用戶:天探/沙盒

施工日程

4月15日

• 重力異常

泊松積分是用於計算調和函數在邊界面外部的數值的積分公式，通過這一公式，可以得出球諧級數相應的積分形式：

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

對於零階項和一階項恆為零的球諧級數，該公式可變形為改進的泊松積分（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 $H'_{P}$ 是球面外部的球諧函數，而 $H_{n}$ 是球面上的面諧函數。

重力異常的積分形式

對向徑重力異常的乘積 $r\Delta {\text{g}}$ 應用改進的泊松積分公式：

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

對其進行變形，得到重力異常的向上延拓公式（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

• 測量平差

6月14日

• 鋒（氣象）

6月25日

民用 L₂ 碼（L₂C 碼）

L₂C 碼是增設在 GPS IIR-M 及後續型號的 GPS 衛星上的第二民用測距碼，「L₂C 」由該碼所搭載的 L₂ 載波（頻率為 1227.6 MHz）的名稱與代表民用碼的字母「C」組成。在原計劃中，L₂C 碼的增設任務與 OCX Block 1 控制系統的增設任務一同進行，在 OCX 投入運作之前，L₂C 碼將不傳遞任何導航電文，而只傳遞空信息。然而，由於原定於 2016 年 2 月投入使用的 OCX 被推遲至 2022 年以後完成佈設，L₂C 碼的增設任務被迫與 OCX 分離。

從 2014 年 5 月開始，所有具備播發 L₂C 碼 的能力的 GPS 衛星開始廣播處於調試狀態的民用導航電文（英語：Civil NAVigation，縮寫：CNAV）；同年 12 月起，美國空軍開始以每日的頻率將信息上載到 CNAV 上。L₂C 碼進入完全運行狀態需要有至少 24 顆能發射這一信號的在軌 GPS 衛星，預計在 2021 年能達成這一目標。截至 2020 年 6 月，已有 21 顆能夠播發 L₂C 碼的 GPS 衛星投入使用。

L₂C 碼搭載在頻率為 1227.6 MHz 的 L₂ 載波之上，其與原有的頻率為 1575.42 MHz 的 L₁ 載波能夠組成無電離層組合觀測值，從而消除電離層延遲誤差對測量結果帶來的影響，提升服務精度。而在使用原有的 C/A 碼進行測量時，電離層延遲誤差是當前最大的誤差來源。除此之外，L₂C 碼還更具有更易於接收機進行跟蹤的特點，當導航信號被干擾時還可作為備用信號使用。

L₂C 碼的技術特性由文件 IS-GPS-200 定義，其具體由兩段獨立的 PRN 序列組合而成：

• L₂CM 碼，長度為 10,230 bit，周期為 20 ms，載有碼率為 25 bps 、可前向糾錯的導航電文；
• L₂CL 碼，長度為 767,250 bit，周期為 1500 ms，碼上不載任何數據；

L₂CM 碼和 L₂CL 碼均以 511.5 kbps 的速率進行傳輸， L₂C 碼由兩者經過交叉復用組合而成，組成的 L₂C 碼 的長度為 1,023,000 bit ，碼率則變為原來的兩倍（1.023 Mbps）。其中，長度中等的 L₂CM 碼更易於被接收機捕獲和跟蹤；而長度較長且無數據的 L₂CL 碼能提供較 C/A 碼更長的積分時間。此外，相較於 C/A 碼，L₂C 碼的相關性強度提升了約 24 dB（約合 250 倍），數據恢復能力提升了 2.7 dB，載波跟蹤能力提升了 0.7 dB，但信號傳輸功率下降了約 2.3 dB。在使用單頻信號時，L₂C 碼的電離層延遲誤差較 C/A 碼要大約 65%。

軍用碼（M 碼）

M 碼是在 GPS 現代化的過程中提出的新型軍用導航信號，與先前的軍用碼 P 碼和 Y 碼相比較，M碼具有更強的抗干擾能力和更安全的連接方式。在 M 碼出現之前，P 碼和 Y 碼是以相同的信號結構調製在 L₁ 和 L₂ 載波上，但新加入的 M 碼在兩個載波上則的信號結構是不同的。新的 M 碼信號在經過設計後，大部分的功率將分佈於中心頻率的兩側，與 P（Y）碼和 C/A 碼相分離。

與 P（Y）碼不同的是， M 碼是一種獨立的導航信號：在使用 P（Y）碼時，必須要先跟蹤並鎖定 C/A 碼，再通過其中的導航電文中提供的信息來鎖定 P（Y）碼，而在使用 M 碼時無需進行這一步驟。

M 碼相較於先前的 GPS 信號還有一個獨特之處：除了使用廣角天線外，M 碼還計劃通過高增益定向天線進行廣播。由定向天線播發的信號又被稱為「點波束（英語：spot beam）」。這種信號可以瞄準一片直徑約數百公里的特定區域，並將該區域內的信號強度提升約 20 dB（功率約為原來的 100 倍）。但兩個天線的設計也會帶來一些副作用：對於位於點波束目標內的接收機來說，由同一顆 GPS 上發射出的兩個信號，將使這顆衛星看起來像是處在同一位置上的兩顆衛星。

