耿長江：衛(wèi)星導航系統(tǒng)監(jiān)測評估工作現(xiàn)狀

中國衛(wèi)星導航系統(tǒng)管理辦公室測試評估研究中心高級工程師 耿長江

　　衛(wèi)星導航系統(tǒng)監(jiān)測評估工作顧名思義是對衛(wèi)星導航系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行監(jiān)測，利用監(jiān)測數(shù)據(jù)處理分析得到服務性能相關技術指標，并按照一定的標準對其進行評價的過程。

理念的演變

　　相對于系統(tǒng)建設階段的測試工作而言，“監(jiān)測評估”一詞更強調系統(tǒng)服務階段對系統(tǒng)運行狀態(tài)的監(jiān)測與服務性能的評估。這并不是一項新事物，在美國GPS和俄羅斯GLONASS的運行體制里面是“用戶信息支持”的重要內容。GPS用戶信息支持工作由美國空軍、交通部、海岸警衛(wèi)隊等部門聯(lián)合開展，空軍GPS操作中心（GPS Operational Center）提供軍用用戶的信息支持，內容包括系統(tǒng)中斷信息和服務性能；交通部作為主要的用戶代表，利用WAAS與IGS監(jiān)測數(shù)據(jù)，按照國防部《GPS標準定位服務性能規(guī)范》承諾的指標體系獨立開展GPS服務性能評估工作，并提供月度、季度報告；海岸警衛(wèi)隊負責向非航空類民用用戶提供系統(tǒng)中斷信息。俄羅斯GLONASS由航天國家集團中央機械制造研究院負責民用用戶信息支持，提供系統(tǒng)中斷信息與服務性能信息，有服務性能評估天報、周報、月報等例行處理結果。

　　我國在北斗系統(tǒng)發(fā)展之初就建設了北斗試驗評估系統(tǒng)，在北斗二號系統(tǒng)的組網測試工作中發(fā)揮了重要作用。瞄準系統(tǒng)正式提供服務后長期、連續(xù)的監(jiān)測評估工作，2010年，中國衛(wèi)星導航系統(tǒng)管理辦公室開始論證“全球連續(xù)監(jiān)測評估系統(tǒng)”，在總結前期工作經驗的基礎上，進一步完善理論方法，擴展基礎設施。2011年成立“中國衛(wèi)星導航系統(tǒng)管理辦公室測試評估研究中心”，旨在強化北斗測試評估技術研究、工程建設及信息服務相關工作。

　　隨著全球范圍多個衛(wèi)星導航系統(tǒng)建設的推進，“監(jiān)測評估”的作用逐步被提到了一個新的高度。2009年，美國代表開始在ICG（國際導航衛(wèi)星系統(tǒng)委員會）大會上建議各衛(wèi)星導航系統(tǒng)供應商按照統(tǒng)一的參數(shù)模板向用戶提供服務性能，這將有可能發(fā)展為衛(wèi)星導航系統(tǒng)的一個重要國際標準，引發(fā)了各供應商的強烈關注。2011年ICG中間會議上，我國專家發(fā)出了“國際GNSS監(jiān)測評估（IGMA）”的倡議，號召開展公平、公正的第三方GNSS監(jiān)測評估工作，這一倡議得到了與會人員的廣泛認可，并于同年ICG大會上成立IGMA任務組（在S工作組下），由中、美、日三方擔任聯(lián)合主席。上述工作的發(fā)展是多個衛(wèi)星導航系統(tǒng)合作競爭發(fā)展的必然，衛(wèi)星導航系統(tǒng)服務性能層面的國際標準有待形成，客觀、公正的第三方評估工作也亟需開展。

發(fā)展現(xiàn)狀

　　系統(tǒng)建設方面，根據(jù)北斗工程建設與運行服務的需要，也響應我國發(fā)起的IGMA倡議，我國在“北斗試驗評估系統(tǒng)”的基礎上于2011年啟動了“全球連續(xù)監(jiān)測評估系統(tǒng)”的建設工作，建設全球跟蹤站網絡及相應的數(shù)據(jù)服務、分析處理基礎設施，提供BDS/GPS/GLONASS/Galileo四大衛(wèi)星導航系統(tǒng)監(jiān)測評估能力，發(fā)布精度高、指標體系領先的監(jiān)測評估信息，同時原始觀測數(shù)據(jù)、精密軌道、鐘差、大氣延遲等產品也可服務于科學研究及行業(yè)應用。系統(tǒng)在2017年7月完成初步建設并正式提供服務，在全球范圍建成了24個跟蹤站，并在依托國內優(yōu)勢單位建成多個數(shù)據(jù)中心、分析中心等基礎設施。

