黃雙臨，王冬霞,2,3，郭 睿,2,3，劉曉萍，李曉杰，毛 瀟

GNSS星地協(xié)同運(yùn)行研究現(xiàn)狀及技術(shù)展望

黃雙臨1，王冬霞1,2,3，郭 睿1,2,3，劉曉萍1，李曉杰1，毛 瀟1

（1. 32021部隊(duì)，北京 100094；2. 大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430077；3. 中國(guó)科學(xué)院 上海天文臺(tái)，上海 200030）

為了進(jìn)一步研究北斗系統(tǒng)星地協(xié)同運(yùn)行相關(guān)技術(shù)，通過(guò)介紹GPS、GLONASS、Galileo、BDS 4大GNSS星地協(xié)同運(yùn)行現(xiàn)狀，總結(jié)出星地協(xié)同運(yùn)行的關(guān)鍵性問(wèn)題，得出對(duì)我國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)的幾點(diǎn)啟發(fā)，最后給出我國(guó)星地協(xié)同運(yùn)行的研究重點(diǎn)和發(fā)展方向的建議，以期為我國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展建設(shè)提供參考。

全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)；星地協(xié)同運(yùn)行；北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

0 引言

全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（global navigation satellite system, GNSS）是指在全球范圍提供定位、導(dǎo)航、授時(shí)（position navigation and timing, PNT）服務(wù)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)總稱，目前4大GNSS包括美國(guó)的全球定位系統(tǒng)（global positioning system, GPS）、俄羅斯的格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（global navigation satellite system, GLONASS）、歐洲的伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（Galileo navigation satellite system, Galileo）、以及中國(guó)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BeiDou navigation satellite system, BDS）。作為國(guó)家重要的基礎(chǔ)設(shè)施，GNSS在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中占有重要的位置，直接關(guān)系到國(guó)家安全和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，其安全性、可靠性和穩(wěn)定性是基礎(chǔ)[1-3]。

目前，各導(dǎo)航大國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的主要運(yùn)行模式是地面運(yùn)控模式，即通過(guò)地面運(yùn)控系統(tǒng)對(duì)衛(wèi)星星座進(jìn)行運(yùn)行管理，完成各項(xiàng)導(dǎo)航業(yè)務(wù)的處理，實(shí)現(xiàn)整個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的星地協(xié)同運(yùn)行，以滿足陸、海、空、天等各類軍民用戶PNT的使用要求。同時(shí)，隨著機(jī)動(dòng)錨固技術(shù)及星間鏈路技術(shù)的發(fā)展，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)星地協(xié)同運(yùn)行模式主要包括3種：地面運(yùn)控模式、錨固支持模式、星座自主導(dǎo)航模式[4-7]。

BDS是我國(guó)自主研制的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，按照3步走的發(fā)展戰(zhàn)略，已于2016年啟動(dòng)第三代北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱北斗三號(hào)）的研制建設(shè)，計(jì)劃于2020年左右實(shí)現(xiàn)全球?qū)Ш?。北斗三?hào)不僅包括基本導(dǎo)航服務(wù)、星基增強(qiáng)服務(wù)，還包括GPS、GLONASS、Galileo等不具備的定位報(bào)告服務(wù)。三大服務(wù)共存增加了星地協(xié)同運(yùn)行的難度，且無(wú)任何現(xiàn)成的經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。因此，如何從衛(wèi)星和地面運(yùn)控系統(tǒng)等多個(gè)角度進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，最終提出一整套星地協(xié)同運(yùn)行和模式切換策略，是我國(guó)導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展過(guò)程中亟需解決的一個(gè)研究熱點(diǎn)。

1 4大GNSS星地協(xié)同運(yùn)行研究現(xiàn)狀

1.1 GPS星地協(xié)同運(yùn)行模式研究現(xiàn)狀

早期GPS只有地面運(yùn)控模式，但為了提高GPS在戰(zhàn)時(shí)或重大災(zāi)害條件下的生存能力，文獻(xiàn)[8]在20世紀(jì)80年代初期開(kāi)始研究星座自主導(dǎo)航技術(shù)，并于1984年提出了星座自主導(dǎo)航的基本框架。目前，在軌運(yùn)行的GPS Block IIR、GPS Block IIF、GPS III/IIIF衛(wèi)星均具有自主導(dǎo)航能力[4]。

