GPS系統(tǒng)是全球超過60億用戶的首選定位導(dǎo)航授時(shí)（PNT）服務(wù)源，對(duì)美國關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)行至關(guān)重要，并且已經(jīng)滲入生活的方方面面。GPS系統(tǒng)由三個(gè)部分組成：空間段、地面段和用戶段。美太空軍致力于維護(hù)一個(gè)健康的GPS星座，保障定位導(dǎo)航授時(shí)全球服務(wù)的可用性和可靠性，而設(shè)備和性能的持續(xù)改進(jìn)一直是一個(gè)重要方面。另外，當(dāng)前衛(wèi)星的老化和激烈的國際競(jìng)爭(zhēng)使美國GPS優(yōu)勢(shì)受到威脅，加快對(duì)GPS現(xiàn)代化的投資對(duì)美國的利益至關(guān)重要。

GPS現(xiàn)代化是設(shè)備性能持續(xù)改進(jìn)的重要措施，其作為一項(xiàng)持續(xù)的、耗資數(shù)十億美元的龐大工程，旨在提升GPS系統(tǒng)的功能和整體性能。升級(jí)后的功能包括新的民用和軍用GPS信號(hào)，其中軍用GPS信號(hào)即M碼，將通過使用更強(qiáng)大的信號(hào)和更寬的無線電頻率范圍，幫助軍事用戶免受干擾，還將通過加密信號(hào)來增強(qiáng)對(duì)GPS信號(hào)的保護(hù)以應(yīng)對(duì)欺騙問題。

2022年4月，美太空軍發(fā)布了最新的GPS戰(zhàn)略路線圖，描述了所有任務(wù)到2028財(cái)年末的研制計(jì)劃。其中空間段包括GPS III衛(wèi)星和GPS IIIF衛(wèi)星的部署工作，地面控制段包括下一代運(yùn)行控制系統(tǒng)(OCX)的升級(jí)工作，用戶段包括圍繞M碼用戶設(shè)備研制、部署和試驗(yàn)所進(jìn)行的下一代專用集成電路（ASIC）、M碼卡、M碼接收機(jī)研制以及武器系統(tǒng)適配應(yīng)用工作，最終將提升GPS系統(tǒng)的功能和整體性能，保障其實(shí)現(xiàn)可靠可信的PNT體系。

2022年3月，白宮公布了拜登政府2023財(cái)年預(yù)算提案，列出了為國家GPS計(jì)劃的各個(gè)要素以及相關(guān)項(xiàng)目的預(yù)算申請(qǐng)。其中國防部預(yù)算申請(qǐng)共計(jì)18.4億美元，具體如表1所示。

另外還包括交通部的預(yù)算申請(qǐng)9180萬美元，用于在2023財(cái)年運(yùn)營民用GPS增強(qiáng)系統(tǒng)（WAAS）。其中包括1000萬美元的投資用于提高PNT的彈性和安全性。

1.GPS III

GPS III衛(wèi)星共計(jì)10顆，其將補(bǔ)充并最終取代目前的GPS衛(wèi)星星座，維持能力并提供新的信號(hào)。較之前的衛(wèi)星，GPS III精度提升了3倍，抗干擾能力提升了8倍，并全面兼容M碼，另外還增加了新的L1C民用信號(hào)，與歐洲的伽利略全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)兼容，將提供更廣泛的民用用戶連接。截止到2021年5月，太空軍已經(jīng)接收了5顆GPS III衛(wèi)星的運(yùn)行。

GPS III項(xiàng)目目前狀態(tài)是已經(jīng)完成了前五顆衛(wèi)星的運(yùn)行驗(yàn)收工作，且完成了SV06、SV07、SV08號(hào)衛(wèi)星的發(fā)射前準(zhǔn)備工作，而SV09衛(wèi)星正在進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)測(cè)試。后續(xù)將主要完成SV10衛(wèi)星的組件交付和安裝工作。

2.GPS IIIF

GPS IIIF旨在提供增強(qiáng)的區(qū)域軍事保護(hù)信號(hào)以及對(duì)搜救服務(wù)的支持。美空軍在完成關(guān)鍵設(shè)計(jì)評(píng)審的基礎(chǔ)上，在開發(fā)或測(cè)試任何GPS IIIF衛(wèi)星之前，于2020年7月做出了GPS IIIF里程碑C的決定。第一次發(fā)射預(yù)計(jì)在2026年，隨后在接下來的十年中再發(fā)射21顆GPS IIIF衛(wèi)星。目前到2028年前，將完成1顆衛(wèi)星的發(fā)射任務(wù)和另外3顆衛(wèi)星的研制任務(wù)。

