有沒有下一代衛星導航系統？也就是第三代衛星導航系統？回答應該是有。目前，GNSS系統的最大軟肋是其脆弱性，那么解決脆弱性就應該成為當務之急和重中之重。所以，近些年來堅韌（強）PNT，或者彈性PNT就成為熱點課題。因此，下一代衛星導航系統將突破堅韌性作為核心關鍵，是順理成章的事情。這就是說，下一代系統，當務之急不是鋪攤子，而是瞄準核心關鍵，在原有的基礎上進行升級換代，而不是重打鑼鼓另開張，干狗熊扒棒子的傻事，更不是談天說地的講一些不著邊際的、完全沒有可操作性的天方夜譚。
最近，美國的相關行動值得我們注意和深思。日前，有消息稱，美國空軍選擇哈里斯衛星公司，作為PNT（定位、導航和授時）衛星的主承包商。這里的PNT衛星是下一代導航衛星的試驗床，是新一代導航技術衛星（NTS），這就是NTS-3。
圖1.地球上方的NTS-3 號＊
＊注：本文所有圖片均源自美國空軍研究實驗室（AFRL）空間飛行器局。
美國空軍研究實驗室（AFRL）和空間與導彈系統中心（SMC）于2018年12月20日選擇哈里斯, 并于1月28日公開宣布。哈里斯（Harris）公司已被選定為建造NTS-3的主要承包商，該衛星預計將于2022年發射, 并進行為期一年的實驗運作。
1. 進行NTS衛星試驗是美國的成功經驗
NTS-3是建立在20世紀70年代開始的國防部 (DOD) 衛星導航遺產基礎上, 它是現代GPS星座的前身。NTS-1 由海軍研究實驗室 (NRL) 開發的，于1974年發射, 有兩個銣蒸汽原子頻率標準，為TIMATION衛星計劃演示提供先進的授時和導航精度。NTS–2于1977年發射, 成為第一顆 NAVSTAR GPS第一階段衛星, 并展示了銫頻率標準和全球數據采集網絡。此后, 一直沒有國防部的衛星導航大型開發項目進行實驗研究, 一直到NTS-3。
2. NTS-3是PNT的實驗床
作為地球同步靜止軌道上的獨特試驗臺, NTS-3 將整合多種先進技術，來展示系統堅韌性（或者說是彈性）和新的運作概念, 包括實驗天線、靈活和安全的信號、更高的自動化程度以及地面資產的商業化應用。從 NTS-3 獲得的技術成熟化和經驗知識有望轉移到未來幾代全球定位系統及其增強層面, 以實現國家PNT能力。
“國防戰略告訴我們,必須發展我們國家的定位、導航和授時能力, 以使其更具堅韌性”。美國AFRL 空間飛行器總監埃里克·費爾特上校作如是說。“NTS-3 都是關于強化堅韌性的, 我對我們的 SMC、AFRL和Harris團隊所從事的堅韌性實驗感到無比興奮, 他們將能夠使用NTS-3的創新和靈活的硬件、軟件和波形進行測試”。
圖2.NTS-3衛星的近觀（圖片源自AFRL空軍飛行器局）
3. NTS-3的空間試驗
2015年空間飛行器局將NTS-3選定為新的重大綜合空間實驗平臺, 它代表了AFRL首次PNT飛行實驗, 根據航天企業愿景 (SEV)和航天作戰架構 (SWC)要求，目的是在2015年形成更具堅韌性的PNT多層結構原型。
2017年, AFRL重新構建了NTS-3, 以強調特定的目標, 在SEV和SWC所概述的多層空間架構中展示分門別類、具有堅韌性特色的PNT。NTS-3 將為軌道數字波形發生器 (ORDWG) 和大功率/高效率固態放大器等核心技術提供空間認證。除了新的信號外, 機載實驗還包括通過傳統和高級時鐘提高授時精度和完好性, 包括提高長期和短期穩定性的組合。NTS-3 將通過SATNAV系統的所有三個組成部分 (空間、控制和用戶) 演示多層PNT的關鍵戰術、技術和方法 (TTP)。
4. 敏捷波形平臺
為支持NTS-3，Harris公司計劃開發敏捷波形平臺, 這是一種可在軌重新編程的數字信號發生器, 使運營商能夠快速開發和部署新信號, 以滿足戰場上快速變化的需求。此外, Harris 的電子可控相陣列天線將支持在地球覆蓋和點波束雙重配置中同時廣播多個波形。
NTS-3 將使用 Northrop Grumman 創新系統的ESPAStar 總線, 該總線建立在2018年4月所射的AGRLEagle 航天器上。
圖3.NTS-1、NTS-2和NTS-3的衛星圖片（源自AFRL 空間飛行器局）
5. 地面控制
布拉克斯頓技術公司于2017年6月就被選中負責NTS-3 衛星導航地面控制, 同時展示了業已成熟的創新技術和能夠擔負得起衛星導航地面指揮和控制的力, 以確保在有爭議和被拒阻環境下的定位、導航和授時。布拉克斯頓專家還將展示衛星地面控制技術, 這些技術最終可用于未來的GPS地面控制系統。他們將使用多任務空間業務中心 (MMSOC) 開放架構標準及空軍衛星控制網絡 (AFSCN), 與未來的NTS-3 空間有效載荷進行主要的直接和安全通信。
圖4.NTS-3衛星在空間（圖片源自AFRL 空間飛行器局）
地面控制段 (GCS) 的目標包括多個天線指令，使其與傳統的地球覆蓋波束一起形成高增益區域波束, 并處理后續的相位中心偏差和方向圖變化的影響。GCS 還將納入用于 TT&C（遙感遙測與指令）的商用天線, 并自動執行通用功能, 以降低全球定位系統所需的手動控制水平。GCS 的開發將強調網絡安全和與企業地面系統 (EGS) 的兼容性。
值得指出的是，AFRL/RV 正在尋求與產業界、政府機構和大學的合作, 以開發實驗概念和參與飛行實驗。發動大家總比單打獨斗的好。集中大家的智慧和力量，能夠取得更多更快更好更省的效果。
還值得指出的是，在下一代衛星導航系統總體設計中，按照中國新時空服務體系的基本概念，北斗新時空升級換代的重大創新是在空間、運控和用戶端以外，增加環境段，也就是針對系統工作環境和用戶應用環境的智能化技術這樣的世界性難題，作為系統堅韌性的重大突破口，這也是多種多樣增強技術的關鍵所在，是系統完好性、可靠性、堅韌性指標保障所在，是關鍵核心競爭力所在。這也需要真正腳踏實、一步一個腳印地的開展工作。
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