為實(shí)現(xiàn)GPS星座自主導(dǎo)航運(yùn)行，美國(guó)主要開(kāi)展了3個(gè)方面的研究[9-10]：一是星間鏈路測(cè)量研究；二是星間鏈路通信研究；三是高精度自主導(dǎo)航算法研究。最終Block IIR衛(wèi)星的星間頻段為特高頻（ultra-high frequency，UHF）無(wú)線電波，測(cè)量通信方式為時(shí)分多址（time division multiple access，TDMA）。事實(shí)上，由于星座自主導(dǎo)航模式中的星間觀測(cè)量是相對(duì)量，其結(jié)果將導(dǎo)致星座整體旋轉(zhuǎn)，因此GPS III總體設(shè)計(jì)階段論證了地面“錨固站”作為自主導(dǎo)航空間基準(zhǔn)的可行性。研究結(jié)果表明，一個(gè)錨固站就可以避免星座整體旋轉(zhuǎn)，同時(shí)能提高自主導(dǎo)航精度[11-13]。

綜上所述，GPS星地協(xié)同運(yùn)行模式包括地面運(yùn)控、地面錨固支持和星座自主導(dǎo)航3種大系統(tǒng)運(yùn)行模式，而且隨著GPS III的逐步發(fā)射，地面錨固支持與星座自主導(dǎo)航模式的協(xié)同工作機(jī)制將會(huì)越來(lái)越緊密。但與BDS相比，GPS的單一中圓地球軌道（medium Earth orbit, MEO）衛(wèi)星架構(gòu)降低了系統(tǒng)星地協(xié)同運(yùn)行的復(fù)雜度。

1.2 GLONASS星地協(xié)同運(yùn)行模式研究現(xiàn)狀

為了彌補(bǔ)區(qū)域布站的不足，提高GLONASS的生存競(jìng)爭(zhēng)能力，俄羅斯在研究GLONASS M及K系列衛(wèi)星時(shí)規(guī)劃論證了自主導(dǎo)航功能?？紤]到星座自主導(dǎo)航模式中星間測(cè)量相對(duì)量可能引起星座整體旋轉(zhuǎn)的問(wèn)題，GLONASS采用星間鏈路地面主控站輔助自主導(dǎo)航運(yùn)行的模式[14-15]。

因此，GLONASS星地協(xié)同模式包括地面運(yùn)控和星座自主導(dǎo)航2種大系統(tǒng)運(yùn)行模式。

1.3 Galileo星地協(xié)同運(yùn)行模式研究現(xiàn)狀

歐洲的Galileo在方案設(shè)計(jì)攻關(guān)階段也論證了星間鏈路和自主導(dǎo)航技術(shù)。目前尚無(wú)配置星間鏈路設(shè)備的衛(wèi)星發(fā)射入軌，但在可預(yù)見(jiàn)的將來(lái)，星座自主導(dǎo)航模式也是Galileo大力發(fā)展的一個(gè)方向[16]。

1.4 BDS星地協(xié)同運(yùn)行模式研究現(xiàn)狀

我國(guó)的BDS正處在全球系統(tǒng)的研制建設(shè)攻堅(jiān)階段，楊元喜、譚述森等國(guó)內(nèi)知名專家指出，星座自主導(dǎo)航是北斗三號(hào)的重要發(fā)展方向[1-2]。根據(jù)BDS建設(shè)綱要，將在2020年底為全球范圍的陸、海、空、天各類用戶提供導(dǎo)航、定位、授時(shí)、位置報(bào)告等服務(wù)，具備地面運(yùn)控、錨固支持、星座自主導(dǎo)航等3種星地協(xié)同運(yùn)行模式。

綜上所述，GPS、GLONASS、Galileo、BDS等衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)根據(jù)各自發(fā)展戰(zhàn)略已在星地協(xié)同研究方面投入了大量時(shí)間和資源，在運(yùn)行模式論證上取得了豐碩的成果。GNSS運(yùn)行模式總體上分地面運(yùn)控模式、地面錨固支持模式和星座自主導(dǎo)航模式，其中地面運(yùn)控模式是主要模式和常態(tài)運(yùn)行模式，地面錨固支持模式與星座自主導(dǎo)航模式是發(fā)展趨勢(shì)。

