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GPS Doomsday—关于GPS崩溃论的深度访谈(思博伦通信卫星导航事业部亚太销售总监Andrew Addy先生)

内容
    据C114报道(于艺婉)近期美国政府关于GPS在未来3年中可能接近崩溃的公开警告一时间成为了国内各大媒体广泛关注的热点。“失效、崩溃、末日”,一个个强烈的字眼冲击着人们的眼球,这一警告背后究竟有什么前因后果?背景故事?“崩溃”的可能性究竟有多大?业界又将如何谋划应对之策?

  近日,借思博伦通信卫星导航事业部亚太销售总监Andrew Addy先生来华访问之际,我们对这位在卫星导航领域工作超过了22年的专业人士进行了独家采访,就“GPS末日论”这一话题及其它相关卫星导航方面的问题进行了深入的交流。

10多年前的一项决策可能导致了今天的结果

  C114: Addy先生,首先感谢您接受C114的采访,最近关于GPS系统有可能在2010年“崩溃“的报道在中国引起了广大读者的极大关注,请问究竟是什么原因导致了这样的结果?

  Addy: 美国政府这一公开警告在卫星导航领域引起了极大的轰动,对其背后的目的也有不同的解读,这里我们暂且不论,我仅就技术上来给大家做一个简单的介绍。另外,5月12号,(注:期刊名)发表了题为“GPS at Risk: Doomsday 2010”的文章,对美国政府的报告及其影响的前因后果给出了比较详尽的描述,感兴趣的读者可以去看一看。

  实际上,“崩溃论”或“末日论“的缘由或者是10多年前的一项决策而导致的,当时美国空军可能从引入竞争、节省成本的角度考虑,通过招标方式最终决定将其GPS-IIF卫星的研制及生产合同授予新的承包商,然而现实的结果是IIF卫星的预算不仅已经被突破,并且在研制及发射计划整整延迟了近3年时间的情况下(预计第一颗IIF卫星将于2009年11月发射升空),IIF卫星的可靠性依然面临“显著技术问题”的挑战。

  GPS卫星是分阶段实施的,新的卫星按计划被不断发射上天,并逐步替代太空中失效的卫星,当前运行的主力卫星是所谓的IIA,IIR及IIR-M型,其后续即为IIF型,正如罗马不是一天建成的,新的GPS卫星也不能在一夜之间解决其面临的问题,鉴于IIF卫星发射时间段大致为2010~2013年,考虑到它当前显著的不确定性,意味着未来3年,如果IIF不能及时正常的工作,而当前工作中的在轨卫星出现故障的话(编者注:这是很可能发生的事情,因为最晚发射的IIA卫星也已经工作了至少12年),那么未来的某个时刻,GPS星群数量可能会降到其设计临近点的24颗卫星,甚至到最差的18颗卫星的水平。这时GPS全球导航的能力就要大打折扣了。因此有了上述美国政府的警告及媒体有关GPS“崩溃”或“末日”的报道。
C114: 如果GPS失效的情况发生,会有哪些行业或用户首当其冲的受到影响?

  Addy: 如果出现这样的情况,首先要担心的可能是非美地区,例如欧洲、亚洲的用户,因为一旦极端情况出现,美国可以通过卫星变轨等所谓“管制”手段,力求保持其所关注地区的服务水平如美国本土及中东地区等。这在第一次海湾战争中是真实发生过的事情。当时欧洲的斯堪的纳维亚地区、澳大利亚及中国的西部的信号都受到了影响。这恐怕也是其后欧盟决定发展自己的伽利略全球卫星导航系统的缘由之一。

  从技术的角度说,卫星数量的减少,将增加定位的难度和精度。其影响包括:

  1.洲际的商业飞行可能会受到很大的影响

  2.美国的E-911系统的位置响应会受到影响,尤其是那些救援当中最需要精确定位响应的区域如山区、丛林、市区等

  3.一些军事用途方面会受到服务水平下降的影响

  其实,常常是我们根本就没有意识到我们身边的GPS应用,例如GPS的授时应用,很多通信网络就在利用GPS作时间同步。GPS的时间精度可以到纳秒级,因为我们知道,要测准位置,高精度的时间是系统的关键指标之一。我们知道,GPS卫星的信号大约仅需1/15秒即能从空间轨道到达地面。对于以每秒30万公里传播的电磁波而言,传输时间上一个微秒(百万分之一秒)的误差,就会导致位置上大约300米的误差。

  Multi-GNSS,趋势化的应对之策

  C114: 如果情况真的出现的话,后果好像很严重了,那么业界有什么针对性对策吗?

  Addy: 美国当然也提出了若干应急措施,比如加快/提前三代BLOCK III GPS卫星的研发和发射;启用已退役的但依然在轨的卫星从新服役;研发简化版三代卫星等。

  不过最好不要把鸡蛋放在一个篮子里,所以大家可能都认同一种趋势,而我们近期也观察到了这一趋势转变的明显迹象,即Multi-GNSS系统将要出现。当前最现实的方案是GPS/GLONASS双模系统会首先出现。因为目前GLONASS是最接近全天候工作的GNSS系统,当前已经有18颗GLONASS卫星分布在其预定的3个轨道面上,距离全天候工作的要求只差3颗,而俄罗斯承诺将于2009年底以前完成21颗卫星的部署。如果真的及时出现商业化的双模系统,那么上述“末日论”景象出现的概率就会大大降低了。

  C114:我们注意到GNSS这个词,它是什么的缩写?一般的读者对GPS已经耳熟能详了,但GNSS对大多数人还是一个陌生的词汇,能否具体解释一下。

  Addy: GNSS是Global Navigation Satellite System的缩写,(全球卫星导航系统的缩写)这样大家就清楚意思了,这是一个更通用的名称,我相信未来使用的频度会越来越多。而美国的GPS、欧洲的Galileo、中国的北斗及俄罗斯的GLONASS都是GNSS之一。而Multi-GNSS就是指一套系统中可以同时接收及处理2个或以上的GNSS的信号。

  C114:对于双模或Multi-GNSS的出现,好处在哪里?挑战是什么?市场化的瓶颈在哪里?

