地区大国的独立导航之路——印度区域导航卫星系统

作者：兰顺正

首发自：《中国航天报》

在去年年底消息称，印度将为印度区域导航卫星系统（NavIC）建造五颗更加先进的导航卫星。文章指出，至少需要7颗卫星才能保证印度区域导航卫星系统全面运作、提供准确实时数据和授时服务，还应部署两颗备用卫星待命。而该消息也使得NavIC再次成为焦点。

印度的独立导航之路

时至今日，卫星导航系统已经变得不可或缺，如美国的GPS在军事和民用方面均发挥出了重要的作用，而世界各国也纷纷效仿其建立自己国家的卫星导航系统，印度也不例外。最初，由于技术相对比较落后，为了获得卫星导航在军事方面的使用，印度选择与其他国家进行合作。但是长远来看，导航系统的主动权不掌握本国手中，在关键时期就容易受制于人，相关国家可能会关闭本国的导航定位服务或降低导航定位服务精度，甚至注入虚假的定位信息，由此可能造成巨大损害。如1999年印度与邻国巴基斯坦爆发的“卡吉尔冲突”，印度方面曾向美国请求利用GPS获得位置信息，但是遭到了美国的拒绝。至此，印度真切的体会到与其他国家进行合作并不长远，决定开发自主区域卫星导航系统，实现不依靠其他国家卫星导航系统的、独立的区域导航定位能力。

2006年5月，印度政府批准了IRNSS（Indian regional navigational satellite system,）项目，由印度空间研究机构（ISRO）开发区域卫星导航系统。2013年7月2日印度开始发射第一颗导航卫星IRNSS-1A，2018年4月12日成功发射了第8颗导航卫星IRNSS-1I，这期间一共发射了9颗组网卫星，其中2017年8月31日发射的IRNSS-1H导航卫星，由于整流罩未能分离导致无法入轨，该次发射宣告失败，因此目前在轨服务的导航卫星为8颗。2016年4月 29日，在印度成功地发射第7颗导航卫星后，印度总理纳伦德拉·莫迪宣布，将 IRNSS 更名为“纳维克（NavIC）”，NavIC 在梵语中表示“领航者”或者“舵手”，而ISRO又将其解释为“ Navigation with Indian Constellation（印度星座导航）”的缩写

区域性覆盖的NavIC

与其它卫星导航系统一样，NavIC也分为空间段、地面段及应用终端三部分。

NavIC的空间段由 7 颗导航卫星组成，其中三颗为GEO卫星，四颗为IGSO 卫星，三颗 GEO轨道卫星分别定位于 34°E、83°E 和 132°E 处；四颗IGSO 卫星部署在两个轨道面上，其轨道倾角均为29°，升交点赤经分别为135°E和 310°E，卫星的地面轨迹在赤道两侧对称分布，这样在印度本土区域内，连续可见的NavIC卫星数目为7颗。另外，空间段还有一颗星载原子钟失效的IGSO卫星IRNSS-1A，已经无法作为导航卫星使用，所以现在用来发播短报文。用IRSNN-1A 发送短报文的流程为：在发送短报文前，先要向ISRO 导航中心（INC）申请注册，注册用户通过互联网将需要发送的短报文发送到INC，INC通过导航软件 对需要发送的短报文分配身份标识号（ID），然后进行编码；INC将编码后的短报文发送到IRNSS-1A卫星上，IRNSS-1A卫星再用L5频率将短报文广播出去；持有专用短报文接收机的授权用户，可以接收到这些短报文，通过解码即可以阅读这些短报文。

NavIC系统地面段负责星座的维护与运行，如监测星座的运行状态、给出卫星轨道参数修正值，注入导航数据等。包括9个卫星控制地球站(SECS)、2个导航中心(INC)、2个卫星控制中心(SCC)、17个测量与完好性监测站(IRIMS)、2 个时间中心(IRNWT)、4 个CDMA测距站（IRCDR) 、2个数据通信网(IRDCN) 以及1个激光测距站(LRS) 等。

印度建立NavIC系统目的是为服务区域内的用户提供独立的定位、导航和授时（PNT）服务，系统服务区域可以分为两个区域，首要服务区和次要服务区。首要服务区主要包括印度本土及周边1500公里范围的区域，该系统计划在首要服务区域将为用户提供优于10米的位置服务。次要服务区是系统的扩展区域，包括我国境内大部分地区、东南亚各国、澳洲西部、非洲东部和东欧等地区，该系统在次要服务区域预计位置服务精度在20米左右。同时NavIC系统可以提供海洋陆地航空导航、远程通讯、信息传输公共安全、勘测和大地测量数据处理、灾害管理，以及为旅游者提供导航等服务。另外NavIC还为用户提供授权服务，服务对象主要为印度政府部门，其中军方是最重要的用户，可视作NavIC的军用加密信号，该服务的具体设计精度目前仍处于保密状态。

仍在改进的NavIC

目前，NavIC 系统发展存在两个主要问题。

一方面，印度虽然建立了属于自己国家的卫星导航系统，但NavIC系统的许多关键技术仍然依赖于其他国家，例如：星载原子钟是卫星导航系统的核心，星载原子钟只有具备了“高精度、高稳定性、高可靠性”的特征，才能够为用户提供可靠的导航服务。但是之前NavIC的所有星载原子钟都是从瑞士精密仪器制造商斯佩克特拉·泰姆公司购买的铷原子钟，在NavIC的每一颗卫星上都安装了三台铷原子钟，其中一台原子钟为主钟，两台为备份钟。ISRO从该公司一共采购 45台铷原子钟，全部用到了NavIC的导航卫星及其备份卫星上，但是2016年 NavIC系统完成星座部署之后，星载原子钟就出现过故障。如2017年1月30日，IRSNN-1A上的三台铷原子钟全部失效，因此同年8月31日印度发射备份卫星 IRNSS-1H用来取代IRNSS-1A卫星，最终以失败告终，直到2018年4月发射第 8 颗IRNSS-1I卫星才成功替换了IRNSS-1A。此次按照印度空间研究组织的消息，5颗新导航卫星中第一颗建造工作已接近完成，可能会于12月或明年3月底之前发射，而这颗卫星携带的4个原子钟将包括一个印度研发的desi原子钟。由此也不难看出印度希望在关键核心技术上有所突破，以真正摆脱对于他国依赖的尝试和努力。

另一方面，NavIC系统导航信号选用了L5和S频段，避免了与其他导航系统之间信号干扰问题，但同时对NavIC系统融入全球卫星导航系统这个大家庭产生了不利的影响。目前，印度正在研发L1频段的“标准定位服务”信号（GPS、GLONASS等系统均计划播发该信号），采用复合二进制偏移载波（MBOC（6,1,1/11））调制方式，以更好地与他国卫星导航系统兼容。