2 星地協(xié)同運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)

2.1 星地協(xié)同運(yùn)行模式

2.1.1 地面運(yùn)控模式及工作流程

在地面運(yùn)控模式下，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)常規(guī)運(yùn)行，衛(wèi)星導(dǎo)航任務(wù)處理單元正常發(fā)播地面運(yùn)控上注星歷。星座自主導(dǎo)航保持后臺(tái)運(yùn)行，生成自主導(dǎo)航星歷但不發(fā)播；地面錨固設(shè)備提供錨固功能。

地面運(yùn)控模式是一種以地面主控站為中心的星地協(xié)同運(yùn)行模式，主控站主要任務(wù)是收集系統(tǒng)導(dǎo)航信號(hào)監(jiān)測(cè)、時(shí)間同步觀測(cè)比對(duì)等原始數(shù)據(jù)，進(jìn)行衛(wèi)星無(wú)線電導(dǎo)航業(yè)務(wù)（radio navigation satellite service, RNSS）處理、衛(wèi)星無(wú)線電測(cè)定業(yè)務(wù)（radio determination satellite service, RDSS）處理、星地/站間時(shí)間同步比對(duì)觀測(cè)等；注入站主要任務(wù)是配合主控站完成星地/站間時(shí)間同步比對(duì)觀測(cè)；監(jiān)測(cè)站主要任務(wù)是對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，為系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)。其運(yùn)行如圖1所示。圖1中：IGSO（inclined geosynchronous orbits）為傾斜地球同步軌道；GEO（geostationary Earth orbit）為地球靜止軌道。

在這種模式下，運(yùn)控系統(tǒng)在其建立和維持時(shí)空基準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，利用其收集的多種觀測(cè)數(shù)據(jù)完成整個(gè)導(dǎo)航星座的衛(wèi)星軌道和鐘差測(cè)定、電離層模型參數(shù)的綜合解算，生成每小時(shí)更新的導(dǎo)航電文，并向衛(wèi)星注入導(dǎo)航數(shù)據(jù)和自主導(dǎo)航輔助數(shù)據(jù)，對(duì)衛(wèi)星自主導(dǎo)航進(jìn)行評(píng)估，工作流程如圖2所示。

圖1 地面運(yùn)控模式運(yùn)行圖

2.1.2 地面錨固支持模式及工作流程

在地面錨固支持運(yùn)行模式下，地面運(yùn)控系統(tǒng)無(wú)法正常工作，不能完成導(dǎo)航電文的注入。衛(wèi)星系統(tǒng)無(wú)法單獨(dú)借助地面運(yùn)控注入信息完成正常導(dǎo)航，自主生成導(dǎo)航電文并通過(guò)下行信號(hào)向用戶播發(fā)。地面運(yùn)控具備錨固功能，與星座完成Ka頻段精密測(cè)量、時(shí)間同步，可生成自主導(dǎo)航輔助數(shù)據(jù)，并通過(guò)Ka鏈路向衛(wèi)星注入。其運(yùn)行模式如圖3所示。

圖3 地面錨固支持模式

在這種模式下，星間鏈路完成指定衛(wèi)星的星地/星間雙向測(cè)量、星間數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙ぷ?，完成基于衛(wèi)星的系統(tǒng)時(shí)間產(chǎn)生與維持以及星地/星間時(shí)間同步。錨固站作為偽衛(wèi)星和地面輔助部分，最少需要在每隔7 d時(shí)間段內(nèi)完成一次連續(xù)12 h的星地/星間雙向測(cè)量和數(shù)傳任務(wù)，進(jìn)行時(shí)間同步濾波處理，實(shí)現(xiàn)錨固站與衛(wèi)星的時(shí)間同步。錨固站可完成自主導(dǎo)航輔助信息的上注，工作流程如圖4所示。

