2018年12月23日，GPSIII第一顆衛星的成功發射，代表GPS系統翻過新的一頁，其現代化進程步入最后的發展階段。GPSIII是GPS系列衛星中的第七代衛星。GPS衛星星座，從1978年以來經過六次重大的演變迭代，其第六次迭代是在2010-2016年間進行的，實現GPSIIF更迭。而第七次更迭從2018年開始，可能到2023年才能夠完成第一次迭代，而實現GPSIII整體星座迭代可能延續到2033年。

 

　　一、     GPSIII的主要技術進步和特點

 

　　GPS衛星第六代的GPSIIF，有12顆衛星，它們的設計壽命已經為12年，比此前兩代的7.5年設計壽命，差不多成倍上升。同時，具備軟件上載、抗干擾能力和精度的提高。

 

　　GPS第七代的GPSIII，設計壽命為15年。除開去年底發射的SV01星，還有九顆衛星待發射，GPSIIISV02星今年六月發射，下半年還發SV03星，2020年發SV04星，SV10星將在2023年升空。其后，就是GPS的第八代星GPSIIIF，共有22顆衛星，計劃2033年發射完成。

 

　　二、     L頻段上發生的信號的故事

 

　　在GPSIII衛星上，增加有多個民用頻點，在原先的L1C/A外，第二個開放的GPS信號是在L2C上，這是從2005年發射第一顆GPSIIR衛星是就開始采用，第三個開放的GPS信號是在L5頻點上，這是從2010年發射的第一顆GPSIIF衛星開始采用的，第四個開放的GPS信號還是在L1頻點上，但是發射的是L1C信號，該信號是從2018年底發射的GPSIII第一顆衛星開始采用的，該衛星在2018年12月23日升空后，經過提軌和天線與太陽能陣列部署，2019年1月8日起衛星導航載荷開始廣播導航信號，在軌測試仍在進行，試驗證明導航載荷的能力預期，衛星完全處于健康工作狀態。GPSIII所發射的L1C信號，是與其他GNSS實現兼容互操作，改進民用用戶的連接性需求。GPS III最終將實現完整的軍用M-碼功能 ，在GPSIIR-M和GPSIIF衛星上曾經載有這類的軍碼，但是未能完全實施，無法支持作戰人員的運作。GPS III M-碼能力超過GPS IIR-M和GPS IIF。GPS III將完成L2C民用信號的部署，以及從GPS IIR-M和GPS IIF衛星開始的L5生命安全信號功能。最后，GPS III將實現改進的完好性，這就是說，一旦發生精度降低的問題，衛星具有自行檢測并發出警報的能力。值得指出的是，加密的軍碼信號具有信號功率提升能力，其發射功率可以比通常情況下提供八倍。從而，增強了抗干擾能力，提高了可靠性。此外，其他信號也可以提高在地球表面的信號接收功率，對于L1和L2，其C / A碼信號為-158.5 dBW，P（Y）碼信號為-161.5 dBW，而L5為-154 dBW。

 

　　三、     GPS現代化是個系統性課題

 

　　GPSIII是GPS現代化的巔峰之作，而真正的GPS現代化不僅僅是衛星的事情，而是地面運控、用戶終端，以及大量的研發測試工作。

 

　　GPSIII衛星的大腦是導航的有效載荷。哈里斯公司是洛克希德馬丁公司的分包商，負責開發和生產用于GPS空間部分的GPS III任務數據單元（MDU）和發射器（六個已經交付）。 哈里斯公司的MDU與原子頻率標準和L波段發射機設備一起構成了導航有效載荷單元。 MDU執行GPS衛星的主要任務：連續生成導航信號和數據。 MDU控制產生用于導航信號的精密定時信號，同時將定時信號分配給其他衛星部件。這個MDU的70％已經實現數字化。接下來，GPS IIIF衛星將實現完全的數字化。涉及全數字化有效載荷的優勢時應該指出，30％的差距是在時間保持系統部分。而正在從手動和模擬定時轉向數字化，為空軍提供更大的靈活性。這是一個很好的選擇，必須能夠在空間軌道上重新編程，并可能增強未來所需的功能。

 

　　如何工作的更好，如何保證工作壽命更長，是GPS III提供的關鍵改進之一。GPSIII衛星的計劃任務壽命為15年，比其前輩長25％。這引出了一個問題，“衛星在太空中居住多久才合適，特別是技術創新幾乎每年都會發生”？先進的有效載荷技術提供商人給出了部分答案。洛克希德·馬丁公司和哈里斯公司指出了新的有效載荷能力，具有內置的靈活性，可以使軌道衛星適應技術進步以及任務的變化。根據哈里斯公司的說法，全數字導航有效載荷將提供在任務壽命期間增量更新和升級衛星的能力。 2017年底，洛克希德宣布與NEC公司建立合作伙伴關系，為軌道上的計算機學習引入人工智能。該公司揚言在處理器方面有重大進步，并轉向下一代天線、陣列和發射器，以提高衛星的可行性、功能和彈性。

 

　　地面運控系統的升級換代（ＯＣＸ）是GPSIII現代化階段的重要組成部分。GPS III的軍事升級需要新的地面控制站，由于編程和需求修改的復雜性，OCX的替代工作遭受了反復延遲和成本增加。在新的高度復雜的地面控制系統可用之前，新的抗干擾軍事信號將無法使用，并且預計在2022年或2023年之前不會實現。“深度防御”信息保證標準，沒有豁免，使其具有任何國防部太空系統的最高級別的網絡安全保護。GPS OCX的可交付成果分為三個階段。 Block 0交付發生在2017年秋季，使其能夠支持GPSIII的首次發射。 Block 1交付將在2021年進行，提供全面的操控能力，以控制傳統和現代化的衛星與信號。與Block1同時交付的Block2增加了L1C的操作控制和現代化的Ｍ-碼。

 

　　嚴格的測試，再測試，確保系統的成功運行。洛克希德·馬丁公司開發GPS III，使用了空軍的返回基礎程序，涉及早期原型設計和模擬，其方法涉及嚴格的質量構建和認證，以及組件測試和系統級測試。全面的需求驗證和驗證過程確保了超過30,000個要求的達到。系統功能認證包括多種環境測試中的性能驗證，包括聲學、熱真空（TVAC）和電磁頻譜。 “我們認為熱真空是測試任何衛星投入運營前的黃金標準，”GPS理事會主任史蒂夫惠特尼上校指出。“從開始到結束的整個熱真空測試大約是70天。與此同時，我們的員工正在關注數據及其健康狀況。 TVAC是衛星經歷的一個重要里程碑，不能存在任何問題。到目前為止，所有10顆GPS III衛星的90％以上的零件和材料都來自29個州的250多家航空航天公司”。