中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航定位協(xié)會(huì)

曹沖:GPS基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用之“精打細(xì)算”案例令國(guó)人汗顏
斗室智庫(kù)
2019/04/12 16:48
日前,根據(jù)相關(guān)媒體透露,美國(guó)聯(lián)邦航空局(FAA)在監(jiān)控GPS民用信號(hào)過(guò)程中,可能整合使用三個(gè)現(xiàn)成的參考站網(wǎng)而不是另起爐灶。美國(guó)在GPS基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用中,這是個(gè)具有代表性的“精打細(xì)算”案例。而相比之下,我國(guó)在連續(xù)跟蹤參考站網(wǎng)建設(shè)中,那種“慷國(guó)家之慨”,一擲千金,令人發(fā)指的多重重復(fù)建設(shè)現(xiàn)象,能不叫國(guó)人真正感到汗顏嗎?
美國(guó)航空部門(mén)官員正在考慮將空軍計(jì)劃中的 GPS 地面系統(tǒng)的數(shù)據(jù)與其他監(jiān)控系統(tǒng)提供的服務(wù)結(jié)合起來(lái),甚至完全依靠其他系統(tǒng),以節(jié)省監(jiān)控 GPS 民用信號(hào)的費(fèi)用。為了找到最佳選擇, 美國(guó)聯(lián)邦航空管理局 (FAA) 一直在進(jìn)行一項(xiàng)貿(mào)易性研究, 研究依靠空軍的下一代運(yùn)控制系統(tǒng)(OCX)進(jìn)行民用GPS信號(hào)監(jiān)測(cè), 但也考慮將其與其他系統(tǒng)結(jié)合起來(lái), 如噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(JPL)的全球差分 GPS 系統(tǒng) (GDGPS)。最初, 民用GPS監(jiān)測(cè)指望將作為 OCX 業(yè)務(wù)的一部分, 由民間資金將支付在下一代系統(tǒng)中增加這一能力的費(fèi)用。然而, 過(guò)高的成本預(yù)測(cè)和國(guó)會(huì)對(duì)于民用GPS 監(jiān)測(cè)改進(jìn)的預(yù)算削減, 使人們對(duì)這種方法產(chǎn)生懷疑。
美國(guó)運(yùn)輸部在回復(fù)全球定位系統(tǒng)(GPS)民用信號(hào)性能監(jiān)測(cè)的詢問(wèn)時(shí)表示: “國(guó)防部目前正在進(jìn)行一項(xiàng)研究, 以審查滿足 GPS 民用信號(hào)性能監(jiān)測(cè)要求的備選方案”。這些選項(xiàng)包括 OCX、非OCX 和混合性組合。這項(xiàng)研究的結(jié)果預(yù)計(jì)將在今年春天公布。熟悉這項(xiàng)工作的消息人士表示, 這項(xiàng)研究已經(jīng)完成, 但需要提交給決策者拍板批準(zhǔn)。
美國(guó)運(yùn)輸部負(fù)責(zé)GPS民用信號(hào)的性能監(jiān)測(cè), 以核實(shí)對(duì)GNSS性能的承諾是否得到履行。這種監(jiān)測(cè)提高了GNSS運(yùn)營(yíng)商的態(tài)勢(shì)感知, 并保證迅速發(fā)現(xiàn)和解決任何民用服務(wù)的故障。國(guó)際GNSS委員會(huì) (ICG) 鼓勵(lì)GNSS供應(yīng)商“公布描述信號(hào)和系統(tǒng)信息、提供政策以及開(kāi)放服務(wù)的最低性能水平文件”。美國(guó)運(yùn)輸部研究與創(chuàng)新技術(shù)管理局 (RITA) PNT部的主任說(shuō), 目前, 這只在 GPS L1信號(hào)上完成。L2C 和 L5 的性能標(biāo)準(zhǔn)尚未建立完成。