　　另外，2016年國際GNSS服務組織（IGS）組織宣布響應IGMA倡議，啟動“GNSS監(jiān)測評估試驗項目（IGMA-IGS）”，在全球范圍內廣泛吸納感興趣的科研機構，并定義了包括URE精度、UTCOE等指標在內的最小參數(shù)集，目前已經有西安測繪研究所、德國宇航中心、德國地學研究中心等機構提供了初步的分析結果，各分析中心結果差異較大，針對算法與處理策略的統(tǒng)一工作仍在持續(xù)推進。項目的最終目標是依托IGS的全球基礎設施為全球用戶提供監(jiān)測評估結果。

　　標準規(guī)范方面，“GNSS監(jiān)測評估參數(shù)模版”工作國內依托“全球連續(xù)監(jiān)測評估系統(tǒng)”建設團隊，研究提出了“GNSS監(jiān)測評估參數(shù)模版”，內容涵蓋了星座狀態(tài)、空間信號質量、空間信號精度、服務性能等4個方面共33個指標，在現(xiàn)有工作成果之上增加了空間信號質量、差分增強信息等方面的內容，在指標覆蓋性上實現(xiàn)了新的突破。ICG－IGMA任務組也一直致力于形成統(tǒng)一的“監(jiān)測評估參數(shù)模版”，除中方外其他各方也提出過自己的模版，但尚未在任務組內形成一致意見。隨著IGMA－IGS項目的開展，這一工作朝著更實用主義的方向發(fā)展——初期只評估URE等少數(shù)幾個關鍵參數(shù)，并逐步完善。

　　另一項密切相關的工作，“服務性能參數(shù)模版”在ICG S工作組下幾經反復，一度在2015年明確不再形成統(tǒng)一的模版，而是要供應商加強信息共享。但2016年又重組了“服務性能模版夢之隊”，成員包括了中、美、俄、歐、日共五個國家的專家，目前已經完成各專家對模版參數(shù)意見的征集，正在制定“服務性能標準指導文件”，用于指導各供應商提供服務性能指標。

　　交流合作方面，監(jiān)測評估與民用服務領域成為兼容互操作之外一個非常活躍的合作領域。早在2014年美方就與中方接觸，希望能建立“一站式”信息支持中心，雙方信息共享，美方機構承擔美國境內北斗信息支持任務，中方機構承擔中國境內GPS信息支持任務。2017年，中俄正式建成“中俄衛(wèi)星導航監(jiān)測評估服務平臺”，實現(xiàn)了北斗與GLONASS信息共享，GLONASS官方網站（www.glonass-iac.ru）開始提供北斗信息，中方網站（www.csno-tarc.cn）也開始提供GLONASS信息，雙方共同為全球用戶提供信息支持。

前景展望

　　我國“國際GNSS監(jiān)測評估”倡議引起了全球范圍的廣泛認可，各供應商都在加強此方面的工作，歐盟于2015年宣布在Galileo系統(tǒng)架構中增加監(jiān)測評估中心（GRC），IGS在2016年啟動IGMA－IGS試驗項目，俄羅斯在2017年規(guī)劃增加GLONASS監(jiān)測評估中心。相應的國際標準也在持續(xù)推進之中，“監(jiān)測評估參數(shù)模版”與“服務性能規(guī)范”相關的工作在ICG框架下應該會有協(xié)調，形成國際第三方監(jiān)測評估架構，按照統(tǒng)一的標準，發(fā)布可信的結果，服務全球用戶是大勢所趨。

　　過去的幾年間，我國無論在監(jiān)測評估基礎設施、理論方法還是人才儲備都有了長足的發(fā)展，對于北斗系統(tǒng)的建設和服務都具有重要意義，在GNSS服務性能國際標準制定及國際監(jiān)測評估工作實施中也具有較強的話語權與影響力。但也要認識到美國、歐洲強大的資源基礎，IGS在監(jiān)測評估工作上的進展就很快。另外，無論標準如何制定，衛(wèi)星導航系統(tǒng)自身性能好壞是決定因素。在北斗三號啟動組網建設之際，希望我國的監(jiān)測評估技術再有新突破，基礎設施能有新發(fā)展，在北斗三號運行服務及國際標準制定、國際監(jiān)測評估機構建設等工作中發(fā)揮更大的作用，同時也對北斗三號服務性能充滿期待。