時(shí)間議題在ICG國際會(huì)議策略分析

孫海燕,蔡志武,閆芳君,肖勝紅

(北京衛(wèi)星導(dǎo)航中心,北京 100094)

時(shí)間議題在ICG國際會(huì)議策略分析

孫海燕,蔡志武,閆芳君,肖勝紅

(北京衛(wèi)星導(dǎo)航中心,北京 100094)

摘要：衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)時(shí)間議題是全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)國際委員會(huì)(ICG)會(huì)議上工作組D組的重要議題。時(shí)間議題在歷次ICG會(huì)議上的發(fā)展歷程被詳細(xì)論述。對(duì)美國、俄羅斯等全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)供應(yīng)方與時(shí)間議題相關(guān)的策略進(jìn)行了深入分析和預(yù)測(cè)。在此基礎(chǔ)上,提出了我國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)針對(duì)時(shí)間議題的應(yīng)對(duì)策略,為爭(zhēng)取我國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)國際主導(dǎo)地位提供參考。 2011年ICG-6會(huì)議上,在任務(wù)組主席報(bào)告中提到印度提交了他們關(guān)于時(shí)間參考的模板,并在會(huì)議上進(jìn)行了討論。會(huì)議達(dá)成的協(xié)議是[5]:時(shí)間框架模板完成后將被公布在網(wǎng)站上,并且在必要的時(shí)候進(jìn)行維護(hù)和更新。這個(gè)模板還需要一些小小的修改。時(shí)間框架模板的修改大約需要一個(gè)月的時(shí)間。與會(huì)者一致同意這個(gè)模板在ICG網(wǎng)站上和大地測(cè)量參考模板一起公開,并且拓展的EGNOS和WAAS系統(tǒng)需要考慮在模板以內(nèi)。

關(guān)鍵詞：全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)國際委員會(huì);時(shí)間參考;定位、導(dǎo)航和授時(shí)

doi:10.13442/j.gnss.1008-9268.2015.03.021

中圖分類號(hào)：P228.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：碼： A

文章編號(hào)：號(hào)： 1008-9268(2015)03-0080-07

收稿日期：2015-03-23

作者簡(jiǎn)介

Abstract:Timing reference is the important issue discussed on the International Committee on Global Navigation Satellite System (ICG) meetings Working Group D. It is dissertated in detail of the course of timing issue development on ICG meetings. It is analyzed and forecasted deeply that the timing reference policy of the Global Navigation Satellite System(GNSS) providers e.g. American and Russia. So the answer policy on timing issue of Chinese satellite navigation system are put forward, which provided the reference for enhancing international dominant status.

0引言

全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)國際委員會(huì)(ICG)是聯(lián)合國建立的政府間非正式組織,由聯(lián)合國外空司發(fā)起成立。ICG從2006年起每年召開1次會(huì)議,逐漸成為衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域國際協(xié)調(diào)的平臺(tái)和紐帶,得到了衛(wèi)星導(dǎo)航主導(dǎo)國家和新興國家政府的高度重視。ICG會(huì)議旨在加強(qiáng)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GNSS)間的兼容和互操作,促進(jìn)世界各國對(duì)衛(wèi)星定位、導(dǎo)航、授時(shí)(PNT)服務(wù)的應(yīng)用[1-2]。美國、俄羅斯等國際重要的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)維護(hù)和廣泛使用的國家努力促進(jìn)ICG會(huì)議的召開,并在會(huì)議上通過報(bào)告、提案等方式發(fā)表建議,促進(jìn)形成有利于自身領(lǐng)先和主導(dǎo)地位的衛(wèi)星導(dǎo)航國際秩序。

ICG會(huì)議從2006年11月在奧地利維也納第一次會(huì)議開始就成立了A、B、C、D四個(gè)工作組開展工作。工作組A負(fù)責(zé)兼容性和互操作性問題;工作組B負(fù)責(zé)提高全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)服務(wù)性能問題;工作組C負(fù)責(zé)信息傳播和能力建設(shè)問題;工作組D負(fù)責(zé)參考基準(zhǔn)、授時(shí)和應(yīng)用問題(2010年前曾稱“與國家和區(qū)域當(dāng)局及有關(guān)的國際組織互動(dòng)問題”)[2]。工作組D組一直以來主要圍繞衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的空間參考和時(shí)間參考開展工作。因此,與衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)時(shí)間相關(guān)的議題是其核心議題。

本文就ICG會(huì)議上關(guān)于時(shí)間的議題發(fā)展歷程、各方態(tài)度和觀點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)分析,并對(duì)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè),提出應(yīng)對(duì)策略的建議,為在ICG會(huì)議上提升我國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)主導(dǎo)地位提供信息支撐。

1時(shí)間議題歷程

2007年ICG-2會(huì)議在印度班加羅爾舉行。D組首次會(huì)議在2007年9月6日召開,與會(huì)主席團(tuán)成員包括IAG、IGS、FIG等國際組織。D組討論集中在2個(gè)議題[3]:1) 界定位置質(zhì)量、完整性和干擾監(jiān)控技術(shù);2) 在考慮目前已經(jīng)存在的區(qū)域參考框架前提下,發(fā)展一個(gè)共同的大地測(cè)量參考框架。