GPS IIIF項(xiàng)目目前狀態(tài)是完成了綜合基線審查(IBR)、實(shí)施設(shè)計(jì)評(píng)審(IDR)，以及4顆衛(wèi)星的采辦合同授予。后續(xù)將保障2026年前，SV11和SV12衛(wèi)星具備發(fā)射能力。

1.“下一代運(yùn)行控制系統(tǒng)”

“下一代運(yùn)行控制系統(tǒng)”(OCX)將取代目前的地面控制系統(tǒng)，升級(jí)目前的GPS主控制站以及世界各地的監(jiān)測(cè)站，包括OCX Block 0、OCX Block 1、OCX Block 2。OCX Block 0將提供發(fā)射和檢驗(yàn)系統(tǒng)，并支持GPS III衛(wèi)星的初始測(cè)試，并提供現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)安全能力。OCX Block 1和OCX Block 2將為前代衛(wèi)星和GPS III衛(wèi)星提供指揮和控制，對(duì)當(dāng)前和現(xiàn)代化信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，以及具備全面M碼廣播能力。

截止到2021年7月，“下一代運(yùn)行控制系統(tǒng)”已經(jīng)完成所有17個(gè)監(jiān)測(cè)站的部署，正在進(jìn)行系統(tǒng)集成和驗(yàn)證工作，以具備2022年第四季度完成運(yùn)營準(zhǔn)備工作。下圖描述了完整的監(jiān)控站網(wǎng)絡(luò)。

OCX 3F由雷聲公司負(fù)責(zé)開發(fā)，將升級(jí)OCX能力，以控制和使用GPS IIIF空間段和軍用GPS用戶設(shè)備增量2能力。

OCX 3F目前狀態(tài)是計(jì)劃修改OCX Block 1和2軟件基線自適應(yīng)架構(gòu)，以增強(qiáng)發(fā)射和控制GPS IIIF衛(wèi)星的能力，計(jì)劃將于2027年第三季度運(yùn)行驗(yàn)收。

軍用GPS用戶設(shè)備（MGUE）增量1計(jì)劃為作戰(zhàn)人員提供具有GPS軍用碼（M碼）功能的GPS接收機(jī)，配套GPS現(xiàn)代化的改進(jìn)，可增強(qiáng)抗干擾和抗欺騙能力。其將開發(fā)兩種類型的M碼卡，一種用于地面平臺(tái)，另一種用于空中和海上平臺(tái)。L3哈里斯公司獲得了開發(fā)地面平臺(tái)M碼卡的合同，而BAE和雷聲公司分別獲得了開發(fā)地面平臺(tái)M碼卡和空中/海上平臺(tái)M碼卡的合同。M碼卡需滿足相應(yīng)軍種的作戰(zhàn)測(cè)試才能實(shí)現(xiàn)計(jì)劃里程碑。

軍用GPS用戶設(shè)備增量1目前僅僅完成了美海軍陸戰(zhàn)隊(duì)聯(lián)合輕型戰(zhàn)術(shù)車輛（JLTV）現(xiàn)場(chǎng)用戶評(píng)估（FUE）工作，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于進(jìn)度安排。后續(xù)的主要工作是GPS接收應(yīng)用模塊（標(biāo)準(zhǔn)/手持）技術(shù)需求認(rèn)證以及主要平臺(tái)研發(fā)試驗(yàn)/作戰(zhàn)試驗(yàn)。

美空軍于2018年11月批準(zhǔn)了軍用GPS用戶設(shè)備增量2的采購戰(zhàn)略，主要是針對(duì)兩個(gè)中間件快速原型的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。首先是開發(fā)適用于微型串行接口接收機(jī)板卡（MSI）的下一代專用集成電路，其次是開發(fā)手持式GPS接收器。

軍用GPS用戶設(shè)備增量2后續(xù)將集中在微型串行接口接收機(jī)板卡的接收卡和手持設(shè)備兩個(gè)方面相繼完成初步設(shè)計(jì)評(píng)審、關(guān)鍵設(shè)計(jì)評(píng)審、原型樣機(jī)、合格測(cè)試和最終作戰(zhàn)演示，預(yù)計(jì)最終于2026年第四季度達(dá)到初步作戰(zhàn)能力。

