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耿长江:卫星导航系统监测评估工作现状
来源: 作者:耿长江 编辑: 发布时间:2018-02-06

  

  中国卫星导航系统管理办公室测试评估研究中心高级工程师 耿长江

  卫星导航系统监测评估工作顾名思义是对卫星导航系统的运行状态进行监测,利用监测数据处理分析得到服务性能相关技术指标,并按照一定的标准对其进行评价的过程。

理念的演变

  相对于系统建设阶段的测试工作而言,监测评估一词更强调系统服务阶段对系统运行状态的监测与服务性能的评估。这并不是一项新事物,在美国GPS和俄罗斯GLONASS的运行体制里面是用户信息支持的重要内容。GPS用户信息支持工作由美国空军、交通部、海岸警卫队等部门联合开展,空军GPS操作中心(GPS Operational Center)提供军用用户的信息支持,内容包括系统中断信息和服务性能;交通部作为主要的用户代表,利用WAASIGS监测数据,按照国防部《GPS标准定位服务性能规范》承诺的指标体系独立开展GPS服务性能评估工作,并提供月度、季度报告;海岸警卫队负责向非航空类民用用户提供系统中断信息。俄罗斯GLONASS由航天国家集团中央机械制造研究院负责民用用户信息支持,提供系统中断信息与服务性能信息,有服务性能评估天报、周报、月报等例行处理结果。

  我国在北斗系统发展之初就建设了北斗试验评估系统,在北斗二号系统的组网测试工作中发挥了重要作用。瞄准系统正式提供服务后长期、连续的监测评估工作,2010年,中国卫星导航系统管理办公室开始论证全球连续监测评估系统,在总结前期工作经验的基础上,进一步完善理论方法,扩展基础设施。2011年成立中国卫星导航系统管理办公室测试评估研究中心,旨在强化北斗测试评估技术研究、工程建设及信息服务相关工作。

  随着全球范围多个卫星导航系统建设的推进,监测评估的作用逐步被提到了一个新的高度。2009年,美国代表开始在ICG(国际导航卫星系统委员会)大会上建议各卫星导航系统供应商按照统一的参数模板向用户提供服务性能,这将有可能发展为卫星导航系统的一个重要国际标准,引发了各供应商的强烈关注。2011ICG中间会议上,我国专家发出了国际GNSS监测评估(IGMA的倡议,号召开展公平、公正的第三方GNSS监测评估工作,这一倡议得到了与会人员的广泛认可,并于同年ICG大会上成立IGMA任务组(在S工作组下),由中、美、日三方担任联合主席。上述工作的发展是多个卫星导航系统合作竞争发展的必然,卫星导航系统服务性能层面的国际标准有待形成,客观、公正的第三方评估工作也亟需开展。

发展现状

  系统建设方面,根据北斗工程建设与运行服务的需要,也响应我国发起的IGMA倡议,我国在北斗试验评估系统的基础上于2011年启动了全球连续监测评估系统的建设工作,建设全球跟踪站网络及相应的数据服务、分析处理基础设施,提供BDS/GPS/GLONASS/Galileo四大卫星导航系统监测评估能力,发布精度高、指标体系领先的监测评估信息,同时原始观测数据、精密轨道、钟差、大气延迟等产品也可服务于科学研究及行业应用。系统在20177月完成初步建设并正式提供服务,在全球范围建成了24个跟踪站,并在依托国内优势单位建成多个数据中心、分析中心等基础设施。

  另外,2016年国际GNSS服务组织(IGS)组织宣布响应IGMA倡议,启动“GNSS监测评估试验项目(IGMA-IGS,在全球范围内广泛吸纳感兴趣的科研机构,并定义了包括URE精度、UTCOE等指标在内的最小参数集,目前已经有西安测绘研究所、德国宇航中心、德国地学研究中心等机构提供了初步的分析结果,各分析中心结果差异较大,针对算法与处理策略的统一工作仍在持续推进。项目的最终目标是依托IGS的全球基础设施为全球用户提供监测评估结果。

  标准规范方面,“GNSS监测评估参数模版工作国内依托全球连续监测评估系统建设团队,研究提出了“GNSS监测评估参数模版,内容涵盖了星座状态、空间信号质量、空间信号精度、服务性能等4个方面共33个指标,在现有工作成果之上增加了空间信号质量、差分增强信息等方面的内容,在指标覆盖性上实现了新的突破。ICGIGMA任务组也一直致力于形成统一的监测评估参数模版,除中方外其他各方也提出过自己的模版,但尚未在任务组内形成一致意见。随着IGMAIGS项目的开展,这一工作朝着更实用主义的方向发展——初期只评估URE等少数几个关键参数,并逐步完善。

  另一项密切相关的工作,服务性能参数模版ICG S工作组下几经反复,一度在2015年明确不再形成统一的模版,而是要供应商加强信息共享。但2016年又重组了服务性能模版梦之队,成员包括了中、美、俄、欧、日共五个国家的专家,目前已经完成各专家对模版参数意见的征集,正在制定服务性能标准指导文件,用于指导各供应商提供服务性能指标。

  交流合作方面,监测评估与民用服务领域成为兼容互操作之外一个非常活跃的合作领域。早在2014年美方就与中方接触,希望能建立一站式信息支持中心,双方信息共享,美方机构承担美国境内北斗信息支持任务,中方机构承担中国境内GPS信息支持任务。2017年,中俄正式建成中俄卫星导航监测评估服务平台,实现了北斗与GLONASS信息共享,GLONASS官方网站(www.glonass-iac.ru)开始提供北斗信息,中方网站(www.csno-tarc.cn)也开始提供GLONASS信息,双方共同为全球用户提供信息支持。

前景展望

  我国国际GNSS监测评估倡议引起了全球范围的广泛认可,各供应商都在加强此方面的工作,欧盟于2015年宣布在Galileo系统架构中增加监测评估中心(GRC),IGS2016年启动IGMAIGS试验项目,俄罗斯在2017年规划增加GLONASS监测评估中心。相应的国际标准也在持续推进之中,监测评估参数模版服务性能规范相关的工作在ICG框架下应该会有协调,形成国际第三方监测评估架构,按照统一的标准,发布可信的结果,服务全球用户是大势所趋。

  过去的几年间,我国无论在监测评估基础设施、理论方法还是人才储备都有了长足的发展,对于北斗系统的建设和服务都具有重要意义,在GNSS服务性能国际标准制定及国际监测评估工作实施中也具有较强的话语权与影响力。但也要认识到美国、欧洲强大的资源基础,IGS在监测评估工作上的进展就很快。另外,无论标准如何制定,卫星导航系统自身性能好坏是决定因素。在北斗三号启动组网建设之际,希望我国的监测评估技术再有新突破,基础设施能有新发展,在北斗三号运行服务及国际标准制定、国际监测评估机构建设等工作中发挥更大的作用,同时也对北斗三号服务性能充满期待。