衛星導航系統發展現狀及前景展望

盧鋆 張弓 陳谷倉 高為廣 宿晨庚

(1 北京跟蹤與通信技術研究所, 北京 100094)(2 北京空間飛行器總體設計部, 北京 100094)(3 中國衛星導航系統管理辦公室, 北京 100094)

當前，各主要航天大國均在積極發展衛星導航系統，包括我國北斗系統(BeiDou Navigation Satellite System，BDS)、美國全球定位系統(Global Positioning System，GPS)、俄羅斯格洛納斯(GLONASS)以及歐洲伽利略(Galileo)四大全球衛星導航系統，以及印度導航星座(Navigation with Indian Constellation，NavIc)和日本準天頂衛星系統(Quasi-Zenith Satellite System，QZSS)兩個區域系統，均已向用戶提供服務[1]。北斗2018年12月完成基本系統建設，并開通了全球服務。2020年6月23日，我國在西昌衛星發射中心成功發射第55顆北斗導航衛星，北斗全球星座部署圓滿收官，并將提供更加多樣的定位、導航與授時服務(PNT)。

為持續提升服務性能、滿足用戶更加專業和多元的需求，各衛星導航系統均加緊推動新一代規劃部署，我國也正在積極論證下一代北斗系統發展，推動構建以北斗為核心基石的更加泛在、更加融合、更加智能的綜合時空體系[2-4]。基于此，本文系統梳理了各國衛星導航系統最新進展和后續計劃，分析了各衛星導航系統的技術演變特點和發展趨勢，重點從高性能服務趨于標配、彈性對抗成為發展重點、多功能聚合逐漸成為新方向、兼容互操作是今后GNSS合作共用的主流趨勢等方面進行了綜合論述，并提出了對我國北斗衛星導航系統的發展建議，以期對北斗系統的后續工作提供參考。

1 各國GNSS進展及特點

1.1 美國GPS系統

1)持續提升GPS性能，極力保持領先地位

目前，GPS系統空間段共有31顆在軌工作衛星(截至2020年4月)，包括11顆GPS-IIR衛星、7顆GPS-IIRM衛星、12顆GPS-IIF衛星和1顆GPS-III衛星(還有1顆GPS-III衛星在軌測試)。隨著GPS系統發展和衛星升級換代，系統保持連續穩定運行，服務精度不斷提升，目前空間信號精度均值為0.51 m。值得注意的是，衛星工作壽命遠遠超出預期，如1990-1997年發射的GPS-IIA衛星，近期有2顆剛設置為不健康狀態，在軌工作壽命達26年，衛星壽命長一定程度上體現了美國導航衛星研制的能力水平，一方面也限制了其星座的快速升級和新信號的全球部署。如首顆播發新的軍用M碼信號衛星發射至今已15年，還未達到滿星座狀態；首顆發射面向生命安全用戶的民用L5信號衛星發射至今10年，在軌衛星僅14顆[5-6]。

2018年12月，美國啟動新一代GPS III系統部署，包括10顆GPS III衛星和22顆GPS IIIF衛星。目前，已發射兩顆GPS III衛星，計劃2023年完成10顆GPS III衛星部署，2026年發射首顆GPS IIIF衛星，2034年完成部署。GPS III系統能力全面升級，衛星載荷數字化程度大幅提高，GPS III、IIIF衛星數字化程度分別可達70%、100%，信號精度提升到當前的3倍，信號完好性、抗干擾能力進一步提升，具有導航信號關閉、增加和調整的在軌可重編程功能。配置高速星間鏈路，以確保在GPS海外站被摧毀或者喪失能力時，系統安全穩定運行。同時，配置更高性能的星載原子鐘，增加第4個民用互操作信號L1C、新的激光反射器(以提高定軌能力)、L頻段搜救載荷、新設計的核爆探測載荷等。衛星壽命15年。同時，美國也啟動了GPS運行控制系統賽博安全能力的研發部署，加快升級改造現有地面運控系統，包括下一代運行控制系統(Next Generation Operational Control System，OCX)的升級[7-8]。通過星地能力全面升級，鞏固和強化美國在全球衛星導航領域的主導地位和優勢。此外，美在推動公開信號空間服務域(Space Service Volume，SSV)的同時，也提出了軍碼SSV的空間現代化倡議。