有觀點(diǎn)提出:既然時(shí)間是地心地球參考系(GTRS)的一個(gè)重要方面,那么應(yīng)該將時(shí)間考慮在工作組的提議中。通過工作組的討論一致認(rèn)為:時(shí)間不用被考慮到工作組的提議中。然而,為了各衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)間更緊密的合作,工作組D組需要與時(shí)間相關(guān)的組織進(jìn)行時(shí)間議題協(xié)調(diào),如BIPM等。并且,工作組A組提出了一個(gè)建議“協(xié)調(diào)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的時(shí)間和空間參考”,工作組D表示支持這個(gè)建議。

另外,有觀點(diǎn)認(rèn)為: BIPM的工作基于一個(gè)法律基礎(chǔ)之上,然而ITRS(國際地球參考系統(tǒng))沒有一個(gè)被認(rèn)可的法律基礎(chǔ),但在全球被采納。因此,工作組同意探究這個(gè)問題,并考慮為IRS/TIRF建立一個(gè)法律基礎(chǔ)。工作組注意到了有代表性的典型的服務(wù)提供者的重要性。并且,服務(wù)提供者應(yīng)該包含參考框架的信息和被應(yīng)用于GNSS服務(wù)提供者之間共享信息模板中的時(shí)間系統(tǒng)。

聯(lián)系人： 孫海燕 E-mail: shyldn@126.com

ICG-2會(huì)議時(shí)期,各衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)時(shí)間狀況如下:

GPS使用的參考系非常接近于UTC和ITRF;GLONASS正在努力靠近UTC和ITRF;Galileo的設(shè)計(jì)參考了UTC和ITRF;其它重要的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正在設(shè)計(jì)中并不斷發(fā)展;

因此,工作組D組提出了如下建議(Recommends):

1) 各衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)時(shí)間同步的參考時(shí)間(模1秒)盡可能地接近于UTC;

2) 這些系統(tǒng)除了發(fā)播自己的系統(tǒng)時(shí)間(ST)之外,還應(yīng)發(fā)播導(dǎo)航系統(tǒng)時(shí)間與一個(gè)實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)的UTC的時(shí)間偏差,以及發(fā)播導(dǎo)航系統(tǒng)時(shí)間與UTC預(yù)測(cè)的時(shí)間偏差。

2008年ICG-3會(huì)議開始,工作組D成立了時(shí)間和坐標(biāo)框架兩個(gè)任務(wù)組,并完成兩個(gè)任務(wù):測(cè)地學(xué)參考系(Geodetic References)和時(shí)間參考系(Time References)建立。

2009年ICG-4會(huì)議上,對(duì)ICG-3會(huì)議提出的兩個(gè)任務(wù)進(jìn)行討論[4]。

其中,第一個(gè)任務(wù)是基于對(duì)由BIPM提出的時(shí)間頻率協(xié)商委員會(huì)(CCTF)建議的討論。在BIPM向ICG提交的建議中與時(shí)間空間相關(guān)的內(nèi)容包括: CCTF建議3:目前的UTC(跳秒)存在的不足之處(已被ICG的時(shí)間參考任務(wù)采納);CCTF建議4:考慮采用一個(gè)通用的地球參考系統(tǒng)(已被ICG的測(cè)量參考任務(wù)采納);CCTF建議5:將地球參考系同步于時(shí)間參考系建議制定為國際標(biāo)準(zhǔn);

與之相關(guān)的建議由BIPM制定,并由工作組D組向ICG-4最后全體出席的會(huì)議上報(bào)告。ICG需要去考慮和反饋CCTF提出的需求建議。一個(gè)事實(shí)是所有ICG的成員國家都是米制公約的簽約國,這個(gè)公約能給予國際公約地位并且在CCTF具有頭銜。D組和其任務(wù)組將帶著官方觀點(diǎn)去提交這些建議,即要帶著一個(gè)適合提交到ICG的建議會(huì)更容易得到官方回復(fù)。

與第二個(gè)任務(wù)相關(guān)的討論集中于:提出修正GNSS系統(tǒng)時(shí)間的各種替代方法,例如“近實(shí)時(shí)UTC”等;有必要認(rèn)識(shí)測(cè)地參考與時(shí)間參考之間的相互依賴關(guān)系,特別需要考慮EOP參數(shù)和其預(yù)測(cè)值,這突出強(qiáng)調(diào)了在同一個(gè)工作組里完成兩個(gè)任務(wù)的價(jià)值;從各導(dǎo)航系統(tǒng)目前參考時(shí)間機(jī)構(gòu)的提供者那里收集整理描述信息和增強(qiáng)工作組A的被系統(tǒng)提供者描述為開放服務(wù)的模板,這些被認(rèn)為對(duì)完成第二個(gè)任務(wù)是有幫助的,并可以看作是第二個(gè)任務(wù)工作計(jì)劃中有用的開始。

此外,在WG7國際電信聯(lián)合會(huì)(ITU)期間,已經(jīng)就新的UTC時(shí)間尺度定義的建議進(jìn)行了討論,但在最后一次會(huì)議還未達(dá)成協(xié)議。ICG-D組討論認(rèn)為將UTC時(shí)間轉(zhuǎn)換為連續(xù)時(shí)間尺度為時(shí)過早,這個(gè)建議的細(xì)節(jié)將被認(rèn)真討論的時(shí)間不會(huì)早于2020年。因此,建議持續(xù)研究測(cè)地參考和時(shí)間參考任務(wù)的起草建議。

