User:天探/沙盒

施工日程

4月15日

• 重力异常

泊松积分是用于计算调和函数在边界面外部的数值的积分公式，通过这一公式，可以得出球谐级数相应的积分形式：

$H_{P}={R \over 4\pi }\iint \limits _{\sigma }{r^{2}-R^{2} \over l^{3}}H\operatorname {d} \!\sigma =\sum _{n=0}^{\infty }{\left({R \over r}\right)}^{n+1}H_{n}$

对于零阶项和一阶项恒为零的球谐级数，该公式可变形为改进的泊松积分（英語：modified Poisson integral）：

$H'_{P}={R \over 4\pi }\iint \limits _{\sigma }\left({r^{2}-R^{2} \over l^{3}}-{1 \over r}-{3R \over r^{2}}\cos {\psi }\right)H\operatorname {d} \!\sigma =\sum _{n=2}^{\infty }{\left({R \over r}\right)}^{n+1}H_{n}$

其中，$H_{P}$ 和 $H'_{P}$ 是球面外部的球谐函数，而 $H_{n}$ 是球面上的面谐函数。

重力异常的积分形式

对向径重力异常的乘积 $r\Delta {\text{g}}$ 应用改进的泊松积分公式：

$r\Delta {\text{g}}={R \over 4\pi }\iint \limits _{\sigma }\left({r^{2}-R^{2} \over l^{3}}-{1 \over r}-{3R \over r^{2}}\cos {\psi }\right)(R\Delta {\text{g}})\operatorname {d} \!\sigma$

对其进行变形，得到重力异常的向上延拓公式（英語：upward continuation of gravity anomalies）：

$\Delta {\text{g}}={R^{2} \over 4\pi r}\iint \limits _{\sigma }\left({r^{2}-R^{2} \over l^{3}}-{1 \over r}-{3R \over r^{2}}\cos {\psi }\right)\Delta {\text{g}}\operatorname {d} \!\sigma$

6月11日

• 测量平差

6月14日

• 锋（气象）

6月25日

民用 L₂ 码（L₂C 码）

L₂C 码是增设在 GPS IIR-M 及后续型号的 GPS 卫星上的第二民用测距码，“L₂C ”由该码所搭载的 L₂ 载波（频率为 1227.6 MHz）的名称与代表民用码的字母“C”组成。在原计划中，L₂C 码的增设任务与 OCX Block 1 控制系统的增设任务一同进行，在 OCX 投入运作之前，L₂C 码将不传递任何导航电文，而只传递空信息。然而，由于原定于 2016 年 2 月投入使用的 OCX 被推迟至 2022 年以后完成布设，L₂C 码的增设任务被迫与 OCX 分离。

从 2014 年 5 月开始，所有具备播发 L₂C 码 的能力的 GPS 卫星开始广播处于调试状态的民用导航电文（英語：Civil NAVigation，缩写：CNAV）；同年 12 月起，美国空军开始以每日的频率将信息上载到 CNAV 上。L₂C 码进入完全运行状态需要有至少 24 颗能发射这一信号的在轨 GPS 卫星，预计在 2021 年能达成这一目标。截至 2020 年 6 月，已有 21 颗能够播发 L₂C 码的 GPS 卫星投入使用。

L₂C 码搭载在频率为 1227.6 MHz 的 L₂ 载波之上，其与原有的频率为 1575.42 MHz 的 L₁ 载波能够组成无电离层组合观测值，从而消除电离层延迟误差对测量结果带来的影响，提升服务精度。而在使用原有的 C/A 码进行测量时，电离层延迟误差是当前最大的误差来源。除此之外，L₂C 码还更具有更易于接收机进行跟踪的特点，当导航信号被干扰时还可作为备用信号使用。

L₂C 码的技术特性由文件 IS-GPS-200 定义，其具体由两段独立的 PRN 序列组合而成：

• L₂CM 码，长度为 10,230 bit，周期为 20 ms，载有码率为 25 bps 、可前向纠错的导航电文；
• L₂CL 码，长度为 767,250 bit，周期为 1500 ms，码上不载任何数据；

L₂CM 码和 L₂CL 码均以 511.5 kbps 的速率进行传输， L₂C 码由两者经过交叉复用组合而成，组成的 L₂C 码 的长度为 1,023,000 bit ，码率则变为原来的两倍（1.023 Mbps）。其中，长度中等的 L₂CM 码更易于被接收机捕获和跟踪；而长度较长且无数据的 L₂CL 码能提供较 C/A 码更长的积分时间。此外，相较于 C/A 码，L₂C 码的相关性强度提升了约 24 dB（约合 250 倍），数据恢复能力提升了 2.7 dB，载波跟踪能力提升了 0.7 dB，但信号传输功率下降了约 2.3 dB。在使用单频信号时，L₂C 码的电离层延迟误差较 C/A 码要大约 65%。

军用码（M 码）

M 码是在 GPS 现代化的过程中提出的新型军用导航信号，与先前的军用码 P 码和 Y 码相比较，M码具有更强的抗干扰能力和更安全的连接方式。在 M 码出现之前，P 码和 Y 码是以相同的信号结构调制在 L₁ 和 L₂ 载波上，但新加入的 M 码在两个载波上则的信号结构是不同的。新的 M 码信号在经过设计后，大部分的功率将分布于中心频率的两侧，与 P（Y）码和 C/A 码相分离。

与 P（Y）码不同的是， M 码是一种独立的导航信号：在使用 P（Y）码时，必须要先跟踪并锁定 C/A 码，再通过其中的导航电文中提供的信息来锁定 P（Y）码，而在使用 M 码时无需进行这一步骤。

