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国外卫星导航系统工程管理现状分析及启示

发布时间:2022-02-09 10:01所属平台:学报论文发表咨询网浏览:

  摘要:通过研究美国全球定位系统(GPS)、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)、欧盟伽利略卫星导航系统(Galileo)在管理体制上的发展历史、演化过程及最新动态,了解其体系架构和管理模式,并通过分析我国北斗卫星导航系统(BDS)的系统架构、组织管理模式,在体系架构

  摘要:通过研究美国全球定位系统(GPS)、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)、欧盟伽利略卫星导航系统(Galileo)在管理体制上的发展历史、演化过程及最新动态,了解其体系架构和管理模式,并通过分析我国北斗卫星导航系统(BDS)的系统架构、组织管理模式,在体系架构、应用管理、管理模式和机制变化与创新等方面,提出合理化建议,为优化BDS体系结构、提升系统的管理效率、完善管理方法提供参考借鉴。

  关键词:全球定位系统;格洛纳斯卫星导航系统;伽利略卫星导航系统;工程管理

卫星导航系统

  0引言

  卫星导航系统作为当代人类社会使用最广泛、最便捷、最有效的高精度、高实时、高可靠定位、导航和授时手段,自问世以来深刻改变了人类社会生产生活方式,颠覆了军事领域战争形态和作战样式。20世纪90年代初,美国、苏联相继建全球定位系统(globalpositioningsystem,GPS)、格洛纳斯卫星导航系统(globalnavigationsatellitesystem,GLONASS)。1994年,我国决定独立自主建设北斗卫星导航系统(BeiDounavigationsatellitesystem, BDS)。

  随着2020年6月23日北斗三号全球卫星导航系统即北斗三号(BeiDou-3navigationsatellitesystem,BDS-3)收官之星的成功发射,BDS-3正式开通,建成了比肩GPS的世界一流卫星导航系统[1]。BDS建设取得了举世瞩目的重要成就,是联合国全球卫星导航系统委员会认可的四大全球系统,成为改革开放40周年和新中国成立70周年以来的重大成就之一。

  BDS的成功实践离不开科学的管理,通过对GPS、GLONASS、欧盟伽利略卫星导航系统(Galileonavigationsatellitesystem,Galileo)等卫星导航系统管理体制的研究,了解国外卫星导航系统管理现 状,并针对目前BDS管理体系架构、管理模式提出合理化建议,为优化BDS体系结构、提升系统的管理效率、完善管理方法提供参考借鉴。

  1国外卫星导航系统工程管理现状分析

  1.1美国GPS工程管理现状

  GPS是以卫星为基础的无线电导航定位系统,在子午仪卫星系统的基础上发展起来,已经成为美国继阿波罗登月飞船和航天飞机以后的第三大航天工程[2-3]。1973—1995年系统研制建设时期,美国政府专门成立了由空军牵头的GPS联合计划办公室,统筹军兵种导航需求,统管GPS研制建设,全面负责GPS的采办、部署、保障、测试、集成、用户设备研制、对外军售、合同管理、部门间协调以及市场开发等,形成了军方集中统一的管理模式[4]。

  1996—2003年,GPS政策明确规定:GPS由国防部和运输部共同管理。随后,美国建立了一个较为完整的GPS管理机构和政策决策体系,即联合执行局。联合执行局的日常运行由依据联合执行局宪章规定成立的执行秘书处负责。联合执行局的主要成员有国防部、运输部、商务部、内务部、国务院、参谋长联席会议、司法部、农业部和美国国家航空航天局(NationalAeronauticsandSpaceAdministration,NASA)。国防部和运输部担任联合执行局的联合主席。

  运输部地位的提升,标志着军民统筹协调的管理模式正式形成。2004年至今,国防和经济社会已对GPS形成高度依赖,GPS安全成为关注焦点。为继续保持GPS在卫星导航领域的领先和主导地位,实现任何时间、任何地点、任何环境都具备定位、导航和授时能力的目标,美国政府在2004年整合全国的天基、地基、空基等多种导航定位资源,成立国家天基定位、导航、授时(positioning,navigationandtime,PNT)执行委员会,代替原有的联合执行局,提升了天基定位、导航与授时系统的管理等级,构建了以GPS为核心的国家天基PNT体系[5]。

  在GPS发展期间,美国政府一直注重其组织管理,在GPS每次组织结构的优化调整之前,都由国防部组织开展专门研究。从联合计划办公室到联合执行局,再到国家天基委员会,美国政府一直在不断地创新GPS组织管理理念,并将其置于国家战略高度,由强势部门的高级官员负责领导,加大协调力度,确保从国家整体利益出发进行规划,避免各部门各自为政和重复建设,同时注重系统的互换管理,形成了层次分明、职责明确的组织管理体制与机制[6-7]。

