“印度区域卫星导航系统”完成部署

刘春保 （北京空间科技信息研究所）

“印度区域卫星导航系统”完成部署

刘春保 （北京空间科技信息研究所）

印度时间2016年4月28日，印度成功地发射了“印度区域卫星导航系统”（lRNSS）第7颗卫星，抢在欧洲“伽利略”（Gal i leo）系统初始运行能力部署之前，完成了由7颗卫星组成的lRNSS系统空间段的部署，使印度成为全球第4个完成卫星导航系统部署的国家（位列美国、俄罗斯和中国之后），跻身卫星导航大国行列，拥有完全自主的卫星导航能力的梦想成为现实。

1　背景

印度一直致力于航天高技术产业的发展，并将其作为迈向世界大国、强国，促进社会经济发展，彰显其综合国力与影响力的重要途径。在通信卫星、对地观测卫星领域取得显著成果的同时，卫星导航系统的发展成为印度航天领域的又一重点。

最初，印度希望通过与美国、俄罗斯和欧洲的合作，获得安全、可靠的卫星导航能力，特别是支持军事应用的卫星导航能力。为此，印度与美国合作建设了“全球定位系统辅助静地轨道增强导航”（GAGAN）系统；与俄罗斯开展了包括“全球导航卫星系统”（GLONASS）卫星研制、发射与运行控制段建设等方面的合作；并参加了Ga lileo系统发展的国际合作，但随着Ga lileo系统的发展改为全部由公共资金（欧盟与欧洲航天局）支持，与欧洲的合作无果而终。

正如俄罗斯卫星网指出的那样：长期以来，印度军队为提高其精确制导武器的精度，不得不与美国和俄罗斯签署协议，以分别获得“全球定位系统”（GPS）和“全球导航卫星系统”的支持。但印度并不甘心在涉及国家安全、国防安全的卫星导航能力上受制于人。印度政府认为，发展、部署完全自主的卫星导航系统更加符合印度的整体利益，符合印度构建完整的应用卫星体系的航天发展战略。同时，在通信、遥感卫星领域取得的成功也极大地增强了印度发展、部署完全自主的卫星导航系统的信心。

2　lRNSS系统发展历程

2006年5月9日，印度政府批准了“印度区域卫星导航系统”发展计划，计划耗资160亿卢比（约合3.5亿美元），发展由7颗卫星组成的空间段、地面运行控制段和用户段组成的区域卫星导航系统，覆盖印度及周边1500km以内的区域，提供优于20m的定位精度，计划于2009年中期发射首颗IRNSS卫星，2011年完成系统部署。

印度发展IRNSS系统的主要目标是建立自主的卫星导航系统，为印度和周边国家提供可靠、且性能良好的定位、导航与授时服务，服务类型分为两种，分别为标准定位服务（SPS，即民用服务）和授权服务（RS，即军用服务）。

随着IRNSS系统建设的不断推进，印度正在酝酿以IRNSS系统为基础，发展印度的全球卫星导航系统。按照当前的设想，印度卫星导航系统的发展将分为两个阶段：

第一阶段：建设由7颗卫星组成的“印度区域卫星导航系统”，覆盖印度及其周边约1500km的范围。

第二阶段：以IRNSS系统为基础，发展印度版“全球卫星导航系统”。即完成IRNSS系统的部署后，再发射约10颗卫星，最终形成大约由16～18颗卫星组成的“印度全球卫星导航系统”。

航天技术的高风险特性决定了卫星导航系统的发展不可能一帆风顺。与最初的计划相比，首颗IRNSS卫星的发射整整拖延了4年，终于在2013年7月成功发射；至2015年底，印度成功地完成了4颗IRNSS卫星的发射。

2016年4月28日，IRNSS卫星的第7颗—IRNSS-1G发射成功，IRNSS系统第一阶段的建设工作已经完成，使印度成为全球第4个完成卫星导航能力建设的国家。

3　lRNSS系统组成

lRNSS系统设计要求

印度政府要求以尽可能低的投入完成IRNSS系统的建设，覆盖40°（E）～140°（E）、40°（S）～40°（N）之间的区域，提供标准定位服务和授权定位服务，服务性能满足印度军事与民用卫星导航的需求。经反复的研究与权衡，印度空间研究组织（ISRO）确定了IRNSS系统的发展方案。