M 码相较于先前的 GPS 信号还有一个独特之处：除了使用广角天线外，M 码还计划通过高增益定向天线进行广播。由定向天线播发的信号又被称为“点波束（英語：spot beam）”。这种信号可以瞄准一片直径约数百公里的特定区域，并将该区域内的信号强度提升约 20 dB（功率约为原来的 100 倍）。但两个天线的设计也会带来一些副作用：对于位于点波束目标内的接收机来说，由同一颗 GPS 上发射出的两个信号，将使这颗卫星看起来像是处在同一位置上的两颗卫星。

广角模式下的 M 码于 GPS IIR-M 卫星系列起开始投入使用，但用于点波束模式的发射天线仅在 GPS III 及其后续的卫星系列上部署。与其他原计划和 OCX Block 2 控制系统一齐投入使用的导航信号一样，M 码投入使用的日期由 2016 年 10 月推迟到 2022 年。

除上述提到的点波束模式外，M 码还具有下列特点：

• M 码是经二进制偏移载波调制得到的导航信号；
• M 码具有 24 MHz 的带宽；
• M 码上传递的导航电文为军用导航电文（MNAV），导航电文不是按帧播发而是成包播发，数据的有效载荷可以更为灵活；
• M 码可通过四个独立的数据通道播发，每个数据通道经由不同的天线、以不同的频率来播发数据；
• 传送在 M 码上的数据具有前向纠错和错误探测的能力；
• 经广角天线播发的 M 码在地球表面的信号强度为 -158 dBW，而经点波束天线播发的 M 码的信号强度能达到 -138 dBW。

民用 L₅ 码

L₅ 码被调制在 L₅ 载波（频率为 1176.45 MHz）上，是 GPS 的第三民用测距码，增设在 GPS IIF 及其后续型号的 GPS 卫星上。2009 年，L₅ 码首先在一颗广域增强系统（英語：Wide Area Augmentation System，缩写：WAAS）上进行了播发测试。随后在 2010 年 6 月 18 日，首颗具有完全 L₅ 码播发能力的 GPS IIF 卫星 SVN-62 升空，并开始持续使用 L₅ 码播发导航信号。

受 GPS III 地面控制部分的布设计划推迟的影响，L₅ 码的增设任务亦被迫与 OCX 的布设任务分离。自 SVN-62 投入运行的所有 GPS 卫星均有使用 L₅ 码播发导航信号的能力，自 2014 年 4 月起，这些卫星开始以 L₅ 码播发民用导航电文。当在轨运行的GPS 卫星中，能够播发 L₅ 码的卫星数量达到 24 颗时，L₅ 码将被视作进入完全运行状态，预计这一目标将在 2024 年完成。截至 2020 年 6 月，已有 14 颗能够播发 L₅ 码的 GPS 卫星投入使用。

L₅ 码是为了满足在关乎“生命安全”等的苛刻环境下的使用要求而设计的导航信号，其由两个相互正交的分量（I₅ 码和 Q₅ 码）组成。类似于 L₂C 码，中等长度的 I₅ 码易于被接收机捕获和跟踪，而码上不载导航电文的 Q₅ 码则允许用户对其进行长时间的积分，以便在恶劣环境下捕获卫星信号。L₅ 码的技术特性由文件 IS-GPS-705 定义，大致包含如下内容：

• L₅ 码的信号结构得到了改善，信号的性能有所提升；
• L₅ 码的传输功率较 L₂C 码提升了 3 dB，即大约为 L₂C 码的两倍；
• L₅ 码的带宽更宽，信号处理增益为 L₂C 码和 C/A 码的 10 倍；
• L₅ 码具有更长的扩频序列，比 C/A 码所使用的序列要长 10 倍；
• L₅ 码搭载的 L₅ 载波位于航空无线电导航服务使用的空间信号频段内，该频段由 2000 年召开的世界无线电通信大会（WRC-200）划定，相较于其他信号，航空界能更好地控制对 L₅ 载波的干扰因素。

民用 L₁ 码（L₁C 码）

L₁C 码是增设在 GPS III 及其后续型号的 GPS 卫星上的第四民用测距码，用于取代同样调制在 L₁ 载波（频率为 1575.42 MHz）上的的 C/A 码。预计 L₁C 码会在 2022 年，OCX Block 1 控制系统开始运行后投入使用。

L₁C 码的技术特性由文件 IS-GPS-800 定义：

• L₁C 码能同时实现 C/A 码的技术要求，以保证两者的兼容性；
• L₁C 码的最小功率较 C/A 码将提升 1.5 dB，以减轻背景噪声的影响；
• L₁C 码将在无数据的信号分量中加入导波，以提升接受机的跟踪效果；
• L₁C 码与伽利略定位系统的 L₁ 载波将具有更优的民用互操作性。

控制系统

OCS 的现代化由六个行动计划同时推进，包括体系结构演进计划、应急行动系统、M 码早期应用、OCX Block 0、OCX Block 1& 2、选择性有效反欺骗模块、使命计划系统等。

体系结构演进计划

体系结构演进计划（英語：Architecture Evolution Plan，缩写：AEP）自 2007 年开始实施，通过该计划，美国空军将使原有的基于大型机的主控站升级为基于现代 IT 技术的主控站，提高其操作的灵活度与响应能力，以为现代化的 GPS 空间与控制能力做好准备。同时，AEP 还以商业现货对 GPS 的监测站及地面天线进行了更新，显著地提升了 GPS 系统的稳定性与准确性。

在 OCX 建设完成以后，AEP 与 OCS 将一同被 OCX 取代。

7月22日

• RINEX

8月12日

• Fortran 95

注释

（空）