印度染指导航卫星

□ 土 星

经过多次推迟，2013年7月1日，印度空间研究组织用极轨卫星运载火箭-C22（PSLV-C22）成功发射了其“印度区域导航卫星系统”（IRNSS）的首颗导航卫星——印度区域导航卫星系统-1A，成为继美国、苏联/俄罗斯、中国、欧洲、日本之后，世界第六个拥有自制导航卫星的国家。

发展计划

多年来，印度一直很重视应用卫星的研制和运营，以期更快提高国防军事和国民经济的实力。此前，印度已经在通信卫星和遥感卫星领域具有了较高的水平，所以，印度很想染指在军民两用方面均具有重要作用的导航卫星，尤其可使印度的军力大大提升——它能弥补印军缺乏独立的导航系统的弱点，大幅度提升远程精确打击能力。目前，用卫星制导的精确打击武器正成为能够决定战争胜负的重要力量，但印度现役的“烈火”系列中远程导弹还使用相对落后的红外制导、地形匹配、电视制导等方式。

在印度空间研究组织坚持不懈的努力下，2006年5月9日，印度政府终于正式批准了实施“印度区域导航卫星系统”工程项目，整个工程预计耗资142亿卢比（约合3.55亿美元）。该区域卫星导航系统将由7颗卫星和一个大型地面控制段及用户接收机组成，可以覆盖全印度及整个南亚。印度号称其所有空间段、地面控制段和用户接收机都由印度研制与生产，具有自主知识产权和独立运行能力，可为印度提供不依靠别国卫星导航系统的独立的区域导航定位能力。“印度区域导航卫星系统”建成后将与美国“全球定位系统”（GPS）、俄罗斯“全球导航卫星系统”（GLONASS）、欧洲“伽利略”（Galileo）等系统兼容和互操作，可帮助印度军方对印度次大陆的边境地区、地形复杂区域以及印度洋地区进行有效监控。

“印度区域导航卫星系统”工程项目由印度空间研究组织负责实施，它所提供的导航、定位和授时服务不仅是国家的重要基础设施，而且是航空运输公司、长途货运公司、移动电话公司、电力公司、海上航运公司、信息高速公路系统、铁路、石油天然气公司、精准农业、搜索救援、渔业、科研和娱乐休闲等经济社会的重要基础设施，有望为印度工商企业带来价值高达80亿卢比（约合1.74亿美元）的商机。

这次发射的印度区域导航卫星系统-1A质量为1450千克，发射后将在轨进行3～4个月的测试，然后可像美国GPS导航卫星一样提供导航、定位和授时信息。印度空间研究组织表示，通过该卫星所获数据将优于GPS数据，可向印度全境及周边1500千米区域提供优于20米的定位精度。印度第二颗导航卫星——印度区域导航卫星系统-1B卫星预计2014年初发射，整个星座预计在2015年完成。全部卫星入轨后方可提供全天候服务，主要包括三类：一是向普通民众提供标准定位服务，二是精密定位服务，三是向特殊授权用户服务。也可简单分为标准定位服务和加密有限服务两类，前者面向所有人，后者只提供给军方和其他经政府授权的用户。

极轨卫星运载火箭-C22

姗姗来迟

在应用卫星领域，印度很早就自行研制了通信卫星和遥感卫星，但在导航卫星方面动手很晚，主要原因是其航天发展战略造成的，即主要采取与他国合作的方式来推动印度卫星导航的应用，从而少花钱、多办事，因为印度的国民经济水平不高，用于发展航天的经费有限。所以，长期以来印度在卫星导航发展方面一直依赖其他国家，并实行的是多管齐下的策略。比如：

印度参与了欧洲Galileo卫星导航系统项目，共同研发地面系统，以便在航空方面加以利用。印度与俄罗斯签署了《关于和平利用俄全球导航卫星系统的长期合作协议》，合作发展俄罗斯的GLONASS系统，并承担部分卫星的建造和发射任务。印度还发展“GPS辅助型静地轨道增强导航系统”（GAGAN），它是基于美国GPS系统的辅助型导航系统，通过提供参考信号来提高印度使用美国GPS服务的精度。GAGAN为“印度区域导航卫星系统”的研制提供了重要的技术储备。