GPS現(xiàn)代化項(xiàng)目雖然取得眾多成就，但是每個(gè)部分都面臨著巨大的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)前狀況是空間部分接近M碼廣播的全面運(yùn)行能力，地面段預(yù)計(jì)將在2023年初獲得全部M碼能力，而用戶段M碼用戶設(shè)備進(jìn)度依然大幅度滯后。

GPS IIIF衛(wèi)星開發(fā)導(dǎo)航有效載荷方面遇到了技術(shù)挑戰(zhàn)，其在建立提供GPS信號(hào)的飛行任務(wù)數(shù)據(jù)單元的六個(gè)開發(fā)版本時(shí)遇到了技術(shù)挑戰(zhàn)，為了解決該設(shè)備的技術(shù)問題，不得不重新設(shè)計(jì)一個(gè)關(guān)鍵子部件的集成電路。該項(xiàng)目因此經(jīng)歷了約11個(gè)月的延遲，造成了衛(wèi)星交付延遲的風(fēng)險(xiǎn)。目前太空軍需要通過調(diào)整測(cè)試計(jì)劃以緩解目前交付的第一顆GPS IIIF衛(wèi)星可能出現(xiàn)的延誤問題。

“下一代運(yùn)行控制系統(tǒng)”目前經(jīng)歷著進(jìn)度延誤和成本增長(zhǎng)的問題。自2020年1月以來，該計(jì)劃將該系統(tǒng)的交付推遲了16個(gè)月，成本增長(zhǎng)達(dá)3.79億美元。其中主要原因如下：一是更換原始服務(wù)器硬件導(dǎo)致推遲了10個(gè)月；二是由于新冠肺炎大流行導(dǎo)致了2個(gè)月的延遲；三是軟件開發(fā)工作以及世界各地監(jiān)測(cè)站安裝的升級(jí)等方案確定是導(dǎo)致了12個(gè)月的延遲。而后續(xù)軟件測(cè)試和驗(yàn)收測(cè)試所受到的影響暫時(shí)難以評(píng)估。

用戶段的核心內(nèi)容是M碼卡的研制和應(yīng)用，而問題也集中于此：一是MGUE設(shè)備使用的ASIC存在采購過早存在后期集成風(fēng)險(xiǎn)問題，并未考慮M碼卡的實(shí)際需求以及其是否能準(zhǔn)確反映所有系統(tǒng)的要求，并且其跨系統(tǒng)兼容性也有待檢驗(yàn)；二是M碼卡在相關(guān)平臺(tái)無法正確解析M碼的授時(shí)信號(hào)，存在一定技術(shù)缺陷，另外官方也增加了相應(yīng)技術(shù)要求導(dǎo)致進(jìn)度將大大延后；三是M碼接收機(jī)的試驗(yàn)和應(yīng)用相應(yīng)推遲；四是PNT數(shù)據(jù)庫中基于M碼現(xiàn)代化的信息是不完整的、且質(zhì)量和準(zhǔn)確性也存在問題。 

美太空軍系統(tǒng)司令部考慮將GPS采購作為一個(gè)整體來考慮，而不是僅在空間段、地面控制段和用戶段的單個(gè)采購計(jì)劃層面解決風(fēng)險(xiǎn)。這種戰(zhàn)略級(jí)的風(fēng)險(xiǎn)方法確認(rèn)需要跨項(xiàng)目進(jìn)行協(xié)調(diào)，并將采取以下方法解決GPS戰(zhàn)略面臨的風(fēng)險(xiǎn)：

1.推進(jìn)風(fēng)險(xiǎn)管理流程

美太空軍系統(tǒng)司令部制定了一項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)管理計(jì)劃，定義了風(fēng)險(xiǎn)容忍度、風(fēng)險(xiǎn)流程和風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施。根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)管理計(jì)劃，主要有兩項(xiàng)措施應(yīng)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)。一是通過風(fēng)險(xiǎn)委員會(huì)和工作組的定期會(huì)議，討論和審查風(fēng)險(xiǎn)，評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)嚴(yán)重性，并做出決定，以應(yīng)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)；二是通過風(fēng)險(xiǎn)登記簿，以確定戰(zhàn)略級(jí)風(fēng)險(xiǎn)并計(jì)劃減輕影響，并針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)制定緩解計(jì)劃，以及確定負(fù)責(zé)采取相應(yīng)步驟的具體實(shí)體。截至2022年1月，有13個(gè)風(fēng)險(xiǎn)被確定為戰(zhàn)略級(jí)風(fēng)險(xiǎn)，其余風(fēng)險(xiǎn)被歸類為計(jì)劃級(jí)風(fēng)險(xiǎn)。戰(zhàn)略級(jí)風(fēng)險(xiǎn)有一個(gè)與M碼的可用性有關(guān)。