2010年ICG-5會(huì)議上D組提議更名為“參考框架、授時(shí)和應(yīng)用工作組”,各任務(wù)組的陸續(xù)成立和職能明確體現(xiàn)了ICG各項(xiàng)工作不斷深化細(xì)化、聚焦專題的趨勢(shì),為北斗的國際化發(fā)展提供了平臺(tái)。

任務(wù)主席在UTC發(fā)展報(bào)告中提出[5],支持BIPM(UTCr)提出的“快速UTC”方案。在2012年9月之前就要做一個(gè)決定是否未來BIPM將要按照現(xiàn)有的路線發(fā)展。這個(gè)項(xiàng)目的目的是提供給使用者和時(shí)間實(shí)驗(yàn)室更多地機(jī)會(huì)使其保持的時(shí)間接近UTC。目前,UTC基于一個(gè)月的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算,并按月發(fā)布BIPM的月報(bào)。這就意味著這些實(shí)驗(yàn)室可以推算10～35天的UTC值。這種新的方法會(huì)更好地將GNSS時(shí)間同步到UTC時(shí)間。與會(huì)者贊同該方案的重要性,并討論集中如何使其獲得支持。對(duì)BIPM而言,可以找到一個(gè)合適的會(huì)議上推薦該方案,并介紹:“各導(dǎo)航系統(tǒng)提供者關(guān)注到了這個(gè)方案的進(jìn)步性,并促進(jìn)BIPM去推動(dòng)該方案”。值得慶幸的是如果這個(gè)提議提交到2012年1月的ITU總體會(huì)議,UTC將幾乎被改變。

會(huì)上關(guān)于時(shí)間方面的報(bào)告還包括來自亞洲的報(bào)告。中國楊元喜院士報(bào)告并指出北斗系統(tǒng)關(guān)注兼容與互操作時(shí)間問題的討論。他展示了北斗時(shí)間的穩(wěn)定性描述。同時(shí)報(bào)告了中國將建立一個(gè)GNSS時(shí)間監(jiān)控系統(tǒng)。楊元喜院士還做了一個(gè)關(guān)于DOP的報(bào)告,討論的問題是是否目前的GDOP的定義還持續(xù)應(yīng)用于多GNSS世界。他給出了新的計(jì)算GDOP的建議。日本的Shinichi Hama 也做了關(guān)于UTC和QZSS的報(bào)告。

2012年ICG-7會(huì)議過程中,重點(diǎn)討論了關(guān)于參考架信息模板固化與發(fā)布等問題。ICG會(huì)議上D組的任務(wù)更加明確,建立坐標(biāo)參考系信息模板和時(shí)間參考系信息模板,建立系統(tǒng)框架,實(shí)現(xiàn)不同GNSS坐標(biāo)參考系間的兼容處理。中方做了關(guān)于北斗時(shí)間系統(tǒng)、坐標(biāo)系統(tǒng)及衛(wèi)星鐘相關(guān)情況的報(bào)告,并反饋了對(duì)坐標(biāo)參考信息模板和時(shí)間參考信息模板的建議。

2013年ICG-8會(huì)議過程中, D組重點(diǎn)討論了UTC重定義影響分析、UTCr的進(jìn)展與應(yīng)用問題。歐盟的J?rg Hahn報(bào)告[6]了Galileo在軌驗(yàn)證系統(tǒng)的時(shí)間系統(tǒng)建設(shè)情況及與GPST時(shí)差監(jiān)測(cè)分析情況,GST與UTC建立了比對(duì)關(guān)系,通過GPS定時(shí)接收機(jī)對(duì)系統(tǒng)時(shí)差進(jìn)行了分析。中方報(bào)告[7]了北斗時(shí)性能評(píng)估和BDT與其它GNSS系統(tǒng)時(shí)差監(jiān)測(cè)情況,介紹了北斗時(shí)的定義、結(jié)構(gòu)及實(shí)際運(yùn)行指標(biāo)情況,分析了通過GPS定時(shí)接收機(jī)對(duì)BDT與GPST時(shí)差的監(jiān)測(cè)分析情況。同時(shí),提交了關(guān)于GNSS時(shí)差監(jiān)測(cè)問題的提案,在D組內(nèi)進(jìn)行了討論和確認(rèn),并作為D組的提案之一。俄羅斯的Andrey Druzhin報(bào)告[8]了GLONASS系統(tǒng)時(shí)間與空間參考系統(tǒng)的進(jìn)展情況,介紹了PZ-90坐標(biāo)參考系統(tǒng)正在進(jìn)行的更新工作,展示了俄羅斯氫鐘及系統(tǒng)時(shí)間的進(jìn)展情況。D組聯(lián)合主席Altamimi、Ruth、Arias組織討論了關(guān)于各GNSS與ITRF坐標(biāo)框架的對(duì)齊性、為ITRF參數(shù)定義提供貢獻(xiàn)、衛(wèi)星天線校準(zhǔn)、增加星載反射器、加速度計(jì)、UTC改革、快速UT1及IGMA等相關(guān)問題,各方發(fā)表了相關(guān)意見。中方提出的關(guān)于GNSS時(shí)差監(jiān)測(cè)與廣播問題在D組獲得通過,鼓勵(lì)各方積極開展時(shí)差監(jiān)測(cè)方法研究,并就一致性模型的建立開展試驗(yàn)。UTCr的應(yīng)用問題在ICG-8 D組會(huì)議上也受到廣泛關(guān)注。