2)與銥星系統融合服務，提供獨立備份定位授時能力

美國波音公司、斯坦福大學基于低軌通信星座對類GPS低軌衛星導航系統、高完好性GPS(iGPS)進行了深入研究。iGPS修改了銥星下行信號體制，利用空閑通信時隙和頻率資源播發測距信號，并調制銥星衛星和GPS衛星的導航電文，通過將多個窄帶信號擴展為寬帶信號，提升測距精度。從目前公開的文獻來看，iGPS并沒有在低軌通信星座中實現，而是采用了Satelles公司設計的信號體制。

美國GPS與新一代銥星系統融合，通過銥星播發導通信號，提供STL(Satellites Time and Location)服務。根據Satelles公司發布的最新測試結果，STL信號較GPS信號增強30～40 dB，定位精度30～50 m[9]，授時精度200 ns，能提升復雜電磁環境下衛星導航服務的可用性，并在服務拒止情況下提供備份手段。

3)重啟導航新技術試驗計劃，在軌驗證新概念和新技術

美國積極探索未來衛星導航新概念、新技術，特別是彈性PNT技術，時隔近40年再次啟動導航技術衛星試驗項目，計劃2023年發射導航技術衛星-3(NTS-3)衛星(GEO)。NTS-3衛星驗證多層彈性PNT體系概念與技術，主要包括3方面：①搭載先進的光銣鐘和冷原子銫鐘，性能較GPS III衛星原子鐘分別提升3倍、5倍；②配置在軌可編程數字波形生成器、高增益天線、氮化鎵高功率放大器等，進行信號靈活調整和功率增強技術驗證；③進行新型星間鏈路技術驗證，旨在僅利用美國本土地面站實現系統運行控制，增強系統的彈性和抗毀性。

1.2 俄羅斯GLONASS系統

1)重建服務體系，提供多層次精度服務

目前，空間段共有30顆在軌衛星(截至2020年4月)，包括3顆GEO衛星、27顆MEO衛星，其中MEO衛星，在軌運行24顆(包括2019年12月和2020年3月發射的兩顆衛星)，在軌備份2顆，在軌測試或維護1顆。

GLONASS系統在前期僅提供RNSS服務基礎上，將差分改正與監測系統(SDCM)、地面增強設施等納入體系，可為各類用戶提供不同精度的4類民用服務，包括水平5 m、高程9 m的基本開放服務、1 m的星基增強服務、0.1 m的精密單點定位(PPP)服務、0.03 m的相對測量導航(基于載波相位測量和地面參考站)服務。

2)加速衛星更新換代，持續提升系統性能

GLONASS系統現代化的MEO衛星按照GLONASS-M、GLONASS-K、GLONASS-K2三個版本演進。2025年開始，使用GLONASS-K、GLONASS-K2衛星，2030年前發射26顆全新GLONASS-K2衛星，在軌完全替代現有GLONASS-M衛星。GLONASS-K2衛星，采用2個相控陣天線播發FDMA/CDMA信號，播發3個頻點的CDMA民用信號，加強與其他GNSS兼容互操作；配置激光星間鏈路和更高精度原子鐘，支持高頻度的星歷和鐘差數據更新；搭載激光發射器、搜救等載荷。GLONASS現代化衛星演進如表1所示[10-11]。