长期以来，印军一直希望借助卫星定位系统提高其精确制导武器的精度。为此，印军分别同美俄签订获取GPS和GLONASS系统精码/军码的协定，从而在一定程度上满足印军的需求。然而，大量实践经验使印度认识到，完全依赖国际合作使印度在卫星导航系统的使用受到很大限制，尤其是在战时等非常时期有关国家很可能会关闭导航定位服务或降低服务精度，甚至注入虚假定位信息，使印度军事行动受阻，并最终损害国家利益。另外,从名誉上考虑，卫星导航定位技术也是卫星技术发展水平高低的重要衡量标准，美国、俄罗斯、中国、欧盟和日本等世界航天强国、大国和地区均耗费巨资进行研制，所以,作为世界航天大国的印度认为必须加入卫星导航俱乐部。一旦这套系统建设成功，印度将成为世界上为数不多的拥有自主卫星导航和定位能力的国家之一。

更重要的是印度已看到，卫星导航系统在国防军事和国计民生的作用越来越大。目前，60%以上的信息与定位和时间有关，卫星导航与互联网、移动通信已成为21世纪信息技术领域的三大技术之一，是当今社会重要的空间信息基础设施。拥有独立的卫星导航系统，不仅事关国家的独立自主，也事关在国家的影响力和统治力。卫星导航系统被誉为“会下金蛋的鸡”，拥有它可以分享巨大的卫星导航市场，并在产业价值链的任何环节上都具备全球竞争力，提高各行各业的效率，增加高技术高智能人员的就业岗位。它能为大众提供更好的新的服务，改进运输系统的安全性，有利于降低环境污染；在技术上使相关产业在国际上居于技术领先地位，并实现一系列技术的综合探索和发展。

所以，印度政府于2006年5月正式决定发展自己的“印度区域导航卫星系统”。但由于经费不足，所以其目标有限，即建立完全由印度控制、为印度和周边提供导航信号的高轨道卫星系统。

“印度区域导航卫星系统”覆盖范围

“印度区域导航卫星系统”宣传画

“印度区域导航卫星系统”卫星星座

“印度区域导航卫星系统”卫星分布示意图

“印度区域导航卫星系统”覆盖方式

系统概貌

“印度区域导航卫星系统”的空间段由7颗卫星组网工作，其中3颗分别定点在东经34°、83°、132°的地球静止轨道上，另外4颗部署在倾角为29°的倾斜地球同步轨道上（在南北极上空各部署2颗卫星，从地球上看，其一天的运行轨道呈“8”形）。该星座能覆盖东经40°～140°和北纬40°～南纬40°之间区域，从而实现全天候昼夜覆盖印度及其周边约1500千米范围内较为精确的卫星定位、导航和授时服务。每颗卫星的太阳电池翼功率为1.4千瓦，卫星的设计寿命在9年以上，其中地球静止轨道卫星9.4年，倾斜地球同步轨道卫星11年。印度的导航卫星采用C频段、S频段和L频段，其中C频段用于测控，其他2个频段主要导航定位服务。为了保证卫星的信号强度和覆盖区域，S频段的导航信号用星上的相控阵天线发射。其标准定位服务和精密定位服务信号调制在S频段和L频段的L5频率上发射，特殊授权用户服务信号只调制在L5频率发射。

建造完毕的印度区域导航卫星系统-1A

准备为印度区域导航卫星系统-1A合整流罩

俄罗斯GLONASS导航卫星

伽利略导航卫星

这次发射的印度区域导航卫星系统-1A 运行在地球静止轨道，然后再发射2颗运行在地球静止轨道的印度区域导航卫星系统-1B、1C，初步建成最小空间星座，最后发射4颗运行在倾斜地球同步轨道的导航卫星。

根据设计，该系统建成后其卫星全天时可见，能实时为用户消除授时误差、电离层延迟误差，提供相应的完好性信息，包括标准定位服务、精密定位服务和特殊授权用户服务，以及信息传输、灾情评估、公共安全、对地监测等业务。

其地面控制段由卫星控制中心、主控中心、注入站、监测站、激光测距站、码分多址测距站、导航中心和数据链路等，其中卫星控制中心的主要任务是对空间卫星正常工作的管理、控制和维护；主控中心的主要任务是收集各个监测站的观测数据，进行数据处理，生成卫星导航电文、广域差分信息和完好性信息，完成任务规划与调度，实现系统运行控制与管理等；注入站的主要任务是在主控中心的统一调度下，完成卫星导航电文、广域差分信息和完好性信息注入，有效载荷的控制管理；监测站的对导航卫星进行连续跟踪监测，接收地球静止轨道卫星和倾斜地球同步轨道卫星数据，同时对地球静止轨道卫星和倾斜地球同步轨道卫星测距值进行修正，并将原始数据和测距修正值传送到导航控制中心，为卫星轨道确定和时间同步提供观测数据；码分多址测距站和激光测距站负责采集“印度区域导航卫星系统”测距信息，并进行修正后传送到导航控制中心。