  美国在国家层面设立管理机构,统筹持续推进GPS研发建设、运行、应用等工作,目标是维持美国在PNT领域的全球领导地位。近期,美国发布了新的PNT发展战略,PNT体系架枃有了新的调整。同时法律法规政策等内容也有了新的变化,急需对美国PNT体系架构、管理方法等进行系统的研究。

  1.2俄罗斯GLONASS工程管理现状

  俄罗斯GLONASS的组织体系随任务的增减而产生变化,建立任务导向的组织机构,最初基于为陆上、空中、海面和空间军事用户提供全球范围的连续导航、定时的任务,确立了军事航天部门的职责。随着民间应用任务的增加,俄罗斯建立了国际导航委员会部间委员会,由联邦航天局、国防部、工业与能源部、联邦运输部等四个部门组成联邦航天局,国防部负责召集[8-9]。

  为了更好地突出联邦航天局的地位并进行民用开发,2004年,俄罗斯将GLONASS项目部间委员会改组为GLONASS部际委员会。其中,国防部负责GLONASS的开发、运行和政府用终端设备的研制。联邦航天局协助GLONASS研制,负责民用应用的开发、GLONASS增强系统建设、系统性能检测,以及相关国际合作事宜。工业与能源部、运输部主要负责GLONASS民用部分的管理,参与系统政策制定,以及部分用户设备的研制。

  自GLONASS计划开始,俄罗斯一直坚持不依托于他国的独立自主方针,重视系统控制权,坚定只有依靠政府的大力支持和投入、先进技术的运用,才能使其重回卫星导航大国的行列。在民用推广的道路上,苏联政府乃至俄罗斯政府的政策支持起到了至关重要的作用。然而,俄罗斯在GLONASS的建设和应用上,相比GPS的开放程度仍然不足,加之系统有很长时期处于不完整状态,导致系统性能一直未能得到充分挖掘,极大地影响了其应用推广。

  1.3欧盟Galileo工程管理现状

  欧盟Galileo建设的不同阶段,欧盟对Galileo的组织管理也在不断发生变化。Galileo由欧盟委员会(EuropeanCommission,EU)负责监管,以授权协议方式向欧洲全球卫星导航管理局(EuropeanGlobalNavigationSatelliteSystemsAgency,GSA)和欧洲航天局(EuropeanSpaceAgency,ESA)分派任务。其中EU全面负责Galileo,包括资金分配、监督项目活动实施情况等,GSA负责对欧盟委员会提供工作支持,同时负责具体项目管理,ESA负责系统研制。

  同时,鉴于Galileo项目的重要性、独特性和复杂性,根据最新的《欧洲议会、欧盟理事会和欧盟委员会关于伽利略跨机构小组的联合声明》,欧洲议会、欧盟理事会和欧盟委员会认为有必要加强三个机构之间(EU、GSA、ESA)的紧密合作,进而成立了伽利略跨机构小组。

  2我国北斗卫星导航系统组织管理模式

  2.1系统架构的演化分析

  北斗卫星导航试验系统即北斗一号(BeiDounavigationdemonstrationsystem,BDS-1)全程以工程建设为核心,以星地、地地链路组成网络框架体系,工程建设阶段按工程大总体各大系统的体系管理模式组织实施;北斗卫星导航(区域)系统即北斗二号(BeiDounavigationsatellite(regional)system,BDS-2)以系统为核心,以星星、星地、地地组网形成网络框架体系,系统以建设、应用、国际为核心任务使命。

  系统稳定运行纳入工程建设管理范畴,在工程大总体各大系统体系基础上,补充纳入应用、国际、知识产权、政策法规、标准、测试评估、国产化、可靠性等专题工作,形成小核心、大外围的矩阵式体系管理组织模式;BDS-3提出了建设、国际、应用三位一体发展理念,以建设、运行、服务、应用、国际为任务使命,以星星链路、星地链路、地地链路组网形成网络框架体系,每星每站都是北斗天基网的一个节点。用服务为核心的体系架构看待系统组成,每一类服务都可对应一个系统,每个服务系统都可由空间段、地面段用户段组成,不考虑资源重复建设,每种服务都可单独成系统建设运行。

  在BDS-1、BDS-2时期,由于服务类型相对较少,系统总体设计、统筹谋划的难度和挑战较小。在BDS-3时期,随着服务类型增多,任务使命交织、互相影响,目前在工程管理系统优化、指标分解、责任分解等方面存在一些挑战和困难。因此,在增量发展成果的基础上,急需采用服务为核心的体系架构梳理,确保更有利于系统优化设计、指标综合分解、明确责任分工和加强专项特色管理。