表1 GLONASS現代化衛星演進Table 1 Evolution of GLONASS satellites

3)構建中高軌混合星座，提供差異化多樣服務

俄羅斯加快MEO衛星更新換代的同時，計劃增加IGSO和GEO衛星，構建GLONASS混合星座，全面提升系統性能。2020年開始，擬用3顆Luch-5M GEO衛星，替代現有SDCM 3顆衛星，并在160°E增加1顆GEO衛星，實現雙頻多星座增強，并進一步擴展地面監測資源，從25個國內站、10個海外站，增加到45個國內站、12個海外站。2025年前，發射6顆IGSO軌道的GLONASS-B衛星，播發L1OC、L2OC、L3OC信號，東半球服務性能將提高25%。衛星基于GLONASS-K平臺，3個軌道面，2條星下點軌跡，軌道傾角64.8°，偏心率0.072，運行周期23.9 h。

1.3 歐洲伽利略系統

1)加快完善組網部署，提供高性能多樣化服務

目前，Galileo系統空間段共有26顆在軌衛星(截至2020年4月)，包括4顆在軌驗證(IOV)衛星，22顆完全運行能力(FOC)衛星。自2016年提供全球初始運行服務以來，系統運行不斷穩定和完善，空間信號精度不斷提升，目前已達0.25 m；計劃2020年具備完全運行服務能力。2019年，Galileo系統因精密時間設施相關問題，出現長達110多小時的服務中斷，可靠性受到業界和廣大用戶質疑。后續，隨著衛星陸續到壽，伽利略2020-2024年還將發射12～14顆衛星，近一步提升系統性能和可用性[12-13]。Galileo在軌衛星狀況如圖1所示。

圖1 Galileo在軌衛星狀況Fig.1 Galileo current constellation

Galileo系統服務多樣，目前已提供公開服務(伽利略E1C與GPS L1C為美歐聯合設計的互操作信號)、公共特許服務、搜救服務。2020年后，還將逐步增加公開服務信息認證、商業授權認證服務、緊急告警服務、全球20 cm精密單點定位服務，覆蓋高安全、高精度、高效信息播發等不同范疇，可滿足各類用戶的多樣化需求。

2)規劃部署第二代伽利略系統，系統能力全面升級

Galileo系統積極規劃部署第二代伽利略系統(G2G)，計劃2025年開始發射4～8顆過渡衛星，2027年開始發射第二代伽利略衛星，2035年具備全面運行能力。第二代Galileo系統將提供更高的精度、完好性和連續性；具備自主運行、抗干擾、抗欺騙能力；衛星壽命更長；系統與服務更加安全；同時具有更好的兼容與可擴展性。同時，系統還將演進發展以下服務：重構改進信號提高服務性能(首次定位時間、精度、安全認證等)、高級授時服務、空間服務域(SSV)、基于反向鏈路的新型搜救服務、電離層預報服務、面向生命安全用戶的高級接收機自主完好性監測服務。

3)基于Kepler計劃研發，開展前沿技術在軌試驗

歐洲德國航空航天中心(DLR)、波茨坦地學中心(GFZ)等單位正在聯合開展Kepler系統的研發，Kepler星座由4～6顆LEO衛星組成，采用激光星間鏈路、光鐘和光頻梳建立更高精度的天基時間基準，極大減少對地面的依賴，可僅一個地面站維持星座自主運行；雙向激光鏈路完成測量、時間同步和通信，實現厘米級定軌，MEO無需配置原子鐘實現長期運行，完好性告警時間3 s。計劃2023年、2025年，分別在LEO和MEO衛星上進行試驗。

1.4 中國北斗系統

北斗三號全球系統于2017年11月發射首顆組網衛星，至今共完成18箭30星發射，包括24顆MEO衛星、3顆IGSO衛星和3顆GEO衛星。2020年6月23日，組網部署的最后一顆衛星發射成功，標志著北斗全球系統星座部署圓滿完成。