圖4 地面錨固支持模式的工作流程

2.1.3 星座自主導(dǎo)航模式及工作流程

在星座自主導(dǎo)航模式下，地面運(yùn)控系統(tǒng)不能正常工作，由衛(wèi)星系統(tǒng)單獨(dú)實(shí)現(xiàn)。衛(wèi)星利用星間測(cè)量和地面輔助信息，進(jìn)行衛(wèi)星自主定軌及時(shí)間同步，并利用地面運(yùn)控模式下或錨固支持模式下地面注入的輔助數(shù)據(jù)，完成導(dǎo)航星歷參數(shù)更新，更新的自主星歷發(fā)送到衛(wèi)星導(dǎo)航任務(wù)處理單元，轉(zhuǎn)化為下行導(dǎo)航信號(hào)并發(fā)播。在星座自主導(dǎo)航模式下，系統(tǒng)包括空間星座部分和用戶設(shè)備部分。此模式是一種戰(zhàn)略儲(chǔ)備性運(yùn)行模式，僅基本導(dǎo)航業(yè)務(wù)能保持大約60 d的運(yùn)行，而星基增強(qiáng)業(yè)務(wù)、定位報(bào)告業(yè)務(wù)均不能運(yùn)行。其運(yùn)行圖如圖5所示。

圖5 星座自主導(dǎo)航模式

在這種模式下，星間鏈路設(shè)備完成指定衛(wèi)星的星間雙向測(cè)量、星間數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙ぷ?，完成基于衛(wèi)星的系統(tǒng)時(shí)間產(chǎn)生與維持以及星間時(shí)間同步。根據(jù)地面上注的輔助信息，進(jìn)行部分必要的數(shù)據(jù)處理，并預(yù)報(bào)生成衛(wèi)星導(dǎo)航星歷。按要求自主判斷導(dǎo)航模式切換，接收并執(zhí)行從地面監(jiān)控部分發(fā)射的控制指令，工作流程如圖6所示。

圖6 星座自主導(dǎo)航模式的工作流程

2.2 星地協(xié)同狀態(tài)切換策略

綜合3大星地協(xié)同運(yùn)行模式及其工作流程，狀態(tài)切換策略是：地面運(yùn)控模式是系統(tǒng)的常態(tài)運(yùn)行模式；當(dāng)運(yùn)控系統(tǒng)主控站受到人為或自然因素破壞不能正常工作時(shí)，切換為地面錨固支持模式，由地面錨固站和測(cè)控系統(tǒng)共同參與衛(wèi)星導(dǎo)航；當(dāng)運(yùn)控、錨固站、測(cè)控均全部失效時(shí)，切換為星座自主導(dǎo)航模式，衛(wèi)星綜合利用星間測(cè)量和地面運(yùn)控上注參數(shù)更新導(dǎo)航星歷；在此變換期間，如地面運(yùn)控模式工作狀態(tài)恢復(fù)正常，再恢復(fù)到地面運(yùn)控模式運(yùn)行。

3 對(duì)我國(guó)星地協(xié)同運(yùn)行模式的啟迪

從4大GNSS星地協(xié)同運(yùn)行研究現(xiàn)狀來(lái)看：美國(guó)從20世紀(jì)80年代初開(kāi)始研究星座自主導(dǎo)航相關(guān)技術(shù)，目前尚未完全實(shí)現(xiàn)GPS星座自主導(dǎo)航模式，僅通過(guò)地面試驗(yàn)驗(yàn)證了地面錨固支持模式和星座自主導(dǎo)航模式運(yùn)行的可行性。美國(guó)將在GPS III的建設(shè)攻關(guān)中，進(jìn)一步推進(jìn)星地協(xié)同運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)的研究。

對(duì)我國(guó)BDS來(lái)說(shuō)，只有地面運(yùn)控主站模式經(jīng)過(guò)工程驗(yàn)證，而隨著北斗三號(hào)配備星間鏈路設(shè)備，其星地運(yùn)行模式必然包括地面運(yùn)控、地面錨固支持和星座自主導(dǎo)航3種，因此對(duì)我國(guó)北斗三號(hào)來(lái)說(shuō)，其面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)主要如下：

