印度区域卫星导航系统IRNSS特点分析（下）.docx

          印度区域卫星导航系统IRNSS特点分析（下）                    李晓梅 中国东方红卫星股份有限公司2.2地面控制段印度区域导航卫星系统IRNSS地面控制段负责维护和运行空间星座，印度区域导航卫星系统地面控制段组成及信息流如图12所示，主要包括：主控中心MCC( Master Control Center)；2个航天器控制中心IRSCC( IRNSS Spacecraft Control Centre)，其中一个为备份中心；两个印度导航中心INC( IRNSS Navigation Centre)，其中一个为备份中心；9个卫星遥测遥控及导航信息上行注入站IRTTC( IRNSS TTC&Uplinking Stations)；16个测距和完好性监测站IRIMS( IRNSS Range and Integrity Monitoring Stations)；2个系统时间中心IRNWT( IRNSS timing center)，其中一个为备份中心；4个C频段CDMA测距站IRCDR( IRNSS CDMA Ranging Stations)；激光测距站ILRS( Laser Ranging Station)；系统数据通信网络IRDCN（Data Communication Network）；主控中心MCC由航天器控制中心SCC和导航信息控制中心INC组成，是地面控制段的核心，负责计算并预估导航卫星的轨道位置，计算系统完好性，修正空间电离层和星载原子钟偏差，运行导航系统软件。

位于Karnataka´s Hassan的飞行控制署MCF( MissionControl Facility)/SCF(Spacecraft ControlFacility)负责控制导航卫星的轨道和姿态，完成卫星的轨道位置保持和相位保持17个测距和完好性监测站IRIMS以无线电双向测距( two way ranging)为主、激光测距(laserranging)为辅，追踪和估计卫星的轨道，监控星座的完好性，并把所处理的信息传递给主控站卫星遥测遥控及导航信息上行注入站IRTTC负责监控卫星的健康状态，接收卫星遥测信号同时上行遥控命令，同时上行注入轨道参数、钟差、电离层及对流层修正系数等导航电文信息印度导航中心INC( Indian Navigation Centre)地面钟房的铯原子钟组和氢原子钟组联合生成印度区域导航卫星系统时间IRNWT(IRNSS Network Time)印度区域导航卫星系统时间IRNWT是原子时，不需要润秒，并与协调世界时UTC保持一致印度区域导航卫星系统IRNSS的每颗导航卫星安装有三台星载铷原子钟，印度导航中心INC监控星载铷原子钟的与印度区域导航卫星系统时间IRNWT之间的偏差，通过地面监控站对卫星钟运行状态的连续监测而精确地确定卫星钟差，并用二阶多项式表示，二阶多项式的系数由卫星地面监控系统根据前一段时间的卫星跟踪数据和IRNWT时间推算而得，并通过卫星的导航电文提供给用户，确保卫星星钟与IRNWT时之间的同步差可以保持在20ns之内。

20个系统测距和完好性性监测站中，大部分监测站位于印度境内的机场内，并与印度GEO卫星辅助GPS增强系统GAGAN( GPS Aided Geo AugmentedNavigation system)监测站共用，监控星座的完好性，并把所处理的信息传递给主控站利用局域增强技术，印度区域导航卫星系统能够获得更高的定位精度印度区域导航卫星系统地面控制段主控中心及各监测站在印度境内分布如图13所示，包括印度导航中心INC、测距和完好性监测站IRIMS、C频段CDMA测距站IRCDR、系统数据通信网络IR DCN、飞行控制署SCF，印度区域导航卫星IRNSS空间段与地面控制段之间导航信号信息流如图14所示2.3用户段用户段是指接收印度区域导航卫星系统IRNSS空间段卫星播发导航信号的用户接收机，其中单频接收机（L5或S频段）利用导航电文给出的电离层修正系数提高定位精度，双频接收机（L5及S频段）则利用实时修正电离层对导航信号的延时而获得更高的定位精度IRNSS用户接收机由信号接收天线、低噪声放大器LNA、射频信号前端处理器(RF FrontEnd)、信号相关处理和信号解调器(Correlators/Demodulators)、导航信息处理器(NavigationProcessor)以及用户接口(User Interface)等部分组成，接收机及信号流如图15所示，接收机内部线路板布局如图16所示。

单频和双频IRNSS用户接收机均能同时接收“标准服务SPS”和“有限／授权服务RS”信号，接收机接收品质因数G/T值最低为-27 dB/K3服务和性能3.1导航信号印度区域卫星导航系统IRNSS的卫星利用相控阵天线向地面用户播发S频段（中心频点2492.08MHz）和L5频段（中心频点1176.45MHz）导航信号，S频段和L5频段信号分别包含标准服务SPS信号、有限／授权服务RS数据信号以及有限／授权服务RS导频信号等三种信号分量，IRNSS在信号体制设计方案中增加了互复用信号以保持合成信号的恒包络特性L5频段和S频段信号的业务类型、频带、中心频点、带宽、极化方式、调制方式及码片速率等数据如表1和2所示L5频段和S频段信号的功率谱密度如图17所示另外，为了实现快速精密测定星地距离以进一步精确确定卫星轨道数据，印度区域卫星导航系统IRNSS研发了双向C频段CDMA精密测距技术导航卫星具有独立的C频段转发器载荷，播发CDMA码分多址精密测距码信号，下行频率3412.0 MHz，带宽24 MHz；地面控制段四个地面站发射上行C频段CDMA精密测距码信号，上行频率6712.0 MHz，带宽24 MHz。