北斗三號全球系統采用混合星座構型，播發B1、B2、B3三個頻點信號，服務高度聚合[14]，如表2所示。

表2 BDS信號及其對應服務Table 2 BDS signals and corresponding services

后續將繼續提升系統能力和服務性能，進一步推動高精度、高完好、導通融合等多樣化特色服務在全球落地，為未來智能化、無人化發展提供核心支撐。

1.5 日印區域導航系統

1.5.1 日本QZSS系統

目前，QZSS空間段由3顆QZO衛星和1顆GEO衛星組成，均在軌工作，具體信息見表3所示。主要在日本及附近區域實現對GPS的補充和增強，與GPS、伽利略等信號和服務兼容互操作程度均很高。

表3 QZSS當前星座構成Table 3 QZSS current constellation

播發9種信號，提供7類公開服務，包括與GPS民用信號完全兼容的PNT服務、星基增強服務、亞米級增強服務、厘米級增強服務(Centimeter Level Augmentation Service，CLAS)、災害與危機管理衛星報告服務(Satellite Report for Disaster and Crisis Management，DC Report)、星基增強服務、定位技術驗證服務(Positioning Technology Verification Service，PTV)、QZSS安全確認服務(QZSS Safety Confirmation Service，Q-ANPI)，見表4。其中，采用PPP-RTK體制的CLAS服務，是其在精度增強方面的最大亮點和特色[15]。

表4 QZSS信號及其對應服務Table 4 QZSS signals and corresponding services

QZSS將于2020年發射QZS-1R衛星，取代2010年發射和使用至今的QZS-1衛星。2022年至2023年，將發射另外3顆QZSS衛星(QZS-5、QZS-6和QZS-7)，最終建設完成由7顆衛星組成的完整系統，覆蓋區域將大幅擴展，精度進一步提升，并具備授權安全認證等反欺騙手段。

1.5.2 印度NavIC系統

系統由3顆GEO衛星和4顆IGSO衛星組成，在L5、S頻段提供標準定位服務和授權服務，覆蓋印度及其島嶼周邊地區；同時，增加了短消息服務，支持通過互聯網的網絡接口發送短消息。目前，7顆衛星均已在軌工作，2016年已開通服務。2017年，NavIC系統遭遇嚴重問題，7顆在軌衛星共21臺銣原子鐘，有7臺出現故障，嚴重影響了系統的穩定運行。

后續，擬增加4顆IGSO衛星。經分析仿真，服務區域將擴大至30°S～50°N、30°E～130°E，服務區可見衛星數量增加到至少6顆，進一步提升導航服務精度和連續性；同時，計劃增加L1C民用互操作信號，與其他GNSS系統同頻點信號實現兼容互操作。此外，新的NavIC衛星上，將搭載搜救載荷。NavIC系統覆蓋區域和可見衛星數如圖2所示。

圖2 NavIC系統覆蓋區域和可見衛星數Fig.2 Coverage area and number of visible satellites for NavIC system

2 發展趨勢分析

2.1 高性能服務趨于標配

隨著全球用戶對高性能定位導航授時服務需求的不斷增加，以及技術的發展進步，高精度、高完好逐漸成為衛星導航系統的標配。

高精度服務方面，各系統在其建設發展中通過增加衛星數量、配置更高性能的原子鐘、擴展監測站數量和范圍、優化改進精密定軌和時間同步等模型和算法等，不斷提升定位精度。目前的四大全球系統空間信號精度(SISRE)實測結果見表5，北斗、Galileo系統以及較新的GPS IIF、GPS III衛星相當，均小于1 m；GPS IIR，GPS IIR-M衛星由于在軌時間較長，空間信號精度較新的衛星差，約為1～3 m；GLONASS系統空間信號精度約為2～6 m。同時，各系統還在進一步提升空間信號精度，逐步逼近理論極限。此外，各系統還可提供更高精度的精密單點定位服務，包括北斗提供基于B2b信號的靜態厘米級、動態分米級PPP服務；Galileo系統提供基于E6B信號的全球PPP服務，定位精度20 cm；俄羅斯提供0.1 m的PPP服務；日本QZSS以密集地面站為基礎提供快速收斂(1 min)的厘米級PPP服務[16-18]。