廣角模式下的 M 碼於 GPS IIR-M 衛星系列起開始投入使用，但用於點波束模式的發射天線僅在 GPS III 及其後續的衛星系列上部署。與其他原計劃和 OCX Block 2 控制系統一齊投入使用的導航信號一樣，M 碼投入使用的日期由 2016 年 10 月推遲到 2022 年。

除上述提到的點波束模式外，M 碼還具有下列特點：

• M 碼是經二進制偏移載波調製得到的導航信號；
• M 碼具有 24 MHz 的帶寬；
• M 碼上傳遞的導航電文為軍用導航電文（MNAV），導航電文不是按幀播發而是成包播發，數據的有效載荷可以更為靈活；
• M 碼可通過四個獨立的數據通道播發，每個數據通道經由不同的天線、以不同的頻率來播發數據；
• 傳送在 M 碼上的數據具有前向糾錯和錯誤探測的能力；
• 經廣角天線播發的 M 碼在地球表面的信號強度為 -158 dBW，而經點波束天線播發的 M 碼的信號強度能達到 -138 dBW。

民用 L₅ 碼

L₅ 碼被調製在 L₅ 載波（頻率為 1176.45 MHz）上，是 GPS 的第三民用測距碼，增設在 GPS IIF 及其後續型號的 GPS 衛星上。2009 年，L₅ 碼首先在一顆廣域增強系統（英語：Wide Area Augmentation System，縮寫：WAAS）上進行了播發測試。隨後在 2010 年 6 月 18 日，首顆具有完全 L₅ 碼播發能力的 GPS IIF 衛星 SVN-62 升空，並開始持續使用 L₅ 碼播發導航信號。

受 GPS III 地面控制部分的佈設計劃推遲的影響，L₅ 碼的增設任務亦被迫與 OCX 的佈設任務分離。自 SVN-62 投入運行的所有 GPS 衛星均有使用 L₅ 碼播發導航信號的能力，自 2014 年 4 月起，這些衛星開始以 L₅ 碼播發民用導航電文。當在軌運行的GPS 衛星中，能夠播發 L₅ 碼的衛星數量達到 24 顆時，L₅ 碼將被視作進入完全運行狀態，預計這一目標將在 2024 年完成。截至 2020 年 6 月，已有 14 顆能夠播發 L₅ 碼的 GPS 衛星投入使用。

L₅ 碼是為了滿足在關乎「生命安全」等的苛刻環境下的使用要求而設計的導航信號，其由兩個相互正交的分量（I₅ 碼和 Q₅ 碼）組成。類似於 L₂C 碼，中等長度的 I₅ 碼易於被接收機捕獲和跟蹤，而碼上不載導航電文的 Q₅ 碼則允許用戶對其進行長時間的積分，以便在惡劣環境下捕獲衛星信號。L₅ 碼的技術特性由文件 IS-GPS-705 定義，大致包含如下內容：

• L₅ 碼的信號結構得到了改善，信號的性能有所提升；
• L₅ 碼的傳輸功率較 L₂C 碼提升了 3 dB，即大約為 L₂C 碼的兩倍；
• L₅ 碼的帶寬更寬，信號處理增益為 L₂C 碼和 C/A 碼的 10 倍；
• L₅ 碼具有更長的擴頻序列，比 C/A 碼所使用的序列要長 10 倍；
• L₅ 碼搭載的 L₅ 載波位於航空無線電導航服務使用的空間信號頻段內，該頻段由 2000 年召開的世界無線電通信大會（WRC-200）劃定，相較於其他信號，航空界能更好地控制對 L₅ 載波的干擾因素。

民用 L₁ 碼（L₁C 碼）

L₁C 碼是增設在 GPS III 及其後續型號的 GPS 衛星上的第四民用測距碼，用於取代同樣調製在 L₁ 載波（頻率為 1575.42 MHz）上的的 C/A 碼。預計 L₁C 碼會在 2022 年，OCX Block 1 控制系統開始運行後投入使用。

L₁C 碼的技術特性由文件 IS-GPS-800 定義：

• L₁C 碼能同時實現 C/A 碼的技術要求，以保證兩者的兼容性；
• L₁C 碼的最小功率較 C/A 碼將提升 1.5 dB，以減輕背景噪聲的影響；
• L₁C 碼將在無數據的信號分量中加入導波，以提升接受機的跟蹤效果；
• L₁C 碼與伽利略定位系統的 L₁ 載波將具有更優的民用互操作性。

控制系統

OCS 的現代化由六個行動計劃同時推進，包括體系結構演進計劃、應急行動系統、M 碼早期應用、OCX Block 0、OCX Block 1& 2、選擇性有效反欺騙模塊、使命計劃系統等。

體系結構演進計劃

體系結構演進計劃（英語：Architecture Evolution Plan，縮寫：AEP）自 2007 年開始實施，通過該計劃，美國空軍將使原有的基於大型機的主控站升級為基於現代 IT 技術的主控站，提高其操作的靈活度與響應能力，以為現代化的 GPS 空間與控制能力做好準備。同時，AEP 還以商業現貨對 GPS 的監測站及地面天線進行了更新，顯着地提升了 GPS 系統的穩定性與準確性。

在 OCX 建設完成以後，AEP 與 OCS 將一同被 OCX 取代。

7月22日

• RINEX

8月12日

• Fortran 95

註釋

（空）