GPS基礎設施應用之“精打細算”案例令國(guó)人汗顔

時(shí)間：2019年4月18日

　　日前，根據相關媒體透露，美國(guó)聯邦航空局（FAA）在監控GPS民用信号過(guò)程中，可能(néng)整合使用三個現成(chéng)的參考站網而不是另起(qǐ)爐竈。美國(guó)在GPS基礎設施應用中，這(zhè)是個具有代表性的“精打細算”案例。而相比之下，我國(guó)在連續跟蹤參考站網建設中，那種(zhǒng)“慷國(guó)家之慨”，一擲千金，令人發(fā)指的多重重複建設現象，能(néng)不叫(jiào)國(guó)人真正感到汗顔嗎？

　　美國(guó)航空部門官員正在考慮將(jiāng)空軍計劃中的 GPS 地面(miàn)系統的數據與其他監控系統提供的服務結合起(qǐ)來，甚至完全依靠其他系統，以節省監控 GPS 民用信号的費用。爲了找到最佳選擇, 美國(guó)聯邦航空管理局 (FAA) 一直在進(jìn)行一項貿易性研究, 研究依靠空軍的下一代運控制系統（OCX）進(jìn)行民用GPS信号監測, 但也考慮將(jiāng)其與其他系統結合起(qǐ)來, 如噴氣推進(jìn)實驗室（JPL）的全球差分 GPS 系統 (GDGPS)。最初, 民用GPS監測指望將(jiāng)作爲 OCX 業務的一部分, 由民間資金將(jiāng)支付在下一代系統中增加這(zhè)一能(néng)力的費用。然而, 過(guò)高的成(chéng)本預測和國(guó)會(huì)對(duì)于民用GPS 監測改進(jìn)的預算削減, 使人們對(duì)這(zhè)種(zhǒng)方法産生懷疑。

　　美國(guó)運輸部在回複全球定位系統（GPS）民用信号性能(néng)監測的詢問時(shí)表示: “國(guó)防部目前正在進(jìn)行一項研究, 以審查滿足 GPS 民用信号性能(néng)監測要求的備選方案”。這(zhè)些選項包括 OCX、非OCX 和混合性組合。這(zhè)項研究的結果預計將(jiāng)在今年春天公布。熟悉這(zhè)項工作的消息人士表示, 這(zhè)項研究已經(jīng)完成(chéng), 但需要提交給決策者拍闆批準。

　　美國(guó)運輸部負責GPS民用信号的性能(néng)監測, 以核實對(duì)GNSS性能(néng)的承諾是否得到履行。這(zhè)種(zhǒng)監測提高了GNSS運營商的态勢感知, 并保證迅速發(fā)現和解決任何民用服務的故障。國(guó)際GNSS委員會(huì) (ICG) 鼓勵GNSS供應商“公布描述信号和系統信息、提供政策以及開(kāi)放服務的最低性能(néng)水平文件”。美國(guó)運輸部研究與創新技術管理局 (RITA) PNT部的主任說, 目前, 這(zhè)隻在 GPS L1信号上完成(chéng)。L2C 和 L5 的性能(néng)标準尚未建立完成(chéng)。

　　開(kāi)發(fā)利用現有的資源。GDGPS 是一個由100多個美國(guó)和國(guó)際監測站組成(chéng)的網絡, 其核心是美國(guó)宇航局 GPS 網絡的75個站點。 這(zhè)些網站向(xiàng)三個 GDGPS 業務中心提供監測數據, 這(zhè)些中心將(jiāng)監測數據分發(fā)給各種(zhǒng)商業和政府客戶, 包括科羅拉多州施裡(lǐ)弗（Schriever） 空軍基地的第二空間行動中隊 (2SOPS)。2SOPS 掌控處理 GPS 系統的命令和控制。爲保障在任何時(shí)候衛星都(dōu)得到監控，每一顆GPS衛星同時(shí)至少有 10個 GDGPS 站, 平均有25個站進(jìn)行監測。該系統強大的冗餘甚至可以在區域基礎上提供結果, 這(zhè)可能(néng)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 民用監測性能(néng)規範或 内容管理系統（CMS） 中193項要求的90% 以上, 每年的總成(chéng)本爲275萬美元。他告訴國(guó)家天基PNT（定位、導航和授時(shí)) 咨詢委員會(huì)的成(chéng)員, 建立這(zhè)一能(néng)力需要一年時(shí)間。他還(hái)指出, 實現自主支持的 GDGPS 也可以進(jìn)行量身定制, 以滿足未來的需要, 聯邦航空局可以根據需要停止或啓用相應的應用服務。如果在 NASA 觀測站增加增強型接收機, GDGPS 可以提供額外5% 的 CMS 需求。這(zhè)一新增能(néng)力總共需要兩(liǎng)年時(shí)間和300萬美元才能(néng)建立, 但不會(huì)增加年度費用。他接著(zhe)說, GDGPS 還(hái)將(jiāng)監測GLNASS、北鬥與伽利略系統的民用信号。“美國(guó)宇航局準備協助縮小民用信号監測方面(miàn)的财政和時(shí)間表差距。我們很高興與空軍和國(guó)防部合作, 評估這(zhè)種(zhǒng)協同作用。我們可以共享監控數據。我們可以随時(shí)做這(zhè)件事(shì)。一切都(dōu)擺在桌面(miàn)上, 我們很樂意提供盡可能(néng)的幫助”。

