(gè)功能可能需要一個(gè)可折疊的大口徑天線系統(tǒng)。這將提供一個(gè)可操縱的點(diǎn)波束覆蓋選擇戰(zhàn)術(shù)地區(qū)。傾向于吸收新航天器和其他計(jì)劃中功能的實(shí)質(zhì)性主要電力的軍用需求在競(jìng)爭(zhēng)上可能有一些困難。民用改善可能面臨風(fēng)險(xiǎn)。題為“GPS功率譜”的圖10顯示了航天器傳送的各種現(xiàn)有及未來(lái)的GPS信號(hào)的相對(duì)信號(hào)功率譜。圖10 GPS

36、的M碼、P/Y碼、C/A碼、C碼和L5 I和Q碼的功率譜實(shí)施時(shí)間表和及時(shí)性在現(xiàn)代化和系統(tǒng)性能改進(jìn)方面的主要擔(dān)憂是，政府部門(mén)機(jī)構(gòu)行政和立法部分認(rèn)識(shí)GPS現(xiàn)代化和延緩或丟棄程序的各個(gè)方面風(fēng)險(xiǎn)的能力。GPS S/C發(fā)射的計(jì)劃時(shí)間表本文所關(guān)注的一個(gè)例子是目前GPS航天器發(fā)射的計(jì)劃時(shí)間表。根據(jù)GPS綜合項(xiàng)目辦公室和其他來(lái)源提供的宣布啟動(dòng)信息中，題為“GPS現(xiàn)代化：計(jì)劃中航天器的預(yù)估獲得日期（IIR、 IIF,、III）”的圖11中看出已經(jīng)準(zhǔn)備好了。這表明，直到大約2015 年，以當(dāng)前對(duì)計(jì)劃中的GPS第二代R級(jí)和F級(jí)的航天器的發(fā)射看來(lái)，新的現(xiàn)代化能力將無(wú)法被民事和軍事用戶使用。很明顯，迫切需要對(duì)GPS航天

37、器的重大修改以使現(xiàn)代化能力的實(shí)現(xiàn)日期能提前。如圖所示，日期可能會(huì)被提前到2010年或更早，如果能實(shí)現(xiàn)對(duì)IIR 和IIF新的修改（新的民用和軍用信號(hào)）并且可以安排這些航天器生產(chǎn)和發(fā)射的日程。圖11 GPS現(xiàn)代化：計(jì)劃中航天器的預(yù)估獲得日期（IIR、 IIF、III）7 國(guó)際影響歐洲的關(guān)注點(diǎn)和伽利略一段時(shí)間以來(lái)，歐共體（和全球其他國(guó)家）關(guān)注著承諾對(duì)GPS的導(dǎo)航服務(wù)。他們首要關(guān)心的是，他們?cè)贕PS操作上沒(méi)有控制權(quán)；其次，在美國(guó)涉及糾紛的時(shí)期，GPS民用信號(hào)無(wú)法得到保證；再有，歐洲想要保持他們?cè)趯?dǎo)航衛(wèi)星領(lǐng)域的技術(shù)能力和經(jīng)濟(jì)參與。第一個(gè)關(guān)注點(diǎn)反映了他們對(duì)歐洲區(qū)域的定位、導(dǎo)航和精密授時(shí)服務(wù)的歐洲控制權(quán)的商

38、業(yè)、戰(zhàn)略和政治方面的強(qiáng)烈興趣。在過(guò)去的幾年里，歐洲委員會(huì) (EC) 贊助調(diào)查了對(duì)覆蓋歐洲的衛(wèi)星系統(tǒng)的介紹。這些表明，在幾年里全世界市場(chǎng)對(duì)全球衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備和服務(wù)約為$40B。1999年2月10日，歐洲委員會(huì) (EC)要求歐洲聯(lián)盟(歐盟)的15個(gè)州的政府在給他們的政治和財(cái)政支持的前提下，開(kāi)發(fā)最先進(jìn)的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)，稱為伽利略計(jì)劃(EC,1999)。歐盟似乎確信一個(gè)歐洲系統(tǒng)的發(fā)展能避免由于現(xiàn)在他們對(duì)美國(guó)GPS的依賴引起的問(wèn)題，并且為歐共體提供可觀的經(jīng)濟(jì)利益。因?yàn)閷?dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)正在指揮空中和海上運(yùn)動(dòng)，EC申明，在更有效地引導(dǎo)轎車(chē)和卡車(chē)，以及農(nóng)業(yè)、漁業(yè)、實(shí)時(shí)性和同步性和基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃、礦產(chǎn)勘查