  2.2“集中统一、高效协调”的组织管理模式

  在传统两条指挥线基础上,建立了由中国卫星导航系统委员会、系统管理办公室、牵头组织单位、专家咨询机构、技术支撑机构、总设计师系统、实施执行机构和任务承担单位构成的组织管理体系和架构。

  我国建立了“工程建设、应用服务、国际合作”三位一体全要素统筹融合的任务管理体系,三者相互约束、相互支撑、相互补充、有机衔接。基于BDS组织管理体系,以工程建设为基础和核心,以应用服务为最终体现,以国际合作为实现路径,按时按质按量完成任务[12]。

  3启示

  3.1体系架构方面

  美、俄、欧等始终坚持卫星导航的集中统管。 在不同时期的具体表现不一致。例如,美国最初为改变各军种分别独立发展卫星导航系统的不利局面,建设供三军共同使用的全球卫星导航系统,国防部实施了跨军种的GPS联合计划,成立了由各军种共同参与的GPS联合计划办公室。随着军民应用对GPS依赖程度不断加深,在国家层面形成了军地协调机制;近期,又形成了PNT集中统管模式。美军始终坚持GPS的集中统一管理,更好地适应了GPS持续发展的需要。我国可以通过借鉴国外管理机构设置,研究如何建立我国国家层面卫星导航领导管理体制及机构。

  3.2应用服务方面

  GPS不仅在精确打击和联合作战等方面发挥了重要作用,还广泛地拓展了其民用应用服务领域。以应用服务为纽带,GPS将政府、军队、企业和社会公众连接起来,既使其技术升级和现代化改造有非常明确的目标,也使导航系统管理、建设和应用形成良性发展[5]。同时针对卫星导航信号,特别是民用信号存在的落地功率低、接口控制文件公开导致容易被模仿欺骗的固有问题,美国通过立法等手段,加大打击力度,促进了产业的健康发展。

  此外,美国高度关注GPS与其他新兴行业的融合发展,在全球范围内促进GPS让普通大众获得良好的高精度服务体验,从而大幅度推进了行业的应用。BDS已进入全球时代,应用必须加大力度。确保BDS好用,并且实现规模化、全球化应用,这是BDS发展的需要,也是无法回避的挑战。通过分析国外卫星导航系统应用服务方面的政策法规,可以借鉴制订我国卫星导航系统的应用服务政策,推动BDS应用以及BDS与物联网、互联网、5G等新技术的融合。

  3.3管理模式和机制变化与创新方面

  没有创新便很难有广阔的卫星导航市场。在GPS、GLONASS卫星导航系统的发展过程中,技术创新、制度创新以及管理理念创新的思想和实践在不断涌现,例如渐进式策略、资格许可制度等,这些创新思想和手段结合在卫星导航系统的战略规划中,并以国家政策作为支撑,为卫星导航系统的顺利建成和应用产业推广注入了强大的动力。卫星导航系统的发展史,也可以说是卫星导航系统的创新史,这是系统管理的需要,也是国家进步的需要。我国应重点研究BDS发展过程中有关管理机制的创新变化,提出有关管理模式和创新方面的新举措。

  4结束语

  本文通过研究美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧盟Galileo等卫星导航系统的工程管理现状,以及我国BDS的系统架构、组织管理模式,在体系架构、应用服务、管理模式和机制变化与创新等方面提出了合理化建议。纵观全球卫星导航系统发展进程,若想真正取得广泛应用与快速发展,我国必须要建立国家层面卫星导航领导管理体制及机构、制订和完善我国卫星导航系统的应用服务政策、在管理模式上不断创新,这样才可以不断优化BDS体系结构、提升系统的管理效率。

  参考文献

  [1]杨元喜.北斗卫星导航系统的进展、贡献与挑战[J].测绘学报,2010,39(1):1-6.

  [2]冷树朋,田国辉,胡远志.GPS与伽利略卫星导航系统发展评述[J].交通企业管理,2004(12):54-55.

  [3]徐文生.美国全球定位系统简介[J].卫星与网络,2008(8):24-27.

  [4]徐立宏.美国GPS管理框架[J].卫星应用,2016(4):26-33.

  [5]张胜利,常守峰,赵珂.GPS运行管理体制探讨[J].国际太空,2008(10):20-24.

  [6]初一.美国GPS系统的管理与运营[J].卫星与网络,2009(增刊1):66-68.

  [7]郭丽红,李洲.美国国家天基PNT概况[J].全球定位系统,2011,36(5):85-90.

  [8]王杰华,石卫平.国外卫星导航定位系统的应用体制及政策[J].中国测绘,2010(1):40-43.

  [9]常家辉,王冉,胡婷婷.国外主要卫星导航系统协同管理模式与特点[J].卫星应用,2019(5):56-59.

  作者:刘栋梁,康登榜,王维嘉,陆静,张山雨

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《国外卫星导航系统工程管理现状分析及启示》

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