1）星地協(xié)同運(yùn)行方案的復(fù)雜程度前所未有：衛(wèi)星由3種軌道衛(wèi)星組成，服務(wù)能力不僅包括基本導(dǎo)航服務(wù)、星基增強(qiáng)服務(wù)，還包括BDS獨(dú)有的定位報(bào)告服務(wù)，3大服務(wù)共存增加了星地協(xié)同運(yùn)行的難度，且無(wú)任何現(xiàn)成的經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。此外，地面站數(shù)量眾多、管理衛(wèi)星數(shù)量眾多、天線類型復(fù)雜、信號(hào)體制多樣，均是星地協(xié)同運(yùn)行需要考慮的因素。因此，北斗三號(hào)星地協(xié)同運(yùn)行方案的復(fù)雜程度前所未有。

2）星地協(xié)同運(yùn)行方案的風(fēng)險(xiǎn)控制有待具體化：地面運(yùn)控、地面錨固支持和星座自主導(dǎo)航3種運(yùn)行模式在切換過(guò)程中，難免造成服務(wù)性能的變化。如何在星地協(xié)同運(yùn)行方案中，對(duì)切換過(guò)程中和切換后進(jìn)行有針對(duì)性的具體化的風(fēng)險(xiǎn)控制措施研究，實(shí)現(xiàn)模式間的快速穩(wěn)定切換，最大程度地保證各類用戶服務(wù)信息的連續(xù)穩(wěn)定，是我國(guó)未來(lái)導(dǎo)航系統(tǒng)亟需且必須解決的一個(gè)研究方向。

4 未來(lái)我國(guó)星地協(xié)同運(yùn)行技術(shù)展望

綜合分析國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和關(guān)鍵技術(shù)研究現(xiàn)狀，星地協(xié)同運(yùn)行和狀態(tài)切換的風(fēng)險(xiǎn)控制技術(shù)、高可靠性指標(biāo)體系分析技術(shù)是我國(guó)未來(lái)導(dǎo)航系統(tǒng)星地協(xié)同運(yùn)行領(lǐng)域亟需研究的發(fā)展方向。

1）星地協(xié)同運(yùn)行和狀態(tài)切換的風(fēng)險(xiǎn)控制技術(shù)。北斗三號(hào)相對(duì)于北斗二號(hào)的復(fù)雜程度全面提升，按照關(guān)鍵系統(tǒng)、關(guān)鍵分系統(tǒng)、關(guān)鍵設(shè)備，從主控站、注入站、監(jiān)測(cè)站角度逐級(jí)梳理系統(tǒng)單點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)，有利于掌握北斗三號(hào)地面運(yùn)控系統(tǒng)在狀態(tài)切換中可能發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。并對(duì)可能發(fā)生切換風(fēng)險(xiǎn)的任務(wù)進(jìn)行逐級(jí)分解，有利于保障地面運(yùn)控系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定的運(yùn)行。同時(shí)，對(duì)衛(wèi)星可能發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，從軟件適配性角度分析研究，更好地保障用戶的服務(wù)性能。

針對(duì)北斗三號(hào)研制廠家多、設(shè)備多、國(guó)產(chǎn)化要求嚴(yán)格等一系列問(wèn)題，從技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和管理風(fēng)險(xiǎn)角度出發(fā)，充分借鑒北斗二號(hào)成功研制建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)制訂工作策劃方案明確分專業(yè)總體的責(zé)任和權(quán)利，及與系統(tǒng)總體、分項(xiàng)目研制單位的關(guān)系，吸納北斗二號(hào)承研設(shè)備使用情況和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)成果情況，積極督促攻關(guān)單位加快攻關(guān)新增技術(shù)內(nèi)容，以控制技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，為北斗三號(hào)建設(shè)構(gòu)建科學(xué)合理、經(jīng)濟(jì)可行的風(fēng)險(xiǎn)控制路線圖。