2014年ICG-9會(huì)議上,D組重點(diǎn)討論了衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)時(shí)間改進(jìn)提升等問題。美國的Harold W. Martin III報(bào)告了美國基于空間的PTN政策和項(xiàng)目進(jìn)展,在報(bào)告中闡述了GPS對(duì)全球信息結(jié)構(gòu)的重要意義,并努力推進(jìn)實(shí)現(xiàn)GPS的現(xiàn)代化進(jìn)程。俄方在報(bào)告中闡述了俄羅斯時(shí)間UTC(SU)通過GLONASS發(fā)播的現(xiàn)狀和改進(jìn)計(jì)劃。Galileo項(xiàng)目辦公室報(bào)告了Galileo系統(tǒng)的進(jìn)展情況。

世界主要的衛(wèi)星導(dǎo)航供應(yīng)商國家和有關(guān)國際組織對(duì)ICG工作越來越重視,ICG逐步成為各系統(tǒng)維護(hù)自身利益、開展博弈的重要平臺(tái)。由于兼容互操作是多系統(tǒng)(Multi-GNSS)時(shí)代用戶需求的發(fā)展趨勢(shì),坐標(biāo)參考系、時(shí)間參考系的兼容互操作是基礎(chǔ)的、迫切的需求,ICG充分認(rèn)識(shí)到各GNSS坐標(biāo)參考框架和ITRF保持一致的重要意義。

2各國時(shí)間議題觀點(diǎn)和策略

2.1　美國時(shí)間議題分析

在ICG-1期間,美方發(fā)表觀點(diǎn)闡述了美國基于空間的PNT政策和GPS系統(tǒng)更新計(jì)劃[9]。2004年美國提出基于空間的“定位、導(dǎo)航和授時(shí)”(PNT)提綱,并建立了國家基于空間的PNT執(zhí)行委員會(huì)管理、評(píng)估和指導(dǎo)完成政策目標(biāo)。PNT提綱重點(diǎn)強(qiáng)調(diào):提供民用GPS信號(hào),并且擴(kuò)大直接使用者在世界范圍內(nèi)、連續(xù)使用的自由度;尋求保障國際導(dǎo)航系統(tǒng)間的互操作性,或在最低限度內(nèi)提供GPS民用信號(hào)的一致性;增強(qiáng)GPS民用信號(hào)性能,滿足或超越其它國際導(dǎo)航系統(tǒng);提供開放的、自由的獲取信息,用于研發(fā)設(shè)備。即美國要貫徹執(zhí)行美國的PNT政策,并且美國的政策鼓勵(lì)和促進(jìn)全世界范圍使用GPS民用信號(hào)和擴(kuò)容。

GPS現(xiàn)代化計(jì)劃包括:GPS系統(tǒng)廣泛的服務(wù)性能增強(qiáng)。提升精確性、可獲得性、完整性、可靠性;向后兼容性;抗干擾的魯棒性;室內(nèi)、移動(dòng)和城市導(dǎo)航使用增強(qiáng);與其它導(dǎo)航系統(tǒng)星座的協(xié)調(diào)性。其中,GPSIII包含:新一代衛(wèi)星總線需要適應(yīng)增強(qiáng)的能量需求;修訂獲得策略,發(fā)展減少危險(xiǎn)、增強(qiáng)靈活性的方法,為分離空間段和地面段的協(xié)定;民用利益:提供對(duì)L2C和L5的操作能力,為了與Galileo和QZSS兼容,發(fā)布L1C信號(hào);系統(tǒng)精確性的顯著增強(qiáng); 改善精確性及完整性的獲得方式。通過GPS現(xiàn)代化計(jì)劃,GPS性能將會(huì)變得更好,并將持續(xù)改進(jìn)。此外,國際間的合作和協(xié)調(diào)是美國優(yōu)先考慮的。美國政府從1996年致力于開展與歐洲、日本和俄羅斯的正式合作。 繼續(xù)進(jìn)行的努力還包括與澳大利亞、印度、巴西和其它國家的合作。并且,通過國際間的GNSS組織建立了多邊合作關(guān)系,例如ICAO、IMO、NATO等組織。

在ICG-4會(huì)議上,美方做了關(guān)于GPST和UTC(USNO)的報(bào)告,主要介紹了GPST的定義、GPST與UTC(USNO)的關(guān)系等情況。