印度lRNSS系统结构示意图

印度IRNSS系统由空间段、地面控制段和用户段组成，提供标准定位服务和授权定位服务两种信号，在L5与S频段各播发1个标准定位服务信号和1个授权定位服务信号，标准服务定位精度优于20m（95%）。

lRNSS系统运行控制段

IRNSS系统运行控制段负责IRNSS系统星座的维持与运行，IRNSS系统地面控制段由2个IRNSS系统导航中心（INC），2个IRNSS卫星控制中心（SCC），9个遥测、跟踪与上行站（IRTTC），17个测距与完好性监测站（IRIMS），2个IRNSS授时中心（IRNW T）、4个CDMA测距站（IRCDR），IR N SS激光测距站（ILR S）和数据通信网络（IRDCN）组成。

为保证IRNSS系统运行的安全、稳定，印度IRNSS系统部署了1个主控站，负责IRNSS系统的运行管理；1个备份主控站，作为IRNSS系统安全、稳定运行的保证。主控站由1个导航中心和1个卫星控制中心组成，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。IRNSS系统的17个测距与完好性监测站，其中2个部署在印度境外。

lRNSS系统空间段

（1）星座构型

IRNSS系统的设计要求以最少的卫星数量，实现对印度及周边地区的最佳覆盖。为此，印度空间研究组织设计了由7颗卫星组成的IRNSS系统空间段，包括3颗GEO轨道卫星和4颗倾斜地球同步轨道（IGSO）卫星。3颗GEO轨道卫星分别定位于34°（E）、83°（E）和132°（E）。4颗IGSO轨道卫星部署在2个轨道面，轨道倾角均为29°，升交点分别为55°（E）和111°（E），地面轨迹在赤道两侧对称分布，实现了印度本土区域内对7颗IRNSS卫星的连续可见。

lRNSS系统地面轨迹

（2）lRNSS卫星

IR N SS卫星发射质量14 25 k g，与GPS、G LON A SS系统第一代工作卫星相当，干质量614kg（其中有效载荷质量110kg），发射状态尺寸1.58m×1.5m×1.5m，太阳电池功率1660W，配备一部容量90Ah的锂离子电池，有效载荷功率900W。卫星的姿态确定与控制采用零动量系统；星上动力系统包括1部440N的液体远地点发动机和12部22N推力器，卫星设计寿命为10～12年。

与普遍采用构架式结构的GPS、GLONASS、Galileo系统卫星相比，IRNSS卫星技术较为落后，仍采用中央承力筒结构，有效载荷的布局受到一定影响。

l RNSS卫星结构与布局

同时，受印度基础工业能力与水平的制约，IRNSS卫星的有效载荷大多采取全球采购的方式获得，主要来自于欧美国家。如IRNSS卫星配备的铷原子钟采购自瑞士，与欧洲Galileo系统采用的铷原子钟相同。从有效载荷的角度看，印度IRNSS系统发展仍没有摆脱对国外产品的依赖，在某种程度上仍然需要“受制于人”。

lRNSS系统导航信号与频段

IRNSS系统导航频段的选择十分重视与其他卫星导航系统的兼容问题，有意回避了导航信号拥挤的L1、L2频段，选择了导航信号较少的L5频段和其他卫星导航系统没有使用的S频段，较好地解决了与其他卫星导航系统信号的干扰与兼容问题，从而避免了因为与其他卫星导航系统的兼容性谈判拖延IRNSS系统发展的问题。但是，这种选择虽然解决了与其他系统的信号兼容问题，但不利于与其他系统互操作的进行；在全球其他卫星导航系统互操作不断发展的条件下，不利于IRNSS系统融入全球卫星导航体系。

IRNSS系统提供两种服务，分别为标准定位服务和授权服务。标准定位服务为开放信号，为非授权（即民用）用户提供服务，可视为IRNSS系统的民用信号。授权服务主要服务于印度政府部门，其中军方是最重要的用户，可视作IRNSS系统的军用信号。