　　研究小組評估的另一個系統是美國(guó)聯邦航空局自己的廣域增強系統，或通常稱爲WAAS。該網絡使用位于美國(guó)的精準區域參照站網, 收集有關 GPS 信号的信息, 并向(xiàng) WAAS 主站發(fā)送差分改正參數, 從而産生導航增強信号。增強信号被(bèi)上傳到地球靜止衛星上, 這(zhè)些衛星將(jiāng)其傳輸到覆蓋美國(guó)大陸和周邊地區的廣大區域, 使擁有 GPS/WAAS 接收機的用戶能(néng)夠獲得更爲精準和可靠的定位。

　　GDGPS 主管經(jīng)理在2013年5月向(xiàng)國(guó)家天基PNT咨詢委員會(huì)提交的報告中指出, WAAS 系統更值得信賴。然而, 一位熟悉聯邦航空局貿易性研究的消息人士指出, 作爲一個區域系統, WAAS “無法覆蓋全球”。該消息人士表示, 該研究將(jiāng)建議 FAA 在CMS三個可能(néng)的優先級中，首先使用 OCX 處理其前兩(liǎng)個, 并由 JPL 和 WAAS 完成(chéng)其餘的監測優先事(shì)項。更緊迫的優先事(shì)項將(jiāng)由 JPL 處理。該消息靈通人士解釋說, 嚴格控制使用 OCX 的成(chéng)本 “簡直令人望而卻步”, 但 JPL 不可能(néng)完成(chéng)所有任務。在不使用 OCX 時(shí), 在滿足網絡安全要求方面(miàn)也面(miàn)臨更大的挑戰。GDGPS 系統 “非常可靠”, 并且已經(jīng)很好(hǎo)地抵禦了網絡攻擊。他說, 他很樂意與任何人合作解決任何問題，不斷縮小實際存在的差距。

　　與OCX 方法進(jìn)行了很好(hǎo)的比較。這(zhè)項貿易性研究是研究如何監測民用 GPS 信号的三項研究工作中的最後(hòu)一項。前兩(liǎng)家都(dōu)是 OCX主要承包商雷神公司完成(chéng)的。該公司最初研究將(jiāng) CMS 的規格納入 OCX。該消息人士稱,OCX的成(chéng)本遠遠超過(guò)1億美元, 需要在 OCX 計劃中增加另一個階段的工作。雷神公司随後(hòu)研究了确定所需工作的優先次序, 并分解成(chéng)本, 首先實現各種(zhǒng)高優先要求, 随後(hòu)實現低優先要求。聯邦航空局不得不迅速扭轉貿易性研究, 因爲將(jiāng)最終決定需要納入國(guó)防部規劃的時(shí)間表。消息靈通人士表示, 國(guó)防部正在對(duì)這(zhè)一問題進(jìn)行自己的審視, 需要同意建議的行動方案;因此, 最終計劃可能(néng)需要更長(cháng)的時(shí)間, 并可能(néng)發(fā)生變化。國(guó)防部似乎更有可能(néng)不同意混合性組合方法。它已經(jīng)有了利用 GDGPS 的經(jīng)驗。JPL 是 OCX 的分包商, 而2SOPS 使用 GDGPS 數據已有約14年的時(shí)間。此外, 有位專家指出, 使用 GDGPS 滿足聯邦航空局需要的想法是由國(guó)防部高級顧問組成(chéng)的獨立審查小組提出的。“RITA一直以來非常熱衷于使用GDGPS網絡來監測民用信号,” 布拉德·帕金森說, 他曾是第一個NavStar GPS項目聯合辦公室的負責人, 也是天基 PNT 咨詢委員會(huì)副主席。

　　由美國(guó)相關部門在GPS民用信号監測項目的安排上，企圖盡量利用現成(chéng)的基礎觀測網絡設施，以期整合資源，節省成(chéng)本，充分發(fā)揮國(guó)家投入的綜合效應。把系統性OCX資源，提供給民用GPS信号監測，這(zhè)種(zhǒng)做法值得參考，把優勢資源釋放出來，服務與産業，同樣(yàng)也是伽利略系統的目标之一。反過(guò)來，又能(néng)夠給OCX提供更加雄厚的數據資源。回顧我國(guó)在CORS站網方面(miàn)以及其他一些基礎設施方面(miàn)的重複性建設，實際上違背了經(jīng)濟規律，浪費國(guó)家資源，是不智的行爲，此風不能(néng)長(cháng)。如果我們能(néng)夠實現協同統一的戰略研究規劃和頂層設計部署，充分發(fā)揮和挖掘存量資産的效能(néng)，打破條條塊塊分割，推進(jìn)資源與數據共享，我們的國(guó)民經(jīng)濟和社會(huì)發(fā)展會(huì)以更加驚人的速度持續健康發(fā)展，創造進(jìn)一步的輝煌。