“兼容性和互操作性是GNSS未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)”
——從格洛納斯癱瘓談起

+ 孫凝子

“兼容性和互操作性是GNSS未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)”
——從格洛納斯癱瘓談起

+ 孫凝子

4月2日，作為全球四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)之一的俄羅斯格洛納斯系統(tǒng)癱瘓，經(jīng)過(guò)13個(gè)小時(shí)的緊急搶修，終于恢復(fù)正常。有媒體報(bào)道，該系統(tǒng)的整體癱瘓令行業(yè)內(nèi)的多位專家憂心不已。Locata Corporation公司總裁Nunzio Gambale表示：“如果沒有一種儲(chǔ)備技術(shù)系統(tǒng)，那么衛(wèi)星系統(tǒng)癱瘓了，我們要怎么辦？”新不倫瑞克大學(xué)大地測(cè)量和測(cè)繪工程系的教授Richard Langley博士同時(shí)指出在GPS為王的世界里，一定要研發(fā)儲(chǔ)備技術(shù)，而不能僅僅依賴其他的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。

那么，現(xiàn)有的GPS、格洛納斯、伽利略和北斗等全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是否的確存在癱瘓的可能？如果衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)真的癱瘓，是否會(huì)像某些國(guó)外媒體報(bào)道中說(shuō)的那樣“全球經(jīng)濟(jì)就要度過(guò)大蕭條的嚴(yán)冬，也許幾十年也緩不過(guò)勁來(lái)”呢？帶著這些問(wèn)題，筆者走訪了著名大地測(cè)量學(xué)家和衛(wèi)星導(dǎo)航定位專家楊元喜院士。

“單一衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是不靠譜的”

楊院士說(shuō)，這次格洛納斯癱瘓反應(yīng)了導(dǎo)航系統(tǒng)的健康性問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題，一向?yàn)樗袑＜宜匾?。然而所有的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)都無(wú)法避免出現(xiàn)問(wèn)題?！凹词菇⒁惶讉浞菹到y(tǒng)，也無(wú)法保證這套備份系統(tǒng)不出問(wèn)題。只能這樣說(shuō)，單一的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是不靠譜的?！睏钤菏靠偨Y(jié)。

要解決這個(gè)問(wèn)題，楊院士倡議各個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)之間“分建共享”，即分別建設(shè)，共同分享。“這一點(diǎn)上，國(guó)際上一直都有共識(shí)。幾大系統(tǒng)為了實(shí)現(xiàn)互操作，每年都在國(guó)際導(dǎo)航聯(lián)合會(huì)（ICG）進(jìn)行討論，進(jìn)展很順利。GPS、GLONASS、北斗及伽利略系統(tǒng)在兼容的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)互操作，將來(lái)一定會(huì)得到很好落實(shí)，用戶只要使用多系統(tǒng)兼容終端，穩(wěn)健性一般會(huì)得到保障。如果單一系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，使用兼容終端的用戶不會(huì)受到顯著影響。所以一旦某個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)癱瘓了，對(duì)單類型用戶的危害是比較大的?！睏钤菏奎c(diǎn)出了問(wèn)題的關(guān)鍵——為了實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健連續(xù)導(dǎo)航，避免由于單一衛(wèi)星系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題而影響使用，建議用戶使用兼容多個(gè)系統(tǒng)的終端。當(dāng)然前提是個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)兼容性與互操作。

衛(wèi)星導(dǎo)航與陸地導(dǎo)航

一直以來(lái)，在導(dǎo)航定位的產(chǎn)業(yè)中，都有包括包括Locata、Resilient導(dǎo)航和Timing Foundation(RNTF)在內(nèi)的多家公司始終堅(jiān)持打造陸地導(dǎo)航儲(chǔ)備系統(tǒng)的重要性。但是楊院士認(rèn)為，與慣導(dǎo)、室內(nèi)定位等等陸地導(dǎo)航技術(shù)相比，能夠提供全天候、全天時(shí)的衛(wèi)星導(dǎo)航才是最佳的解決方案。“陸地導(dǎo)航會(huì)受制于基站，沒有基站的地方，就沒法導(dǎo)航。而無(wú)論在哪里，只要有衛(wèi)星信號(hào)的地方就可以導(dǎo)航，不需要基站?！睏钤菏窟@樣解釋到，并建議普通用戶首選能夠兼容和互操作的終端。

