GPS架构现代化：过去、现在和未来

2023年结束的时候，关于GPS讲述的是其全面的GPS架构现代化进程，而且是从PNT的角度来展望未来。可以看到，其突出特点是从系统架构来评判现状和发展，而不仅仅是讲系统的某个组成部分，还有就是着重于未来发展，特别是互补式，或者说是替代式PNT深化应用的前景。就是说，不是停留在架构，而是针对不足，采取积极措施，建以致用，致力于系统整体性能提升和深化应用服务，现实是PNT未来已来。

      GPS的历史可能很难记住，换句话说，现在很难想象没有全球定位系统（GPS）的生活。从寻找最近的 Dunkin' Donuts（注：唐恩都乐首先在波士顿地区试销这款由甜甜圈和三明治组合而成的食品，随后推向了美国全国。） 到进行 ATM 取款，GPS 已经成为人们日常生活的一部分。它使全球金融成为可能，使急救人员更快，使电网更智能，使工业更高效。如果没有GPS，为家庭和工作场所供电、调动公路和铁路、引导航空旅行、传递新闻甚至生产食物的关键基础设施可能会陷入停顿。美国的对手并没有忘记这一事实。美国太空部队（USSF）太空系统司令部（SSC）的主要职责是实现GPS现代化，使其在和平时期更好地工作，并确保其在冲突时期的复原力。

历史

说到周年纪念日，2023 年是 GPS 的重要一年。人们普遍认为这是 GPS 诞生 50 周年，因为正是在 1973 年 12 月 17 日，国防系统采购审查委员会 （DSARC） 批准美国空军上校Bradford Parkinson（布拉德福德·帕金森）继续开发今天运营的 31 颗卫星 GPS 星座。

这也是罗纳德·里根总统在大韩航空公司007号航班无意中进入敌方领空，而被击落后，授权将GPS用于民航40周年。今年也是GPS首次实现完全运行能力的30周年，也是美国联邦航空管理局（FAA）广域增强系统（WAAS）成立20周年，该系统提高了整个国家空域系统GPS服务的准确性和完好性。

在民用GPS服务接口委员会的最新会议上，帕金森（Parkinson）讲述了他使GPS成为现实的第一手经验，他在美国空军服役后获得了博士学位，并在斯坦福大学担任了几十年的教授。这位GPS的前首席架构师作为空军上校领导了该系统的原始宣传，他描述了启动该计划所涉及的令人难以置信的挑战和众多独特的创新。

今天的 GPS 继续履行其对精度、完好性、可用性、连续性和覆盖范围的承诺。它被许多人认为是导航和授时的黄金标准。然而，挑战依然存在，这是由于竞争日益激烈的太空领域以及来自步调不一的挑战者和敌对国家的新威胁。为商业、民用和军事用户的利益推进、维护和现代化GPS事业属于SSC的责任，由战地司令部的军事通信和定位、导航和授时计划执行办公室（SSC / MilComm和PNT）与其杰出的任务合作伙伴合作进行，并由SSC的保证进入太空计划执行办公室提供发射服务。

       在我们庆祝多个 GPS 周年纪念日之际，值得探索 GPS 现代化的成功。本次更新将探索 GPS 空间系统、用户设备和控制系统的激动人心的进步。

GPS III航天器06（SV06）于1月18日从佛罗里达州卡纳维拉尔角太空基地发射升空。它是第18颗广播L5信号的GPS卫星。

空间系统

2023年1月18日，洛克希德·马丁公司的GPS III太空飞行器6号（SV06）在佛罗里达州卡纳维拉尔角乘坐SpaceX猎鹰9号Block 5火箭发射入轨。SV06的成功发射和移交给USSF的太空作战司令部/太空台尔泰8/2nd 太空作战中队，标志着GPS星座现代化这一更大目标的又一关键步骤。SV06是第六颗即将发射的GPS III卫星，配备了全套现代化的信号和功能。GPS III卫星比其前辈更强大，更有弹性。其改进包括精度提高三倍，抗干扰能力提高八倍。

为了准备未来的发射，GPS III团队一直在努力与保证进入太空发射企业合作，以确保将GPS III航天器的发射系统严格和成功地集成到全新的火箭上，即联合发射联盟火神运载火箭。GPS III SV07/Vulcan 计划于 2024 年夏季发射。

此外，GPS III机队中第十个也是最后一个太空飞行器的生产已于今年完成，目标发射日期为2026年。GPS III航天器7-10正在储存中，可以发射，等待发射召唤。然而，现代化并没有就此结束。GPS IIIF今年继续取得进展，开发和整合了后续航天器计划，目前有10个飞行器正在生产中。GPS IIIF非飞行卫星测试台完成了面板集成和初始系统性能测试，该计划完成了综合基线审查。GPS IIIF团队与国家安全局合作，成功完成了信息保障初步设计审查，这是同类审查中首批此类审查之一。该团队还为规划未来的GPS IIIF发射和检查能力提供了重要意见。