“印度区域导航卫星系统”的用户接收机主要有采用特殊设计的单频用户接收机和双频用户接收机，其G/T最小值同GPS接收机相同，其中单频接收机用户同时可以接收相应的电离层误差消除信息。除了可接收“印度区域导航卫星系统”的信号外，该系统的用户接收机也可以接收美国和俄罗斯卫星导航系统的信号，并可对卫星进行连续的跟踪。

2013年5月28日，印度空间研究组织成立导航中心，该中心位于班加罗尔以西40千米远的拜阿拉鲁印度深空网综合设施之内，是“印度区域导航卫星系统”的重要组成部分，其主要任务是为计算卫星星历数、提供时间参考，形成导航信息，并将计算结果传送给上行注入站，然后通过地球静止轨道卫星广播给用户；还负责并监控包括测距站在内的地面设施，管理多个关键技术设施，支持多种导航功能，其关键是为地面系统与卫星时钟同步提供时间参考。时间参考由导航中心的高精确度的授时设施产生。该授时设施装备有高稳定性、高精确度的原子钟，能向导航系统提供稳定和连续的时间参考。

“印度区域导航卫星系统”将把印度国内21个测距站组成网络。它们提供数据用以确定“印度区域导航卫星系统”卫星轨道，并监视导航信号。测距/监视站的数据要发送到导航中心，进行数据处理，产生导航信息，然后经由哈森/博帕尔航天器控制设施送往卫星。导航中心的数据处理和存储设备状况能支持快速处理数据并维持系统性存储。导航中心通过两个高可靠的通信网络（包括卫星和地面链路）与测距站、卫星控制设施相连接，卫星通信链的中心设在导航中心。

性能比较

目前，印度卫星导航系统主要使用美国GPS系统。“印度区域导航卫星系统”建成后，可大大减小印度对依赖GPS可能存在的风险，使印度能不依靠GPS为印度领土用户提供独立且较为精确的导航定位信息和差分完好性信息，尤其是进一步增强印度军方远程精确打击能力，有力提升印度军方对印度洋等重点地区的控制能力

“印度区域导航卫星系统”导航载波频率主要分布在S频段和L频段，频率范围广，所以在未来与GPS、Galileo等系统兼容和互操作上更强，适应性更广。不过，该系统的导航软件、用户接收器、星载原子钟、时间转换技术微型精确定位载荷以及地面站和主控制中心的建设等关键技术还要靠其他国家，系统的误差与GPS等系统相比也有一定差距。如果印度在卫星导航核心技术上无法自主突破，“印度区域导航卫星系统”将是一座不设防的“城市”，其在军事领域中的战略意义会荡然无存。另外，目前印度并未终止与美俄等国在卫星导航项目研发方面的合作，所以其是否有充足的资金投入“印度区域导航卫星系统”建设也是一个问题。

与我国已建成和使用的“北斗”区域卫星导航系统相比，即将建造的“印度区域导航卫星系统”有相似之处，例如，都是区域卫星导航系统，均能与别的卫星导航系统之间具有兼容与互操作。但是无论在建设的时间上、卫星的数量上、轨道的种类上、系统的安全上、应用的功能上印度都望尘莫及。“北斗”区域卫星导航系统已于2012年底建成，光从这点说，就至少领先印度5年～10年。“北斗”区域系统由5颗地球静止轨道卫星、5颗倾斜地球同步轨道卫星（2颗在轨备份）和4颗中圆地球轨道卫星组成，其中5颗地球静止轨道卫星和5颗倾斜地球同步轨道卫星是核心，一旦有卫星失效或者处于在轨维修状态，4颗中圆轨道卫星可以起到部分替代作用。这种混合星座结构具有最佳的“鲁棒性”和经济性，能为用户提供更多的可见卫星，支持更长的连续观测时间和更高精度。“北斗”的定位精度优于10米，独门绝技是可发送短报文。所以，定位精度、完好性、可用性、连续性和可靠性等方面，“北斗”都优于“印度区域导航卫星系统”，尤其是印度许多卫星导航的关键技术都还有待突破，所以它无法与“北斗”相提并论。

尽管如此，印度仍雄心勃勃。在建造完成“印度区域导航卫星系统”之后，印度还计划建造耗资巨大、可覆盖全球绝大部分地区的中轨道“印度全球性导航卫星系统”。

“北斗”导航系统

欧空局的GIOVE-A全球导航系统试验卫星

日本QZSS导航卫星