開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)有的資源。GDGPS 是一個(gè)由100多個(gè)美國(guó)和國(guó)際監(jiān)測(cè)站組成的網(wǎng)絡(luò), 其核心是美國(guó)宇航局 GPS 網(wǎng)絡(luò)的75個(gè)站點(diǎn)。 這些網(wǎng)站向三個(gè) GDGPS 業(yè)務(wù)中心提供監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù), 這些中心將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分發(fā)給各種商業(yè)和政府客戶, 包括科羅拉多州施里弗(Schriever) 空軍基地的第二空間行動(dòng)中隊(duì) (2SOPS)。2SOPS 掌控處理 GPS 系統(tǒng)的命令和控制。為保障在任何時(shí)候衛(wèi)星都得到監(jiān)控,每一顆GPS衛(wèi)星同時(shí)至少有 10個(gè) GDGPS 站, 平均有25個(gè)站進(jìn)行監(jiān)測(cè)。該系統(tǒng)強(qiáng)大的冗余甚至可以在區(qū)域基礎(chǔ)上提供結(jié)果, 這可能有助于局部故障排除。GDGPS 主管經(jīng)理在去年12月告訴美國(guó)頂尖的 GPS 專家, GDGPS 可以輕松滿足 GPS 民用監(jiān)測(cè)性能規(guī)范或 內(nèi)容管理系統(tǒng)(CMS) 中193項(xiàng)要求的90% 以上, 每年的總成本為275萬(wàn)美元。他告訴國(guó)家天基PNT(定位、導(dǎo)航和授時(shí)) 咨詢委員會(huì)的成員, 建立這一能力需要一年時(shí)間。他還指出, 實(shí)現(xiàn)自主支持的 GDGPS 也可以進(jìn)行量身定制, 以滿足未來(lái)的需要, 聯(lián)邦航空局可以根據(jù)需要停止或啟用相應(yīng)的應(yīng)用服務(wù)。如果在 NASA 觀測(cè)站增加增強(qiáng)型接收機(jī), GDGPS 可以提供額外5% 的 CMS 需求。這一新增能力總共需要兩年時(shí)間和300萬(wàn)美元才能建立, 但不會(huì)增加年度費(fèi)用。他接著說(shuō), GDGPS 還將監(jiān)測(cè)GLNASS、北斗與伽利略系統(tǒng)的民用信號(hào)。“美國(guó)宇航局準(zhǔn)備協(xié)助縮小民用信號(hào)監(jiān)測(cè)方面的財(cái)政和時(shí)間表差距。我們很高興與空軍和國(guó)防部合作, 評(píng)估這種協(xié)同作用。我們可以共享監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。我們可以隨時(shí)做這件事。一切都擺在桌面上, 我們很樂(lè)意提供盡可能的幫助”。
研究小組評(píng)估的另一個(gè)系統(tǒng)是美國(guó)聯(lián)邦航空局自己的廣域增強(qiáng)系統(tǒng),或通常稱為WAAS。該網(wǎng)絡(luò)使用位于美國(guó)的精準(zhǔn)區(qū)域參照站網(wǎng), 收集有關(guān) GPS 信號(hào)的信息, 并向 WAAS 主站發(fā)送差分改正參數(shù), 從而產(chǎn)生導(dǎo)航增強(qiáng)信號(hào)。增強(qiáng)信號(hào)被上傳到地球靜止衛(wèi)星上, 這些衛(wèi)星將其傳輸?shù)礁采w美國(guó)大陸和周邊地區(qū)的廣大區(qū)域, 使擁有 GPS/WAAS 接收機(jī)的用戶能夠獲得更為精準(zhǔn)和可靠的定位。
GDGPS 主管經(jīng)理在2013年5月向國(guó)家天基PNT咨詢委員會(huì)提交的報(bào)告中指出, WAAS 系統(tǒng)更值得信賴。然而, 一位熟悉聯(lián)邦航空局貿(mào)易性研究的消息人士指出, 作為一個(gè)區(qū)域系統(tǒng), WAAS “無(wú)法覆蓋全球”。該消息人士表示, 該研究將建議 FAA 在CMS三個(gè)可能的優(yōu)先級(jí)中,首先使用 OCX 處理其前兩個(gè), 并由 JPL 和 WAAS 完成其余的監(jiān)測(cè)優(yōu)先事項(xiàng)。更緊迫的優(yōu)先事項(xiàng)將由 JPL 處理。該消息靈通人士解釋說(shuō), 嚴(yán)格控制使用 OCX 的成本 “簡(jiǎn)直令人望而卻步”, 但 JPL 不可能完成所有任務(wù)。在不使用 OCX 時(shí), 在滿足網(wǎng)絡(luò)安全要求方面也面臨更大的挑戰(zhàn)。GDGPS 系統(tǒng) “非??煽?rdquo;, 并且已經(jīng)很好地抵御了網(wǎng)絡(luò)攻擊。他說(shuō), 他很樂(lè)意與任何人合作解決任何問(wèn)題,不斷縮小實(shí)際存在的差距。