39、和土地調(diào)查方面有一個(gè)明確的市場(chǎng)潛力。信號(hào)和用戶設(shè)備的兼容性有人提議在美國(guó)(麥當(dāng)勞,1998 c)和歐洲對(duì)獨(dú)立派出導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)(例如,GPS和GNSS) 作為一個(gè)公共基礎(chǔ)，使用相同的民用頻率和信號(hào)結(jié)構(gòu)。如果在這一基礎(chǔ)上成功的國(guó)際合作可以實(shí)現(xiàn)，那么來(lái)自獨(dú)立系統(tǒng)的信號(hào)將會(huì)兼容，并允許世界各地的設(shè)備相互操作。美國(guó)交通部已經(jīng)承認(rèn)了一個(gè)與歐洲系統(tǒng)兼容的GPS的潛在好處。同時(shí)，俄羅斯聯(lián)邦表示愿意考慮加入一個(gè)聯(lián)合途徑。俄羅斯已經(jīng)訪問(wèn)一組頻率(俄羅斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)Glonass)，在全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)中的使用提供了一些吸引人的功能。歐盟似乎愿意在國(guó)際發(fā)展的基礎(chǔ)上進(jìn)行建設(shè)性伽利略計(jì)劃，并且申明歐盟現(xiàn)在的失敗意味著“丟

40、失了一個(gè)巨大而且可能不可重復(fù)的機(jī)會(huì)”。成本和資金歐盟對(duì)伽利略計(jì)劃的成本估計(jì)在$2-3B之間，經(jīng)費(fèi)部分來(lái)自于歐盟預(yù)算部分來(lái)自私人和國(guó)家政府消息來(lái)源。伽利略計(jì)劃可能也為俄羅斯聯(lián)邦提供一個(gè)顯著的作。GNSS的軌道排列方式并沒(méi)有完全定義，但目前的計(jì)劃表示在中等地球軌道略高于GPS的航天器將為歐洲提供良好的覆蓋，尤其是歐洲大陸的高緯度地區(qū)。結(jié)合性能表4展示了，全球用戶同時(shí)擁有GPS和伽利略具有顯著的優(yōu)勢(shì)。得到的實(shí)質(zhì)性好處包括：系統(tǒng)精確度的提高，自主完整性，干擾抑制，城市峽谷操作和運(yùn)動(dòng)學(xué)精密測(cè)量。這些優(yōu)點(diǎn)在有簡(jiǎn)要的圖中更詳細(xì)地列出。組合系統(tǒng)操作品質(zhì)的提高令人印象深刻。表4 現(xiàn)有及未來(lái)的民事操作系統(tǒng)的GPS

41、-Galileo GNSS特征和組合系統(tǒng)功能題為“民用GPS和伽利略計(jì)劃的比較”的圖12說(shuō)明了大量與GPS和伽利略計(jì)劃相關(guān)的系統(tǒng)改進(jìn)事項(xiàng)，以及在關(guān)注的一些主要領(lǐng)域的比較。GPS現(xiàn)代化改進(jìn)實(shí)現(xiàn)的延遲表明，伽利略計(jì)劃在數(shù)年內(nèi)可能會(huì)成為未來(lái)導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的選擇。代表GPS的緊急和專門(mén)的行動(dòng)需要繼續(xù)下去。圖12 民用GPS和伽利略計(jì)劃的比較-伽利略計(jì)劃的機(jī)會(huì)8結(jié)論8.1 GPS現(xiàn)代化的影響 GPS的現(xiàn)代化將提供許多新功能，例如，兩個(gè)新的民用頻率段（L2和L5），新的民用和軍用信號(hào)，更高的信號(hào)功率水平，更廣泛的地面跟蹤和更頻繁的和準(zhǔn)確的航天器位置更新。所有的這些都顯著提高準(zhǔn)確性、完整性和其他方面的系統(tǒng)性能

42、。此外，GPS的管理已經(jīng)改變，現(xiàn)在包括合作的民用和軍事?lián)芸詈捅O(jiān)督。希望其它的制度改革將會(huì)為GPS提供一個(gè)集中的、協(xié)調(diào)管理，允許程序未來(lái)的同盟資金的成功展開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)。這些因素，加上全世界不斷增長(zhǎng)的導(dǎo)航系統(tǒng)和服務(wù)的重要性，為集成GPS成為一個(gè)包含有一定數(shù)量的獨(dú)立要求但是協(xié)調(diào)系統(tǒng)元素的國(guó)際的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?，F(xiàn)代化的GPS將以經(jīng)濟(jì)上合理的方式在為民事安全、安全、科學(xué)、工程和相關(guān)應(yīng)用程序提供位置、速度、姿態(tài)和計(jì)時(shí)服務(wù)上繼續(xù)發(fā)揮重要的軍事和核心角色。在接下來(lái)的十年內(nèi)，GPS的現(xiàn)代化通過(guò)包含下列改進(jìn)，顯著提高軍用和民用用戶的導(dǎo)航功能：L2(1227.6 MHz)和L5(1176.45 MHz)