在ICG-5會(huì)議上,美方做了GNSS時(shí)間尺度模板分析的報(bào)告,主要探討了導(dǎo)航系統(tǒng)時(shí)間、衛(wèi)星時(shí)間、UTC時(shí)間、GNSS時(shí)差等相關(guān)問題。此外,還做了關(guān)于GPS提供的時(shí)間和頻率應(yīng)用的報(bào)告[10]。美國政府致力于通過GPS提供精確的位置導(dǎo)航和時(shí)間服務(wù)(PNT)。美國政府認(rèn)識(shí)到在全球GPS提供精密時(shí)間的重要性。GPS發(fā)播的UTC時(shí)間來源于美國海軍天文臺(tái)實(shí)時(shí)物理實(shí)現(xiàn)的時(shí)間,即UTC(USNO)。USNO已經(jīng)為美國提供導(dǎo)航和時(shí)間服務(wù)超過200年了。1996年以后,GPS時(shí)間與UTC(USNO)時(shí)間的時(shí)間偏差保持在約10ns以內(nèi),2004年以后保持在約5ns以內(nèi)。GPS時(shí)間服務(wù)的初期(70年代至80年代),主要支持商業(yè)應(yīng)用;80年代后支持全球遠(yuǎn)程通信;1995年4月后作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持全世界的遠(yuǎn)程通信工業(yè)發(fā)展;現(xiàn)在100萬的GPS授時(shí)型接收機(jī)支持全世界工業(yè)發(fā)展。時(shí)間服務(wù)支持通信、電力、金融、時(shí)間服務(wù)等。未來,GPS增加新的信號(hào)的導(dǎo)航電文信息可以提供更精確的時(shí)間數(shù)據(jù)1 ns-30 ps。這些新的信號(hào)得益于時(shí)間機(jī)構(gòu)提供,頻率信號(hào)的多樣性和冗余設(shè)計(jì)能夠減輕局部干擾。在ICG-6、ICG-7、ICG-8上,美方派人參加,但并未做重要報(bào)告。

在ICG-9會(huì)議上,美方做了基于空間的報(bào)告,主要探討基于空間的PTN政策和項(xiàng)目進(jìn)展[11]。美國支持自由地有權(quán)使用民用GNSS信號(hào)和所有的必須公開的文件。GPS是全球信息結(jié)構(gòu)中至關(guān)重要的組成部分:GPS與其它導(dǎo)航系統(tǒng)可以協(xié)調(diào)兼容,并在用戶層面實(shí)現(xiàn)互操作;在國家層面作為多用途的資產(chǎn)進(jìn)行分配;為了美國國家利益由美國空軍管理和操控。美國政策促進(jìn)了開放競(jìng)爭(zhēng)和GNSS商業(yè)市場(chǎng)增長。多重發(fā)射和新的民用導(dǎo)航信息的發(fā)播是其現(xiàn)代化的歷程碑。GPS連續(xù)地提供持續(xù)改進(jìn)的、可預(yù)測(cè)的、可靠的性能。

在近幾年ICG-D組會(huì)議上,美方除介紹GPST、UTC(USNO)、GNSS時(shí)間參考模板等基本信息外,并無積極的提案或推動(dòng)事項(xiàng)。分析近幾年相關(guān)領(lǐng)域的活動(dòng),美方重點(diǎn)工作主要有:通過GPS、Galileo的雙邊協(xié)商發(fā)布GGTO時(shí)差參數(shù)、通過ITU推動(dòng)取消閏秒提案。由此分析可見,近期美方在ICG-D組時(shí)間頻率方向主要持關(guān)注態(tài)度。

2.2　俄羅斯時(shí)間議題分析

在ICG-4會(huì)議上[4],俄方代表團(tuán)考慮最大限度地和所有國家及各導(dǎo)航系統(tǒng)的UTC實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行合作,這些合作基于有效的國際標(biāo)準(zhǔn)。在這種情況下,對(duì)GLONASS意味著其導(dǎo)航系統(tǒng)時(shí)間尺度會(huì)進(jìn)一步持續(xù)改進(jìn),并最大限度地接近實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)的UTC時(shí)間。

ICG-7期間,在其報(bào)告[12]中介紹了國家UTC時(shí)間尺度(SU)的實(shí)現(xiàn)、傳輸至GLONASS及與國際UTC保持一致。UTC(SU)主要通過GPS接收機(jī)和衛(wèi)星雙向時(shí)間傳遞(TWSTF)鏈路保持與UTC的協(xié)調(diào)一致性,并建議:在俄羅斯和美國的時(shí)間保持機(jī)構(gòu)(VNIIFTRI and USNO)設(shè)置GLONASS/GPS的GNSS時(shí)間接收機(jī),并同時(shí)也在GPS和GLONASS的主控站放置GNSS時(shí)間接收機(jī);使用新的衛(wèi)星“Luch-5B”,組織在UTC(SU)和UTC(USNO)之間建立直接的匹配測(cè)量鏈路。

此外,在報(bào)告[13]中闡述了GLONASS狀況和現(xiàn)代化計(jì)劃。GLONASS是一個(gè)二重的使用系統(tǒng):GLONASS計(jì)劃在俄羅斯政府的政策中具有優(yōu)先地位,對(duì)俄羅斯至關(guān)重要的基礎(chǔ)設(shè)施和政府應(yīng)用是強(qiáng)制的;同時(shí),GLONASS開放服務(wù)對(duì)所有的使用者是自由的,政府支持GLONASS的商業(yè)應(yīng)用以及GNSS之間的兼容性和互操作性。2007年5月17日頒布的總統(tǒng)令(第638號(hào))提出:GLONASS全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用是為了惠及俄羅斯聯(lián)邦的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展;俄羅斯和國際的使用者有權(quán)使用GLONASS的民用信號(hào)是自由的和無限制的;聯(lián)邦的組織機(jī)構(gòu)、聯(lián)邦主體執(zhí)行機(jī)構(gòu)、地方自治政府和執(zhí)行機(jī)構(gòu),無論其組織性和法律地位高低,必須利用導(dǎo)航設(shè)備使用GLONASS信號(hào);俄羅斯聯(lián)邦政府必須批準(zhǔn)通過并采納2011年制定的GLONASS聯(lián)邦項(xiàng)目。2012年10月18日俄羅斯政府官方宣布:俄羅斯政府委員會(huì)關(guān)于GLONASS自由開放的服務(wù)命令至少延長15年;俄羅斯政府承諾保持GLONASS性能接近國際民間航空組織(SARP)提出的要求。