  Addy:  简单的说,你头上可见的卫星数多了。比如现在单独的GPS接收机,一般视界内可能看到8颗卫星,在所谓的城市峡谷(Urban Canyon)其视界里可能只有3至4颗卫星,这样要定位就比较困难,如果是双模或Multi-GNSS系统,则可视卫星数量大大增加,从而改善定位服务的水准。其次,Multi-GNSS可以提高全球卫星导航的覆盖率。因设计使然,一般而言GPS的良好定位范围为北纬55度到南纬55度之间,而GLONASS由于俄罗斯的地域特点,其系统覆盖范围可以从北纬60度到南纬60度。

  一个成熟的Multi-GNSS接收系统,需要解决许多技术问题,就比如GPS和GLONASS系统,各自使用不同的大地坐标系,不同的时钟系统,不同的大气模型,那么如何将这些统一起来?是研发所面临的挑战之一。

  量产、低价格的Multi-GNSS芯片是目前市场化的瓶颈,其实在GNSS的专业市场,早已经有支持GPS/GLONASS的双模系统,只是其芯片的价格大约在500美元/片,这样的价格是不适用于商用市场的。

  好在许多传统GPS芯片的主要供应商早在9个月至1年前就在着手研究Multi-GNSS的可行性,经过这次事件,我们发现那些先前没有计划的芯片供应商也开始跟进Multi-GNSS的研发,如果这样的芯片出现,则每片的价格可能会降低到5美元,以达到车载系统或手机等商业平台能够接受的价格水平。

测试及应用

  C114: 那么思博伦通信作为GNSS仿真器生产商,对市场Multi-GNSS的测试需求准备好了吗?

  Addy: 思博伦通信在GNSS测试方面已经积累了20多年的经验,我们的仿真器产品事实上是GNSS测试领域的标准,思博伦的GPS/GLONASS双模系统早在1997年就已经交货给用户,而GALILEO系统也在2005年就出现了,目前我们还不能提供北斗系统的仿真,是因为被称为ICD的导航数据规格还没有公开,一旦公布,我相信我们会在很短的时间内提供用户北斗的仿真器。
有意思的是,在美国政府的报告中,归纳2010年可能出现“崩溃”的另一个不可忽视的原因是对于IIF卫星提供的新型GPS信号,美国空军还没有“同步性“的更新与之匹配的下一代的地面控制系统及足够数量的接收机,这可能会导致其军队用户无法使用新的GPS信号。

  C114: 如果说GPS、GLONASS的卫星都已经在那了,为什么我们不直接利用天空的卫星来验证我们的系统?

  Addy: 这只是产品研发过程中“似是而非”的一个问题,真实天空的信号每时每刻都在变化中,一个不可控的、不可重复的信号很难成为研发或验证产品链条上Yes or No, Pass or Fail的客观判据。

  另一个重要方面和上面提到的“同步性”相关,比如GPS现代化将提供新的民用码C码,从竞争的角度看,你不可能等到天空中C码进入full operation状态才开始研发你的接收机,那样就落在你竞争对手的后面了。

  C114: 最后一个问题,中国的3G网络建设正在如火如荼的开展,3G网络是否会催化基于位置应用的发展?欧洲或北美有没有基于卫星导航的有趣的应用那?

  Addy: 3G网络提供了高速的数据通道,这为新型电子产品及应用服务的出现提供了良好的物理基础。例如城市的智能交通管理,强制性的E-911等,我这里还有一些其他地区有趣的应用,希望给读者一些启发。

  例如德国货运卡车的收费是通过其GPS轨迹来定的;新加坡公共汽车的计费也是通过GPS路径长短的计算自动完成的;而英国保险公司的应用也非常有趣,他们利用卫星定位系统来评估长途司机休息、刹车、超速等驾驶行为,进而可以针对不同类型的司机提供差异化的保险费率;再有澳大利亚的交通管理部门则是按照GPS显示的信息来评定司机的驾驶路径是否违规,以对其载货量多少进行奖惩等等。

  有观点称,基于位置的服务是下一个可以产生创新型应用的领域,而3G网络也需要更多“粘性”的应用来锁住客户。这一切都是现在进行时,让我们拭目以待吧。

  C114: 非常感谢您接受我们的采访

  Addy: 谢谢

  Andrew Addy先生简介:

  Andrew Addy先生现任思博伦通信卫星导航事业部亚太销售总监,他在GNSS领域的工作经历超过了22年,其最早的职责是产品工程师,其后于2001年转向负责亚太的销售工作。

  Addy先生目前居住于英国,并曾短暂生活在美国及法国

  Addy先生1976年毕业于英国的朴茨茅斯大学


 

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