2）高可靠性指標(biāo)體系分析技術(shù)。立足于3種運(yùn)行模式，在現(xiàn)有北斗二號(hào)測(cè)試評(píng)估體系中，按照“服務(wù)可靠性指標(biāo)→大系統(tǒng)運(yùn)行可靠性指標(biāo)→工程各系統(tǒng)運(yùn)行可靠性指標(biāo)→關(guān)鍵子系統(tǒng)/單機(jī)可靠性指標(biāo)”的層次劃分，梳理選取與大系統(tǒng)可靠性相關(guān)的指標(biāo)參數(shù)，在此基礎(chǔ)補(bǔ)充完善北斗三號(hào)可靠性測(cè)試評(píng)估內(nèi)容，并研究提出相應(yīng)的測(cè)試評(píng)估方法。收集在軌衛(wèi)星監(jiān)測(cè)評(píng)估數(shù)據(jù)，利用系統(tǒng)測(cè)試評(píng)估集成平臺(tái)，完成對(duì)大系統(tǒng)可靠性指標(biāo)的監(jiān)測(cè)評(píng)估。重點(diǎn)將星間鏈路可靠性納入大系統(tǒng)可靠性指標(biāo)的體系，考慮星間鏈路對(duì)大系統(tǒng)可靠性指標(biāo)實(shí)現(xiàn)的改進(jìn)或影響，提出對(duì)星間鏈路可靠性的設(shè)計(jì)要求。

3）高可靠主備協(xié)同工作技術(shù)。主備協(xié)同工作的主要目的是保證各類服務(wù)的連續(xù)穩(wěn)定。在主控站異常、故障等服務(wù)可能中斷情況下，針對(duì)主備站的關(guān)鍵系統(tǒng)、關(guān)鍵分系統(tǒng)和關(guān)鍵設(shè)備的可靠性要求，通過(guò)合理優(yōu)化的運(yùn)控模式變換設(shè)計(jì)，最大程度地確保星地協(xié)同運(yùn)行模式切換過(guò)程中和切換后3大業(yè)務(wù)的連續(xù)運(yùn)行，最終實(shí)現(xiàn)各類用戶服務(wù)信息的連續(xù)穩(wěn)定，研究一套面向北斗三號(hào)、工程應(yīng)用化強(qiáng)的主備協(xié)同控制方案，都是我國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)攻關(guān)過(guò)程中亟待解決的緊要問(wèn)題。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文詳細(xì)介紹了GPS、GLONASS、Galileo、BDS 4大GNSS的星地協(xié)同運(yùn)行研究現(xiàn)狀，并分層次介紹了星地協(xié)同運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，最后得出對(duì)我國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)的啟迪，并指出我國(guó)星地協(xié)同運(yùn)行的發(fā)展趨勢(shì)體現(xiàn)在星地協(xié)同運(yùn)行和狀態(tài)切換的風(fēng)險(xiǎn)控制技術(shù)、高可靠性指標(biāo)體系分析技術(shù)、高可靠主備協(xié)同工作技術(shù)等方向。

[1] YANG Y X, LI J L, XU J Y.Generalised DOPs with consideration of the influence function of signal-in-space errors[J].Journal of Navigation, 2011, 64(S3): 3-18.

[2] 譚述森. 北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的發(fā)展與思考[J].宇航學(xué)報(bào), 2008, 29(2): 391-396.

[3] NASA.Probabilistic risk assessment procedures guide for NASA managers and practitioners[R]. Washington DC: Office of Safety and Mission Assurance NASA Headquarters, 2002.

[4] VASAVADA Y, GOPAL R, RAVISHANKAR C, et al. Architectures for next generation high throughput satellite systems[J].International Journal of Satellite Communications and Networking, 2016, 34: 523-546.

[5] MAHONEY B B, HAIMES Y Y. Quantitative risk analysis of GPS as a critical infrastructure for civilian transportation application[D].Virginia：University of Virginia, 2001.

[6] 楊龍, 陳金平, 劉佳. GNSS地面運(yùn)行控制系統(tǒng)的發(fā)展與啟示[J].現(xiàn)代導(dǎo)航, 2012(4): 235-242.

[7] 張駿, 姜江, 葛冰峰, 等.北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)組網(wǎng)發(fā)射方案風(fēng)險(xiǎn)分析[J].系統(tǒng)工程理論與實(shí)踐, 2015, 35(7): 1878-1886.