用户设备

SSC/MilComm和PNT积极管理和维护公共GPS接口规范，使工业界能够构建能够成功捕获和处理GPS（太空卫星广播）信号的民用接收器 。同时，SSC还领导军用接收机的设计和开发，还有目前的军用GPS用户设备（MGUE）。今年4月，MGUE Increment 1团队成功完成了其MGUE GPS接收机应用模块的技术要求验证，该模块是专为航空和海事用户设计的标准电子模块。这使得MGUE Inc 1计划能够向美国空军和美国海军提供其新的航空和海事软件，以支持B-2“幽灵”轰炸机和阿利·伯克导弹驱逐舰的主要平台集成和测试。这是第一个支持抗干扰军用 M 代码信号的全功能 GPS 航空和海事软件套件。

GPS与60个盟国合作伙伴开展了积极而成功的外国军事销售（FMS）计划，其中许多合作伙伴与SSC / MilComm和PNT高度合作，以购买具有M代码功能的MGUE接收器。据美国国务院称，美国的盟国和伙伴每年通过FMS购买约450亿美元的武器、装备和训练，其中许多配备了GPS。

今年春天，MGUE Increment 2团队开发了一种先进的后续接收器，完成了新的下一代专用集成电路（ASIC），这是与任务合作伙伴BAE系统公司合作的两次主要关键设计审查（CDR）中的第一个。继这一成功之后，今年夏天又推出了第二款 CDR，用于 MGUE Increment 2 微型串行接口 （MSI） 接收器卡，该卡集成了下一代 ASIC 以及许多其他创新。任务合作伙伴 L3Harris 也成功完成了自己的下一代 ASIC CDR，并有望在今年 10 月获得 MSI CDR。MGUE Increment 2 还向技术进步集团授予了联合现代化手持设备合同，使该行业合作伙伴能够推进其 MGUE Increment 2 手持设备计划。

GPS IIIF

控制系统

虽然当前的操作控制系统继续保持高水平运行，但 GPS 现代化架构的重大更新正在进行中。2022 年 3 月，USSF 开始通过旨在测试 OCX 要求的功能认证测试对下一代操作控制系统 （OCX） Block 1/2 系统进行正式测试。目前，正在准备进行由政府主导的大型集成系统测试。OCX 开发测试是软件开发过程的重要组成部分。全面的开发测试有助于确保 OCX 具有高质量并满足所有要求。测试严谨而全面；这是一项复杂且具有挑战性的工作，但必须确保 OCX 在过渡到服务之前准备好投入使用。SSC的项目办公室正在采取必要措施，以确保其成功。

OCX 3F 计划还为 SSC 在 GPS 控制系统方面的进步做出了贡献。OCX的后续产品为GPS IIIF航天器提供支持，已成功完成了GPS IIIF发射和检查能力的关键能力发布。

维持

SSC / MilComm和PNT的GPS支持台尔泰一直为太空作战司令部的运营团队提供专业运维。它维持着一个全球网络，包括一个主控制站（MCS）、备用MCS、11个命令和控制天线、16个监测站点，以及38个在轨GPS航天器。维护团队无缝执行，预测问题，与运营商合作，更新服务器和软件工具，增强网络安全并微调GPS，以保持其以最佳性能运行。

未来机遇

2019年，美国空军部将导航技术卫星-3（NTS-3）指定为先锋计划，也是国防部近50年来首个实验性综合导航卫星系统。NTS-3由SSC和空军研究实验室共同赞助，正在帮助为更强大和更有弹性的定位、导航和授时铺平道路。今年6月，SSC/MilComm和PNT在SSC新的商业空间市场创新和协作中心举办了首届替代/增强PNT逆向工业日。该活动为政府领导人和技术专家提供了一个独特的机会，可以在一对一的环境中直接听取行业对许多令人兴奋的创新、机遇和挑战的看法。SSC的密切政府和机构间合作伙伴也加入了SSC，包括来自交通部、国家天基PNT协调办公室、太空作战司令部/任务区小组、空军研究实验室和空间发展局的代表。通过此次活动，SSC获得了市场情报，并为未来的投资建立了许多有价值的行业联系。

结论

在国家庆祝激动人心的 GPS 50 周年之际，GPS 事业的三个要素（空间系统、用户设备和控制系统）的持续改进，代表了 GPS 现代化的重要里程碑。这一重要升级提供了许多新的 GPS 功能，包括强大的新信号，如 M 代码、L2C、L5 和 L1C，同时为 GPS 传统信号用户保留了向后兼容性。全球定位系统现代化将提高实用性，使该系统更加强大和有弹性，并确保美国、其盟国及其政府机构合作伙伴能够获得最准确、最可靠的导航和授时服务。与此同时，在继续寻找（用国家天基PNT咨询委员会的话来说）“保护、优化和增强（PTA）” GPS能力的方法的同时，也积极参与评估如何整合PNT的替代来源，以及GPS增强，这将继续使PNT能力在未来更加强大和有弹性。