4　lRNSS系统影响分析

IRNSS系统的部署完成标志着印度自主卫星导航系统的建设已经完成，区域导航能力即将形成，印度军事定位导航授时能力将得到极大的提升，并对印度及周边地区的卫星导航应用市场的格局产生重要影响，进而影响全球卫星导航系统的发展格局。

IRNSS系统L频段信号参数

IRNSS系统S频段信号参数

进一步奠定印度全球航天大国的地位

在通信卫星与对地观测卫星及其应用领域，印度已经取得了长足的发展，IRNSS系统的部署完成使印度在三大应用卫星领域（通信、对地观测、导航）的发展均跻身世界前列。

抢在欧洲完成Galileo系统初始运行能力部署之前（按计划欧洲将于2016年底前完成Galileo系统初始运行能力部署），完成IRNSS系统的部署，既表现出印度建设卫星导航大国的决心，也使印度成为全球第4个拥有自主卫星导航系统与独立的卫星导航能力的国家，仅位列美国、俄罗斯和中国之后，在其全球航天大国地位的天平上又增加了一个重重的砝码。

虽然，IRNSS系统的服务性能远逊于GPS、GLONASS和“北斗”等系统，但IRNSS系统的部署完成对印度地区性大国及其在印度洋地区影响力的提升将构成有效的支撑。

仅能为印度提供基本的军用卫星导航能力

印度致力于发展独立的卫星导航能力，其最重要的原因是获取军事卫星导航能力，从而提高其精确制导装备与作战平台的高精度定位、导航与授时能力，大幅度提供印度军方精确交战、精确打击的能力。虽然，IRNSS系统的发展使印度获得了完全自主的高精度卫星导航能力，但是从IRNSS系统的服务范围与服务性能角度分析，IRNSS系统只能为印度提供印度与印度洋地区的基本卫星导航能力，且其服务性能远逊于GPS、GLONASS等系统。在GPS、GLONASS等系统正在发展、部署自主导航、信号增强等导航战技术与能力的背景下，尚未有消息表明印度已经开展的相关技术或能力研发、部署。在未来强对抗的战场环境下，IRNSS系统能否提供有效的军用卫星导航能力还是未知数。同时，由于IRNSS系统的定位精度较差，尚不能全面满足高精度军事作战的全面需求。

因此，IRNSS系统仅能为印度提供基本的军用卫星导航能力，要满足未来信息化战争的要求还有很长的路要走。

或不会对“北斗”系统市场开拓产生重要影响

IRNSS系统的覆盖区域与我国“北斗”区域系统的服务区域存在一定的重叠，且印度在与美国、俄罗斯、欧洲的合作方面具有优势；虽然在技术上，IRNSS系统的服务性能与我国“北斗”系统存在较大差距，但由于印度在政治、外交等领域与美国、欧洲的关系较密切，及其在印度洋地区的传统影响力，或许使其在与“北斗”系统的应用市场竞争中拥有一些特定的优势。但是，全球GNSS用户装备研发、制造企业对日本“准天顶系统”（QZSS）、IRNSS等区域卫星导航系统发展的反应却较为冷淡。从欧洲全球卫星导航系统局（GSA）2015年发布的第四版《GNSS市场报告》可以看出，全球卫星导航用户装备研发、制造企业并未对IRNSS系统与QZSS系统等区域卫星导航系统的发展做出非常积极响应，其在全球民用卫星导航市场的发展并不乐观。因此，IRNSS系统的建成或不会对“北斗”系统应用市场的开拓产生重要影响。

5　结束语

与“北斗”系统，特别是未来的“北斗”全球卫星导航系统相比，虽然IRNSS系统在服务性能、覆盖范围等方面存在较大差距，但这种差距将随着IRNSS系统建设的逐步推进，特别是向全球系统的发展及其技术与运行管理水平的不断提高而逐渐缩小，对“北斗”系统的影响将逐步显现。因此，我们必须对IRNSS系统的发展给予高度重视，认真谋划未来“北斗”全球卫星导航系统、技术与服务能力的发展，未雨绸缪，保证“北斗”系统长期、稳定的发展与市场竞争能力的不断提升。

IRNSS Deployment Completed