2.健全評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)應(yīng)對(duì)進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)

美太空系統(tǒng)司令部對(duì)照國防部采購項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)來衡量GPS戰(zhàn)略的進(jìn)展情況，一是通過比對(duì)批復(fù)的成本、進(jìn)度和性能參數(shù)，滿足用戶期望和最終能力目標(biāo)；二是通過簡(jiǎn)化的GPS戰(zhàn)略路線圖識(shí)別進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)。

3.促進(jìn)GPS采購項(xiàng)目之間協(xié)調(diào)的組織結(jié)構(gòu)

美太空系統(tǒng)司令部建立了旨在促進(jìn)方案間溝通和GPS業(yè)界內(nèi)部合作的結(jié)構(gòu)。一是通過設(shè)立定位導(dǎo)航授時(shí)任務(wù)集成委員會(huì)，促進(jìn)基于GPS采購計(jì)劃的GPS戰(zhàn)略集成問題溝通；二是制定GPS戰(zhàn)略的優(yōu)先事項(xiàng)清單，為即將到來的任務(wù)節(jié)點(diǎn)做規(guī)劃工作。三是特許了一些特定于GPS的定位導(dǎo)航授時(shí)戰(zhàn)略能力集成產(chǎn)品團(tuán)隊(duì)，以進(jìn)行跨方案規(guī)劃和合作，以交付特定的GPS能力。

4.解決GPS現(xiàn)代化數(shù)據(jù)庫中的信息監(jiān)督

美國防部首席信息官開發(fā)并監(jiān)管了該數(shù)據(jù)庫，以幫助國防部對(duì)各軍種的PNT進(jìn)行現(xiàn)代化改造的進(jìn)展進(jìn)行監(jiān)控。目前已經(jīng)采取了積極的措施來提高數(shù)據(jù)質(zhì)量。最近對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行的更改包括：一是增加了一個(gè)用來指定優(yōu)先武器系統(tǒng)的區(qū)域；二是完善審查數(shù)據(jù)的完整性；三是強(qiáng)制更新數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)字段以更新數(shù)據(jù)的可用性。隨著軍用GPS用戶設(shè)備增量1計(jì)劃的完善，數(shù)據(jù)庫信息將更穩(wěn)定和完整。

1.從M碼卡的兩頭解決下一代專用集成電路采購批量采購和優(yōu)先武器系統(tǒng)配屬籌備問題

M碼卡的研制需要大量的下一代專用集成電路芯片進(jìn)行支持，而其試驗(yàn)和部署則需要優(yōu)先武器系統(tǒng)進(jìn)行部署和驗(yàn)證，因此將從M碼的上游和下游提早進(jìn)行相關(guān)工作的籌備。從下一代專用集成電路的采購看，美國防部正計(jì)劃通過國防后勤局批量采購采購近100萬個(gè)下一代專用集成電路，美陸軍則單獨(dú)采購了大約20萬個(gè)下一代專用集成電路，以滿足M碼集成的需要，其將滿足跨系統(tǒng)兼容，為M碼卡交付和應(yīng)用提供基礎(chǔ)；從優(yōu)先武器系統(tǒng)的選型和籌備看，從具體機(jī)密作戰(zhàn)方案的需要以及所涉武器系統(tǒng)的預(yù)期壽命出發(fā)，美國防部已經(jīng)確定了50個(gè)M碼現(xiàn)代化的優(yōu)先武器系統(tǒng)，主要是彈藥和航空系統(tǒng)，為未來的挑戰(zhàn)做好準(zhǔn)備。

2.采取替代系統(tǒng)先期實(shí)施M碼能力

美陸軍針對(duì)M碼交付能力大大滯后的問題，正在為地面車輛、士兵和彈藥開發(fā)一些不同的M碼接收器。其采用多定位導(dǎo)航授時(shí)接收器，使用M碼衍生卡，包括車輛可靠定位導(dǎo)航授時(shí)系統(tǒng)（MAPS）、單兵定位導(dǎo)航授時(shí)系統(tǒng)（DAPS）。另外，美陸軍預(yù)計(jì)將在2022年財(cái)政年度結(jié)束時(shí)完成M碼裝備的精確制導(dǎo)彈藥的開發(fā)測(cè)試，其正計(jì)劃使用各種衍生卡，為其他彈藥和發(fā)射器提供M碼能力。

