+ 孫凝子

“兼容性和互操作性是GNSS未來發(fā)展的趨勢”
——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13個小時的緊急搶修，終于恢復(fù)正常。有媒體報道，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)大地測量和測繪工程系的教授Richard Langley博士同時指出在GPS為王的世界里，一定要研發(fā)儲備技術(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，是否會像某些國外媒體報道中說的那樣“全球經(jīng)濟就要度過大蕭條的嚴冬，也許幾十年也緩不過勁來”呢？帶著這些問題，筆者走訪了著名大地測量學(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，這次格洛納斯癱瘓反應(yīng)了導(dǎo)航系統(tǒng)的健康性問題。這個問題，一向為所有專家所重視。然而所有的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)都無法避免出現(xiàn)問題。“即使建立一套備份系統(tǒng)，也無法保證這套備份系統(tǒng)不出問題。只能這樣說，單一的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是不靠譜的?！睏钤菏靠偨Y(jié)。

要解決這個問題，楊院士倡議各個導(dǎo)航系統(tǒng)之間“分建共享”，即分別建設(shè)，共同分享?！斑@一點上，國際上一直都有共識。幾大系統(tǒng)為了實現(xiàn)互操作，每年都在國際導(dǎo)航聯(lián)合會（ICG）進行討論，進展很順利。GPS、GLONASS、北斗及伽利略系統(tǒng)在兼容的基礎(chǔ)上實現(xiàn)互操作，將來一定會得到很好落實，用戶只要使用多系統(tǒng)兼容終端，穩(wěn)健性一般會得到保障。如果單一系統(tǒng)出現(xiàn)問題，使用兼容終端的用戶不會受到顯著影響。所以一旦某個導(dǎo)航系統(tǒng)癱瘓了，對單類型用戶的危害是比較大的。”楊院士點出了問題的關(guān)鍵——為了實現(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)問題而影響使用，建議用戶使用兼容多個系統(tǒng)的終端。當然前提是個衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)要實現(xiàn)兼容性與互操作。

衛(wèi)星導(dǎo)航與陸地導(dǎo)航

一直以來，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)的多家公司始終堅持打造陸地導(dǎo)航儲備系統(tǒng)的重要性。但是楊院士認為，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、全天時的衛(wèi)星導(dǎo)航才是最佳的解決方案?！瓣懙貙?dǎo)航會受制于基站，沒有基站的地方，就沒法導(dǎo)航。而無論在哪里，只要有衛(wèi)星信號的地方就可以導(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)商論壇會議初步提出了兼容與互操作原理及定義，2008年在美國加州舉行的第三次供應(yīng)商論壇會議對兼容與互操作定義進行了更新。

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

實際上，兼容性不僅包括無線電頻率的兼容，還應(yīng)包括坐標系統(tǒng)兼容，時間系統(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，同時處理不同衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)信號并不顯著增加接收機的成本和復(fù)雜性；第二，多衛(wèi)星星座播發(fā)公用互操作信號將改善觀測幾何結(jié)構(gòu)，改善所有地點用戶的定位精度，減少衛(wèi)星信號受遮擋的范圍，提高衛(wèi)星的可視性；第三，坐標框架的實現(xiàn)及時間系統(tǒng)應(yīng)極大限度地固聯(lián)于國際現(xiàn)已存在的統(tǒng)一標準；第四，鼓勵任何其他改善互操作的決策。

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

GNSS未來發(fā)展的大趨勢

多個衛(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)險的問題，同時還可以提高PNT服務(wù)的可靠性。因此，楊院士認為，兼容互操作是GNSS未來發(fā)展的大趨勢。同時介紹說北斗全球?qū)Ш较到y(tǒng)建設(shè)時尤其注重與其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的兼容與互操作，無論是頻率、坐標系統(tǒng)和時間系統(tǒng)都將盡量與國際現(xiàn)有技術(shù)標準一致，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)為國際衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域做出了重要的貢獻。

兼容互操作可以無限制地使用多星座提供的多頻觀測信息進行定位、導(dǎo)航、定時(PNT)應(yīng)用， 可減弱對單一星座的依賴， 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。在 GNSS 多星座多頻數(shù)據(jù)融合下， 經(jīng)過數(shù)據(jù)探測、篩選、組合， 將顯著增加衛(wèi)星和測距信號的數(shù)量， 大幅提升各個導(dǎo)航性能指標。舉一個最簡單的例子，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)航信號缺失問題，提高衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的連續(xù)性。

當談到衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)癱瘓是否會造成嚴重的后果時，楊院士笑著說，雖然如今衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)在多個領(lǐng)域得到成功應(yīng)用，并發(fā)揮了重要作用，但單一系統(tǒng)一時癱瘓也不會造成非常嚴重的后果，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)問題，也可以較快得到恢復(fù)，再說，多系統(tǒng)已經(jīng)能夠互相支持。針對本次的格洛納斯系統(tǒng)的問題，楊院士不認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。”