兼容與互操作是多導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)資源利用與共享的重要內(nèi)容。2007 年印度班加羅爾舉行的第一次衛(wèi)星導(dǎo)航供應(yīng)商論壇會(huì)議初步提出了兼容與互操作原理及定義，2008年在美國(guó)加州舉行的第三次供應(yīng)商論壇會(huì)議對(duì)兼容與互操作定義進(jìn)行了更新。

據(jù)楊院士介紹，兼容性是指分別或綜合使用多個(gè)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)及區(qū)域增強(qiáng)系統(tǒng)，不會(huì)引起不可接受的干擾，也不會(huì)傷害其他單一衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)及其服務(wù)。

實(shí)際上，兼容性不僅包括無(wú)線電頻率的兼容，還應(yīng)包括坐標(biāo)系統(tǒng)兼容，時(shí)間系統(tǒng)兼容，發(fā)射功率兼容等。

而互操作則是指綜合利用多個(gè)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)、區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、增強(qiáng)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)及相應(yīng)服務(wù)，能夠在用戶層面比單獨(dú)使用一種服務(wù)獲得更好的能力。

主要內(nèi)容包括：第一，同時(shí)處理不同衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)信號(hào)并不顯著增加接收機(jī)的成本和復(fù)雜性；第二，多衛(wèi)星星座播發(fā)公用互操作信號(hào)將改善觀測(cè)幾何結(jié)構(gòu)，改善所有地點(diǎn)用戶的定位精度，減少衛(wèi)星信號(hào)受遮擋的范圍，提高衛(wèi)星的可視性；第三，坐標(biāo)框架的實(shí)現(xiàn)及時(shí)間系統(tǒng)應(yīng)極大限度地固聯(lián)于國(guó)際現(xiàn)已存在的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)；第四，鼓勵(lì)任何其他改善互操作的決策。

顯然，互操作的實(shí)現(xiàn)必須基于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的兼容性。

GNSS未來(lái)發(fā)展的大趨勢(shì)

多個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的兼容互操作不僅解決了單一系統(tǒng)有風(fēng)險(xiǎn)的問(wèn)題，同時(shí)還可以提高PNT服務(wù)的可靠性。因此，楊院士認(rèn)為，兼容互操作是GNSS未來(lái)發(fā)展的大趨勢(shì)。同時(shí)介紹說(shuō)北斗全球?qū)Ш较到y(tǒng)建設(shè)時(shí)尤其注重與其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的兼容與互操作，無(wú)論是頻率、坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)都將盡量與國(guó)際現(xiàn)有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)一致，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)為國(guó)際衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域做出了重要的貢獻(xiàn)。

兼容互操作可以無(wú)限制地使用多星座提供的多頻觀測(cè)信息進(jìn)行定位、導(dǎo)航、定時(shí)(PNT)應(yīng)用， 可減弱對(duì)單一星座的依賴， 降低電磁干擾、地形/建筑物遮擋、電離層閃爍、拒絕服務(wù)等因素導(dǎo)致的性能下降或服務(wù)中斷風(fēng)險(xiǎn)。在 GNSS 多星座多頻數(shù)據(jù)融合下， 經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)探測(cè)、篩選、組合， 將顯著增加衛(wèi)星和測(cè)距信號(hào)的數(shù)量， 大幅提升各個(gè)導(dǎo)航性能指標(biāo)。舉一個(gè)最簡(jiǎn)單的例子，一旦終端是兼容互操作的，衛(wèi)星數(shù)目的增多可以極大限度地減弱衛(wèi)星導(dǎo)航盲區(qū)，緩解單一星座下由于城市建筑物遮擋等因素引起的導(dǎo)航信號(hào)缺失問(wèn)題，提高衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的連續(xù)性。

當(dāng)談到衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)癱瘓是否會(huì)造成嚴(yán)重的后果時(shí)，楊院士笑著說(shuō)，雖然如今衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域得到成功應(yīng)用，并發(fā)揮了重要作用，但單一系統(tǒng)一時(shí)癱瘓也不會(huì)造成非常嚴(yán)重的后果，畢竟導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的技術(shù)已經(jīng)比較成熟，即使出現(xiàn)問(wèn)題，也可以較快得到恢復(fù)，再說(shuō)，多系統(tǒng)已經(jīng)能夠互相支持。針對(duì)本次的格洛納斯系統(tǒng)的問(wèn)題，楊院士不認(rèn)為是由于人為攻擊造成的，“和平使用太空是全人類的共同愿望?！?/p>