與OCX 方法進(jìn)行了很好的比較。這項(xiàng)貿(mào)易性研究是研究如何監(jiān)測(cè)民用 GPS 信號(hào)的三項(xiàng)研究工作中的最后一項(xiàng)。前兩家都是 OCX主要承包商雷神公司完成的。該公司最初研究將 CMS 的規(guī)格納入 OCX。該消息人士稱,OCX的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)1億美元, 需要在 OCX 計(jì)劃中增加另一個(gè)階段的工作。雷神公司隨后研究了確定所需工作的優(yōu)先次序, 并分解成本, 首先實(shí)現(xiàn)各種高優(yōu)先要求, 隨后實(shí)現(xiàn)低優(yōu)先要求。聯(lián)邦航空局不得不迅速扭轉(zhuǎn)貿(mào)易性研究, 因?yàn)閷⒆罱K決定需要納入國(guó)防部規(guī)劃的時(shí)間表。消息靈通人士表示, 國(guó)防部正在對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行自己的審視, 需要同意建議的行動(dòng)方案;因此, 最終計(jì)劃可能需要更長(zhǎng)的時(shí)間, 并可能發(fā)生變化。國(guó)防部似乎更有可能不同意混合性組合方法。它已經(jīng)有了利用 GDGPS 的經(jīng)驗(yàn)。JPL 是 OCX 的分包商, 而2SOPS 使用 GDGPS 數(shù)據(jù)已有約14年的時(shí)間。此外, 有位專家指出, 使用 GDGPS 滿足聯(lián)邦航空局需要的想法是由國(guó)防部高級(jí)顧問(wèn)組成的獨(dú)立審查小組提出的。“RITA一直以來(lái)非常熱衷于使用GDGPS網(wǎng)絡(luò)來(lái)監(jiān)測(cè)民用信號(hào),” 布拉德·帕金森說(shuō), 他曾是第一個(gè)NavStar GPS項(xiàng)目聯(lián)合辦公室的負(fù)責(zé)人, 也是天基 PNT 咨詢委員會(huì)副主席。
由美國(guó)相關(guān)部門(mén)在GPS民用信號(hào)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的安排上,企圖盡量利用現(xiàn)成的基礎(chǔ)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施,以期整合資源,節(jié)省成本,充分發(fā)揮國(guó)家投入的綜合效應(yīng)。把系統(tǒng)性O(shè)CX資源,提供給民用GPS信號(hào)監(jiān)測(cè),這種做法值得參考,把優(yōu)勢(shì)資源釋放出來(lái),服務(wù)與產(chǎn)業(yè),同樣也是伽利略系統(tǒng)的目標(biāo)之一。反過(guò)來(lái),又能夠給OCX提供更加雄厚的數(shù)據(jù)資源?;仡櫸覈?guó)在CORS站網(wǎng)方面以及其他一些基礎(chǔ)設(shè)施方面的重復(fù)性建設(shè),實(shí)際上違背了經(jīng)濟(jì)規(guī)律,浪費(fèi)國(guó)家資源,是不智的行為,此風(fēng)不能長(zhǎng)。如果我們能夠?qū)崿F(xiàn)協(xié)同統(tǒng)一的戰(zhàn)略研究規(guī)劃和頂層設(shè)計(jì)部署,充分發(fā)揮和挖掘存量資產(chǎn)的效能,打破條條塊塊分割,推進(jìn)資源與數(shù)據(jù)共享,我們的國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展會(huì)以更加驚人的速度持續(xù)健康發(fā)展,創(chuàng)造進(jìn)一步的輝煌。