[8] ANANDA M P, BERSTEIN H, BRUCE R W, et al. Autonomous navigation of the global positioning system satellite[EB/OL].[2017-12-28].https://arc.aiaa.org/doi/10.2514/2.4238.

[9] RAJAN J A.Highlights of GPS IIR autonomous navigation[C]//The Institute of Navigation(ION）.Proceedings of the 58th Annual Meeting of the Institute of Navigation and CIGTF 21st Guidance Test Symposium(2002）.Albuquerque, NM：ION，2002:354-363.

[10] RAJAN J A, ORR M. On-orbit validation of GPS IIR autonomous navigation[C]//The Institute of Navigation(ION）.Proceedings of the ION 59th Annual Meeting.Albuquerque. NM：ION，2003:411-419.

[11] ANANDA M P, BERNSTEIN H, CUNNINGGHAM W A, et al. Global positioning system(GPS) autonomous navigation[C]//The Institute of Electrical and Electronic Engineers(IEEE）.Proceedings of IEEE position location and navigation symposium.Las Vegas, Nevada:IEEE,1990:497-508.

[12] LAZAR S.Satellite navigation: modernization and GPS III crosslink[J].The Aerospace Corporation Magazine of advance in Aerospace Technology, 2002, 22(2): 42-53.

[13] MAINE K P, ANDERSON P, BAYUK F. Communication architecture for GPS III[C]//The Institute of Electrical and Electronic Engineers(IEEE).Proceedings of IEEE Aerospace Conference.Montana:IEEE,2004:1-6.

[14] Coordination Scientific Information Center. GLONASS interface control document(version 5.0) [EB/OL].[2017-12-28].https://www.unavco.org/help/glossary/docs/ICD_GLONASS_5.0_(2002)_en.pdf.

[15] KULIK S V. Status and development of GLONASS[EB/OL].[2017-12-28].http://www.navcen.uscg.gov/pdf/ cgsicMeetings/51/3_GLONASS_CGSIC_Oleynik.pdf.

[16] 林益明, 何善寶, 鄭晉軍, 等. 全球?qū)Ш叫亲情g鏈路技術(shù)發(fā)展建議[J]. 航天器工程, 2010, 19(6): 1-7.

Status and development of GNSS satellite-ground coordinated operation

HUANG Shuanglin1, WANG Dongxia1,2,3, GUO Rui1,2,3, LIU Xiaoping1, LI Xiaojie1, MAO Xiao1

（1. Troops 32021, Beijing 100094, China; 2. State Key Laboratory of Geodesy and Earth’s Dynamics, Wuhan 430037, China; 3. Shanghai Astronomical Observatory, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200030, China）

In order to further study the technology of satellite-ground coordinated operation for BDS, the paper introduced the status of the coordinated operation in the four main GNSS of GPS, GLONASS, Galileo and BDS respectively, summarized the key technical points, and gave some enlightenment on the construction of satellite navigation systems in China, finally sugggested the research emphases and development directions of Chinese satellite-ground coordinated operation. The result would provide a reference for the development and construction of satellite navigation systems in China.

global navigation satellite system; satellite-ground coordinated operation; BeiDou navigation satellite system

P228

A

2095-4999(2019)03-0001-06

2019-01-14

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（61603397，41874043，41704037）；大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金項(xiàng)目（SKLGED2017-3-3-E）。

黃雙臨（1975—），女，浙江臨海人，碩士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)樾l(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)運(yùn)行管理技術(shù)、故障診斷及容錯(cuò)技術(shù)。

王冬霞（1985—），女，河南新鄉(xiāng)人，博士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)樾l(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)星間路技術(shù)、自主導(dǎo)航技術(shù)、故障診斷及容錯(cuò)技術(shù)。

黃雙臨，王冬霞，郭睿，等.GNSS星地協(xié)同運(yùn)行研究現(xiàn)狀及技術(shù)展望[J].導(dǎo)航定位學(xué)報(bào),2019,7(3): 1-6.（HUANG Shuanglin, WANG Dongxia,GUO Rui, et al.Status and development of GNSS satellite-ground coordinated operation[J].Journal of Navigation and Positioning, 2019,7(3): 1-6.）

10.16547/j.cnki.10-1096.20190301.