43、以及L1上的長(zhǎng)期以來(lái)與民用信號(hào)相關(guān)的新的民用頻率。軍事力量將保留L1和L2頻帶。新的安排通過(guò)使用技術(shù)為民用提供了電離層修正，提高信號(hào)的魯棒性，增加干擾排斥和改進(jìn)的動(dòng)態(tài)精度的功能，解決載波相位測(cè)量精度的歧義。新的信號(hào)是為民用和軍用建造的。L5上的新的民用信號(hào)預(yù)計(jì)將支持達(dá)C/A碼十倍的碼速率。這將提高代碼的測(cè)量精度，減少代碼的噪音，減少互關(guān)聯(lián)問(wèn)題，并提供改進(jìn)的多路徑緩解。新的軍用信號(hào)結(jié)構(gòu)將提供更好的代碼精度、理想的功率分布的光譜和對(duì)軍事安全的代碼的直接訪問(wèn)。原定計(jì)劃于2000年至2006年期間的選擇性干擾的移除，(1996年3月, 對(duì)GPS的總統(tǒng)決定指令) 已經(jīng)完成了。GPS現(xiàn)在為民用信號(hào)提供完整

44、、未經(jīng)碰撞的精確度。這些，加上額外的民用頻率（用于電離層修正），將提高GPS的性能達(dá)約十倍（與SA相比）。例如，GPS已經(jīng)從有SA時(shí)50-60米的精確度提升到在一個(gè)獨(dú)立基礎(chǔ)上當(dāng)前精度達(dá)5-10米（沒(méi)有SA）。系統(tǒng)的誤差來(lái)源的減少，不僅包括SA的移除和電離層誤差修正，還有GPS接收器控制部分冗余(加上NIMA監(jiān)視站) 的明顯改善，以及為最小化航天器位置的預(yù)測(cè)(星象)錯(cuò)誤提供更好功能改進(jìn)的統(tǒng)計(jì)估算技術(shù)。從GPS航天器上增強(qiáng)的信號(hào)可用性和功率有更大的可靠性和壽命。新的民用L2信號(hào)上的功率與當(dāng)前為了獲得更大魯棒性的L1民用信號(hào)一致。軍用M碼信號(hào)的功率很靈活，且大大高于當(dāng)前的P/Y碼功率水平。因無(wú)法保證

45、更大的GPS航天器星群，對(duì)這一擴(kuò)張有著強(qiáng)烈的興趣。帶擴(kuò)增的改進(jìn)性能，例如選擇可用性退化的移除引起的非常明顯的性能增強(qiáng)和計(jì)劃中的擴(kuò)增。這些包括USCG差分網(wǎng)絡(luò)，國(guó)家DGPS，聯(lián)邦航空局的WAAS和LAAS，歐洲EGNOS，日本MSAS和大量的能為各種各樣的應(yīng)用程序提供高度精確的位置、速度和時(shí)間測(cè)量其他DGPS系統(tǒng)。國(guó)際影響- GPS已經(jīng)成為導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的性能的標(biāo)準(zhǔn)，但因?yàn)槊绹?guó)的軍事起源和對(duì)系統(tǒng)的控制，仍長(zhǎng)期存在國(guó)際性的擔(dān)憂。然而，系統(tǒng)和體制變革已經(jīng)發(fā)生，出現(xiàn)了例如現(xiàn)在的GPS現(xiàn)在有一些新特性和一些絕佳的機(jī)會(huì)?，F(xiàn)在的GPS有或者能夠提供：a) 聯(lián)合公民/軍事管理結(jié)構(gòu)b) 一個(gè)重要的國(guó)家資源與世界范

46、圍的應(yīng)用和影響c) 獨(dú)立的民事和軍事能力,它們都被大幅改善d) 對(duì)美國(guó)工業(yè)和全球用戶來(lái)說(shuō)的重大的經(jīng)濟(jì)“引擎”e) 取得領(lǐng)導(dǎo)地位的功能，大大影響了一個(gè)國(guó)際GNSS的形成8.2 最后的話為了用一個(gè)及時(shí)和有用的方式使GPS現(xiàn)代化，很明顯，強(qiáng)大的資金支持，一個(gè)強(qiáng)有力的國(guó)家承諾，可能是白宮領(lǐng)導(dǎo)，新的制度安排和各種其他因素是必要的。技術(shù)和實(shí)現(xiàn)問(wèn)題顯得簡(jiǎn)單；然而，機(jī)構(gòu)、資金、國(guó)際和國(guó)家的首要關(guān)注是關(guān)鍵?，F(xiàn)代化的GPS及歐洲伽利略系統(tǒng)的引入和兩者的增加可以惠及全球民用用戶。參考文獻(xiàn)EC (1999) Galileo to Set Pace in Satellite Navigation, Improve Sa

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