GLONASS計(jì)劃(2002-2011)已經(jīng)完成,并達(dá)到目的,新的現(xiàn)代化計(jì)劃(2012-2020)在2012年3月8日已經(jīng)獲得通過?，F(xiàn)代化計(jì)劃的目標(biāo)是保證提供導(dǎo)航服務(wù),為了滿足連續(xù)增長的使用者所有需求,為了國家安全目的,為了社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益以及可追趕的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)領(lǐng)導(dǎo)地位;現(xiàn)代化計(jì)劃的技術(shù)手段是支持GLONASS系統(tǒng)。GLONASS未來發(fā)展方向是性能增長、基本能力拓展、使用者的主權(quán)和限制以及系統(tǒng)組成部分的平衡發(fā)展。GLONASS信號(hào)現(xiàn)代化的方向是增強(qiáng)測(cè)量相位的準(zhǔn)確性、提升魯棒性能和保護(hù)性能、與GPS、Galileo和其他導(dǎo)航系統(tǒng)保持信號(hào)兼容性。此外,加強(qiáng)國際合作是使GLONASS成為國際GNSS體系中關(guān)鍵的要素之一。

在ICG-9會(huì)議上,俄方做了UTC(SU)時(shí)間通過GLONASS發(fā)播的現(xiàn)狀及規(guī)劃的報(bào)告[14]。具體論述了GLONASS時(shí)間產(chǎn)生的改進(jìn)措施以及GOLNASS時(shí)間同步于UTC(SU)。增強(qiáng)GLONASS時(shí)間產(chǎn)生和同步于UTC(SU)的精確性的主要方法包括:降低GLONASS時(shí)間與UTC(SU)的時(shí)間偏差;通過增強(qiáng)GLONASS時(shí)間產(chǎn)生和保持同步裝置(CS)與國家時(shí)間頻率參考(STFR)時(shí)間比對(duì)的精確性,降低發(fā)播的GLONASS時(shí)間與UTC(SU)時(shí)間偏差修正值的隨機(jī)成分。為了進(jìn)一步發(fā)展GLONASS,計(jì)劃將取得如下的精確性結(jié)果:GLONASS 時(shí)間和UTC(SU)的時(shí)間偏差控制在第1階段小于120 ns,第2階段小于20 ns,第3階段小于4 ns;發(fā)播GLONASS時(shí)間修正信息的誤差控制在第1階段小于10 ns,第2階段小于5 ns,第3階段小于2 ns.

在近幾年ICG-D組會(huì)議上,俄方基本上每年都有介紹GLONASST、UTC(SU)的相關(guān)報(bào)告,重在介紹GLONASS系統(tǒng)在時(shí)間基準(zhǔn)、原子鐘等領(lǐng)域的發(fā)展和變化情況,無積極的提案或推動(dòng)事項(xiàng),對(duì)很多的提案不直接贊成或反對(duì),由此分析,近期俄方主要是通過ICG-D組時(shí)間頻率方向來宣傳和推廣GLONASS系統(tǒng)。

2.3　歐洲時(shí)間議題分析

ICG-4期間,歐空局在報(bào)告[15]中介紹了Galileo系統(tǒng)時(shí)間(GST)的定義和實(shí)現(xiàn)。GST在Galileo任務(wù)段(GMS)職責(zé)下工作。GST在兩個(gè)精確時(shí)間服務(wù)機(jī)構(gòu)(PTF)下自動(dòng)地物理生成。GST通過在PTF的Galileo接收機(jī)由軌道和同步機(jī)構(gòu)(OSPF)接收。GST開始于1999年8月22日零時(shí)(00:00 UT)。在起始時(shí)刻,GST與UTC相差13 s。| UTC — GST | < 50 ns (95 %)。GST與GPST保持協(xié)調(diào)一致。PTF通過衛(wèi)星雙向法或共視法與USNO相連,GST與GPST的時(shí)間偏差(GGTO)保持在5ns(95 %)以內(nèi)。Galileo也將發(fā)播(GST-UTC)的時(shí)差信息和跳秒信息,可以預(yù)見將來會(huì)發(fā)播(UTC-UT1)信息。

ICG-5期間,波蘭介紹TTS-1、TTS-2、TTS-3、TTS-4型接收機(jī)[16]。提出基于TTS-4型接收機(jī)的衛(wèi)星雙向法(TWSTFT)時(shí)間傳遞好于1ns,GPS和Galileo CV P3可以作為備份國際實(shí)驗(yàn)室之間高精度時(shí)間比對(duì)方法。并且,TWSTFT 和CV P3法設(shè)備校準(zhǔn)至關(guān)重要。