3.平衡優(yōu)先事項(xiàng)和各軍兵種部署M碼能力的矛盾

各軍兵種通過制定在優(yōu)先系統(tǒng)上安裝和部署M碼接收器的秘密計(jì)劃，并在不同程度上朝著實(shí)現(xiàn)這些計(jì)劃的方向邁進(jìn)，具體有以下解決措施：一是同步進(jìn)行M碼卡的性能測(cè)試和武器適配性測(cè)試，以提高利用效率；二是基于脫節(jié)的部署計(jì)劃提供專項(xiàng)資金以追趕進(jìn)度；三是通盤考慮試裝武器系統(tǒng)的具體調(diào)度需求；四是盡快部署完整一致的定位導(dǎo)航授時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)庫用于后續(xù)各軍兵種的作戰(zhàn)試驗(yàn)。

從目前GPS現(xiàn)代化的現(xiàn)狀看，空間段除了少量技術(shù)問題需要進(jìn)行攻克外基本完成了全能力部署，地面控制段也將于2023年中段實(shí)現(xiàn)初步能力部署，而用戶段由于M碼用戶設(shè)備的交付延遲和定位導(dǎo)航授時(shí)數(shù)據(jù)庫缺乏等原因遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于進(jìn)度，其對(duì)美國防部制定相關(guān)決策造成了一定的影響。

M碼用戶設(shè)備交付延遲直接造成了后續(xù)試驗(yàn)的推遲，主要包含板卡級(jí)軟硬件測(cè)試、技術(shù)需求驗(yàn)證、武器系統(tǒng)板卡研制試驗(yàn)、作戰(zhàn)試驗(yàn)鑒定以及平臺(tái)板卡適配性作戰(zhàn)試驗(yàn)等，其中與武器系統(tǒng)的適配將是難點(diǎn)，且影響廣泛，使得M碼卡形成能力尚需時(shí)日。另外，為了配合其盡快形成能力，政府問責(zé)局建議M碼設(shè)備確定可用后，軍方應(yīng)確定優(yōu)選武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)測(cè)試計(jì)劃。同時(shí)，美國防部和陸、海、空等軍種應(yīng)保持足額開支支持定位導(dǎo)航授時(shí)數(shù)據(jù)庫完整性，以保障后續(xù)作戰(zhàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的保存和可追溯性，也可為其他軍種和平臺(tái)共享，以加快其作戰(zhàn)試驗(yàn)和能力形成的過程。

導(dǎo)航戰(zhàn)技術(shù)著重解決攻防兩端對(duì)導(dǎo)航源的爭(zhēng)奪問題，美軍視導(dǎo)航戰(zhàn)為電磁戰(zhàn)和網(wǎng)絡(luò)空間戰(zhàn)等新興作戰(zhàn)樣式的重要組成部分，GPS現(xiàn)代化戰(zhàn)略對(duì)于美國實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航戰(zhàn)體系對(duì)抗的優(yōu)勢(shì)地位具備核心涵義。但目前M碼能力交付大幅落后，則使美軍軍事作戰(zhàn)平臺(tái)的GPS軍事應(yīng)用的可信性和彈性能力不能達(dá)到預(yù)期，相關(guān)試驗(yàn)的滯后也使其真正應(yīng)用大大滯后。

GPS現(xiàn)代化戰(zhàn)略基于美國現(xiàn)有的GPS系統(tǒng)進(jìn)行了功能、性能上的升級(jí)，并進(jìn)行了軍用M碼能力的設(shè)計(jì)和改造，對(duì)美國發(fā)展其以GPS為核心的彈性可靠的定位導(dǎo)航授時(shí)體系具備積極意義，但受制于M碼能力研制和部署的滯后，其形成能力尚需時(shí)日。當(dāng)其形成完全能力時(shí)，將逐漸使導(dǎo)航戰(zhàn)這一構(gòu)想形成現(xiàn)實(shí)，為美軍聯(lián)合作戰(zhàn)和全域作戰(zhàn)的實(shí)施提供重要支撐保障。