3.2两种服务印度区域卫星导航系统IRNSS是一套独立的区域导航卫星系统，能为印度及其边境周边1500~2000公里范围内的用户提供精确定位、导航及授时服务同美国的GPS系统一样，IRNSS也将会提供两种类型的服务， “标准服务SPS(Standard PositioningService)”和“有限／授权服务RS(Restricted/Authorized Service)”，前者免费公开提供给所有用户，包括商业和公共领域；后者设有加密技术，仅向军事和安全机构等授权用户开放标准服务SPS采用双向移位键控BPSK（与GPS Ll频段的C/A码调制方式类似）方式调制导航信号，有限／授权服务RS采用二元偏置载波BOC(5,2)方式调制导航信号， “标准服务SPS”和“有限／授权服务RS”均可以接收S频段和L频段两种导航两种信号，如表3所示采用二元偏置载波BOC调制下的导频信号技术，可以有效缩短有限／授权服务RS对导航信号的捕获和锁定时间通过相控阵天线控制信号覆盖范围和信号强度，其中寿命末期等效全向功率( EIRP)为31.5dBW多模式型号的IRNSS用户接收机可以同时接收美国GPS、俄罗斯GLONASS以及欧洲Galileo导航系统的卫星信号，可以进一步提高用户的定位精度、服务的连续性和可用性。

印度区域导航卫星信号在设计上可以实现与GPS和Galileo兼容互操作，信号频谱分布如图18所示3.3业务范围印度区域卫星导航系统IRNSS提供如下业务：为陆地、航空和海洋用户导航；灾害管理；陆地车辆追踪和海洋船队管理；协同移动通信；精密授时；地图和大地测量数据记录；陆地导航信息援助；车辆语音、可视导航3.4覆盖范围根据印度空间研究组织ISRO的设计方案，印度区域卫星导航系统IRNSS的7颗导航卫星完成组网后，将能为印度及其边境周边1500~ 2000公里范围内的用户提供全天候、全天时的精确定位、导航及授时服务，系统覆盖范围在东经40E~ 125E，南纬30~北纬45之间，如图19所示3.5定位精度印度区域卫星导航系统IRNSS系统的定位精度在印度洋区域优于20米（2σ），在印度本土及邻近国家定位精度优于10米，也比GPS民用单频接收机15米定位精度在高很多系统采用局域增强后，能够进一步提高用户定位精度4 与其它导航系统比较印度区域卫星导航系统IRNSS具有如下三个特点：对授权用户提供较高精度的位置、速度和时间信息；利用[]电离层修正系数，可为单频接收机用户提供较高的定位精度；每天24小时全天候提供服务；印度区域卫星导航系统IRNSS是独立、自主、可控的区域卫星导航系统，系统空间段由7颗卫星组成，覆盖范围是印度及其边境周边1500~ 2000公里范围，而美国GPS全球定位系统空间段由24颗MEO( mediumearth orbit)轨道卫星组成WALKER星座，可以实现全球覆盖，与GPS系统相比，IRNSS系统规模要小很多，印度空间研究组织ISRO主席K Radhakrishnan认为，如果由必要，可以通过再发射4颗导航卫星以加大导航信号覆盖范围( if necessary，could be improvedwith an addition of four more satellites.).印度区域卫星导航系统IRNSS服务于印度次大陆[来自www.lW5u.coM]，但未来的目标是进一步发展全球体系。

这种循序渐进的方式不失为一种明智的做法，与世界上第一种“区域导航定位系统”一中国“北斗卫星导航系统”的发展思路是一致的从覆盖范围和技术水平来看，印度区域卫星导航系统同中国的“北斗”卫星导航系统均是一种可向全球性拓展的区域卫星导航系统，但是“北斗”2012年就已实现对亚太地区提供服务，就这个角度而言，“北斗”至少领先IRNSS系统5年法国《国际航天》杂志撰文指出，印度还不具备建立全球卫星导航定位系统的资金和实力，目前，IRNSS计划中印度将面临极大的技术难题，包括：卫星，原子时标准，地面站建设，主控站建设，关键、安全、验证子系统建设，星地时间同步等技术在卫星关键的有效载荷研制上，印度主要依靠与美、俄的国际合作如果印度在这一卫星导航核心技术上无法自主突破，IRNSS在军事领域中的战略意义将荡然无存5 结束语近年来，印度一直把发展空间技术看作是增强国力、追赶上世界发达国家的一条捷径印度航天工业是政府高度控制的领域（由政府总理任航天部部长），是一个集科研、生产、应用和管理于一体的科研主导型工业体系印度空间研究组织( ISRO)是印度政府航天计划的具体执行部门，全面负责航天计划的科研、生产、应用和管理（包括商业航天）等工作。

2006年5月，印度政府批准印度空间研究组织ISRO建设印度区域卫星导航系统IRNSS，计划在2011年下半年发射首颗卫星，20 14年建成整个系统但直到2013年7月1日，才发射首颗区域卫星导航IRNSS-1A，较计划推迟约两年，鉴于星座对组网卫星发射窗口的要求，IGSO卫星一年仅有两次发射窗口，预计在2006年才能全面建成印度区域卫星导航系统IRNSS从目前进展分析，IRNSS很可能将会赶在欧洲Galileo系统之前，成为继美国GPS、俄罗斯Glonass、中国“北斗”系统之后的第四个投入应用的卫星定位系统印度政府加陕建设自主全球卫星定位系统也是有深层次原因的，首先，印度的区域卫星导航系统IRNSS建成后可以使印度军队在印度洋地区乃至更大范围内自由机动，进一步扩大和增强印度军队的国际影响力其次，该系统建设和完善将使印度武器的精确制导能力进入世界先进行列，并迅速提升远程导弹的全球打击能力，印度政府期待能通过自主全球卫星定位系统，从一个区域军事大国迅速发展为具有全球影响力的军事强国。