歐空局、法國、意大利、波蘭等代表歐方在ICG-4至ICG-8的歷次會(huì)議上,介紹了Galileo系統(tǒng)時(shí)間的定義、研發(fā)、測(cè)試等建設(shè)進(jìn)展情況。目前,無積極的提案或推動(dòng)事項(xiàng)。在ICG平臺(tái)之外,歐方與美方積極協(xié)商,達(dá)成了關(guān)于GGTO參數(shù)互相播發(fā)的協(xié)議。由此分析,近期歐方主要是通過ICG-D組時(shí)頻方向來展示Galileo系統(tǒng)的建設(shè)進(jìn)展并進(jìn)行同行技術(shù)交流。

2.4　BIPM時(shí)間觀點(diǎn)分析

ICG-2期間,BIPM在報(bào)告[17]中介紹了國際原子時(shí)標(biāo)準(zhǔn)。BIPM對(duì)國際參考時(shí)間尺度的實(shí)現(xiàn)、維持和發(fā)播負(fù)責(zé)。國際時(shí)間保持是分布在全球的許多實(shí)驗(yàn)室和組織機(jī)構(gòu)合作的結(jié)果。BIPM組織對(duì)時(shí)間計(jì)量的效果集中在對(duì)時(shí)間尺度的建立。這個(gè)時(shí)間尺度適應(yīng)于更高的應(yīng)用需求,例如連續(xù)性、可靠性、可達(dá)性、頻率穩(wěn)定度在10E(-15)量級(jí)、頻率準(zhǔn)確度在10E(-15)量級(jí)(可追溯至SI秒)。因此,時(shí)間尺度的建立是在許多國家計(jì)量機(jī)構(gòu)和國際組織機(jī)構(gòu)建立協(xié)調(diào)互惠關(guān)系的例子。它為與時(shí)間活動(dòng)相關(guān)的多個(gè)領(lǐng)域帶來了好處,例如地球科學(xué)、天文學(xué)、衛(wèi)星導(dǎo)航、遠(yuǎn)程通信、技術(shù)創(chuàng)新等。它創(chuàng)造了一個(gè)非常強(qiáng)的動(dòng)機(jī),即推動(dòng)許多國家實(shí)驗(yàn)室增強(qiáng)其能力。GPS戲劇性地促進(jìn)了時(shí)間傳播。多個(gè)GNSS導(dǎo)航系統(tǒng)需要建立服務(wù)提供者和接收使用者之間的合作。構(gòu)建新的頻率基準(zhǔn)的進(jìn)步需要更高的精確的時(shí)間和頻率傳輸,這個(gè)傳輸可能是基于一個(gè)常規(guī)的基礎(chǔ)(GNSS/TW載波相位法等)。BIPM的作用包括:接受成員組織的授權(quán);建立計(jì)量學(xué)最高的能力和授權(quán);支持所有的獨(dú)立計(jì)量實(shí)驗(yàn)室,這些實(shí)驗(yàn)室大多數(shù)屬于發(fā)展中國家;委員會(huì)和工作組在科學(xué)范圍內(nèi)支持和評(píng)定這些活動(dòng);為了推動(dòng)這些科學(xué)測(cè)量活動(dòng)的進(jìn)展,在國家計(jì)量實(shí)驗(yàn)室之間進(jìn)行了富有成果的合作。

ICG-4期間,BIPM在報(bào)告[18]中闡述了各GNSS時(shí)間與時(shí)間基準(zhǔn)之間的關(guān)系。UTC 是全世界法定時(shí)間的基礎(chǔ)。UTC(k)是UTC時(shí)間的本地實(shí)現(xiàn),并通過時(shí)間信號(hào)(time signals)發(fā)播。GNSS 時(shí)間特點(diǎn):系統(tǒng)時(shí)間(虛的時(shí)間尺度)、來自于鐘組、用于系統(tǒng)內(nèi)部時(shí)間同步、連續(xù)的時(shí)間、由一個(gè)時(shí)間參考尺度驅(qū)動(dòng)等。并列出了截止到2009年的各衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)時(shí)間公式。

在ICG-D組會(huì)議上,BIPM、IAG、IERS、IGS等國際組織代表較為活躍,以衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)為基礎(chǔ),將傳統(tǒng)的時(shí)間和空間參考系領(lǐng)域?qū)＜壹靶l(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)專家聯(lián)系在一起,探討各類相關(guān)話題。特別是近幾年,很多的提案都是由BIPM、IERS、IGS等組織發(fā)起和倡導(dǎo)。由于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)成為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間服務(wù)最主要的手段,因此,BIPM等負(fù)責(zé)時(shí)間基準(zhǔn)建立與保持的國際組織希望在ICG平臺(tái)上與GNSS各方建立更緊密的聯(lián)系,并強(qiáng)化守時(shí)和授時(shí)服務(wù)的綜合一體化發(fā)展。

3ICG時(shí)間議題發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)及應(yīng)對(duì)

3.1　時(shí)間議題發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)

世界主要的衛(wèi)星導(dǎo)航供應(yīng)商國家和有關(guān)國際組織對(duì)ICG工作越來越重視,ICG逐步成為各系統(tǒng)維護(hù)自身利益、開展合作與博弈的重要平臺(tái)。由于標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間服務(wù)的全球化及多系統(tǒng)兼容互操作的發(fā)展趨勢(shì),ICG各方充分認(rèn)識(shí)到各類衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)時(shí)間、坐標(biāo)參考框架保持一致或兼容的重要意義。

根據(jù)D組議題的工作內(nèi)容(包括時(shí)間系統(tǒng)、坐標(biāo)系統(tǒng)、時(shí)差監(jiān)測(cè)、精密定軌、地基差分GNSS等),在歷屆會(huì)議上討論和關(guān)注的要點(diǎn)主要包括[2]:

1) GNSS時(shí)間和空間系統(tǒng)定義、更新及發(fā)展情況;2) GNSS時(shí)間和空間參考信息模板固化與發(fā)布;3) GNSS時(shí)差監(jiān)測(cè)與參數(shù)廣播問題;4) UTC/UTCr在GNSS系統(tǒng)中的應(yīng)用;5) GNSS時(shí)間和空間系統(tǒng)明確存在的相關(guān)問題;6) 參考框架、授時(shí)和應(yīng)用相關(guān)工作的發(fā)展。

未來D組工作發(fā)展趨勢(shì)包括:1) 為確保GNSS的兼容與互操作,各導(dǎo)航系統(tǒng)共同推進(jìn)并相互促進(jìn)監(jiān)測(cè)和發(fā)布GNSS間的時(shí)間偏差;2) 推動(dòng)制定有利于GNSS兼容互操作的衛(wèi)星共視時(shí)間模板,統(tǒng)一導(dǎo)航系統(tǒng)間的時(shí)間比對(duì)數(shù)據(jù)格式;3) 強(qiáng)化衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的授時(shí)服務(wù)能力,并促進(jìn)守時(shí)和授時(shí)綜合一體化服務(wù)發(fā)展模式;4) 開展UTC/UTCr等時(shí)間基準(zhǔn)在GNSS中的應(yīng)用研究,促進(jìn)“快速UTC”方法的推廣應(yīng)用;5) 開展閏秒問題研究。

3.2　應(yīng)對(duì)策略

1) 在政策層面上,著重分析各導(dǎo)航系統(tǒng)提出時(shí)間議題的提案和報(bào)告的出發(fā)點(diǎn),有利于各衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)兼容和互操作以及對(duì)我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)工程建設(shè)的建議表示支持和合作態(tài)勢(shì)。積極參與研究討論,逐步提升我國在國際合作事務(wù)的參與度及發(fā)言權(quán)。

2) 在緊跟國際發(fā)展態(tài)勢(shì)的基礎(chǔ)上,在部分領(lǐng)域提出有利于北斗系統(tǒng)時(shí)間的提案,擴(kuò)大局域優(yōu)勢(shì),占據(jù)主動(dòng)權(quán),提升北斗時(shí)間的國際影響力。

3) 對(duì)一些敏感問題,保持謹(jǐn)慎,需開展針對(duì)性論證研究,分析利弊,揚(yáng)長避短,提出應(yīng)對(duì)措施,扭轉(zhuǎn)不利局面,為我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展創(chuàng)造良好的國際環(huán)境。

4結(jié)束語

本文針對(duì)ICG會(huì)議上衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)時(shí)間基準(zhǔn)相關(guān)議題的發(fā)展歷程進(jìn)行匯總分析,重點(diǎn)分析了美、俄、歐等衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)供應(yīng)商對(duì)時(shí)間議題的態(tài)度和觀點(diǎn)。從中提煉有效因素,預(yù)測(cè)在近期ICG會(huì)議上時(shí)間議題的發(fā)展趨勢(shì)。并且,提出我國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)時(shí)間議題參會(huì)的應(yīng)對(duì)策略建議,為在時(shí)間頻率領(lǐng)域爭(zhēng)取我國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的大國主導(dǎo)地位和形成國際競(jìng)爭(zhēng)力提供基礎(chǔ)信息。隨著我國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)和發(fā)展,時(shí)間頻率領(lǐng)域的兼容和互操作必將成為重要的發(fā)展趨勢(shì),需提前謀劃我國時(shí)間頻率領(lǐng)域的攻防策略,既融入國際各導(dǎo)航系統(tǒng)時(shí)間兼容和互操作,又形成自身發(fā)展優(yōu)勢(shì),增強(qiáng)核心競(jìng)爭(zhēng)能力。

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孫海燕 (1975-),女,工程師,主要從事衛(wèi)星導(dǎo)航和時(shí)間頻率方面的研究。

蔡志武(1978-),男,高級(jí)工程師,主要從事衛(wèi)星導(dǎo)航和時(shí)間頻率方面的研究。

閆芳君(1987-),女,助理工程師,主要從事時(shí)間頻率方面的研究。

肖勝紅(1978-),男,工程師,主要從事衛(wèi)星鐘和時(shí)間頻率方面的研究。

Analysis of the Timing Reference Policy on ICG Meetings

SUN Haiyan,CAI Zhiwu,YAN Fangjun,XIAO Shenghong

(BeijingSatelliteNavigationCenter,Beijing100094,China)

Key words: ICG; timing reference; Positioning Navigation and Timing (PNT)