表5 全球系統空間信號精度Table 5 Signal in Space (SIS) performance of global satellite navigation systems

高完好性服務方面，各大系統更加注重用戶的使用安全和應用體驗，將衛星或地面完好性監測作為標準配置，并向雙頻多星座發展。如北斗自嵌有生命安全領域的星基增強服務，俄羅斯已經將SDCM納入到GLONASS體系，并將用全新的4顆GEO衛星替代現有衛星；日本QZSS一體化規劃和提供SBAS服務；新一代GPS和Galileo衛星也考慮了自主完好性監測和告警能力[19]。

2.2 彈性對抗成為發展重點

PNT服務更加強調彈性和靈活性，提升復雜電磁環境下服務可用性，降低對全球地面站的依賴，提升系統自主運行能力，并尋求服務拒止情況下的備份手段和能力。

(1)提升軍民用服務的彈性和能力。為更好的滿足復雜電磁環境下，特別是軍事任務不斷變化的使用需求，各大系統特別是美國GPS將衛星載荷數字化、高功率、抗干擾、抗欺騙作為新的增量予以重點發展。如，GPS IIIF衛星將大幅提升點波束功率增強能力，全球范圍內可在指定范圍區域實施針對性功率增強；采用在軌可重編程的數字化載荷，數字化率達到100%；NTS-3衛星將配置高增益天線，具備受到攻擊、空間環境擾動以及其他干擾后可恢復(彈回)功能。新一代GLONASS-K2衛星，整星功率較GLONASS-K衛星提高近3倍；第二代Galileo系統也重點考慮了抗干擾以及安全認證抗欺騙，鑒于衛星導航在國防和經濟社會命脈的廣泛應用，保安全、抗欺騙，不單是授權信號，也涵蓋開放信號。

(2)發展高速星間鏈路，提升自主運行能力。為進一步降低對地面的依賴，提升系統安全性，各系統進一步發展星間鏈路，通過星間測量和傳輸，提升系統服務能力。如，GPS在現有星間鏈路基礎上，進一步升級能力，在具備自主運行能力的同時，降低對海外站的依賴，實現僅依賴國內站情況下對對星座的實時監控和全網操作；新一代GLONASS-K2衛星將增加激光星間鏈路；Galileo系統，也計劃在下一代衛星上配置星間鏈路，自主運行成為新一代系統的重要技術特征[20]；星間鏈路發展情況如表6所示。

表6 星間鏈路發展情況Table 6 Development of inter satellite link

(3)通過多系統多手段體系融合，提升系統彈性。各國正在考慮通過融合低軌衛星星座等手段來提升系統的彈性。如美國充分挖掘低軌衛星系統在導航備份方面的作用，與新一代銥星系統融合，提供STL獨立備份PNT能力；歐洲提出的增加低軌Kepler衛星，采用激光星間鏈路，光鐘和光頻梳建立更高精度天基時間基準，也是希望通過增加低軌衛星對Galileo中軌星座自主運行的支持。

2.3 多功能聚合成為競技新方向

為了更好滿足多元化用戶需求，多功能高度聚合、提供特色服務，已成為各衛星導航系統競技的新方向。目前，各導航系統多功能聚合情況如表7所示。北斗系統多功能聚合特色明顯，其它幾大全球系統，GPS在新一代衛星中搭載搜救和新設計的核爆探測載荷；伽利略系統未來還將逐漸推出公開服務導航信息認證、商業授權認證和緊急告警等特色服務；GLONASS后續衛星計劃提供搜救服務。兩個區域系統，QZSS通過L1S信號提供DC報告服務，防災組織可發送諸如地震、海嘯等災害信息，也可以發布緊急疏散等相關指令信息；使用QZS-3衛星S頻段的Q-ANPI服務，可提供一種緊急信息傳送手段。利用QZS-2、QZS-3和QZS-4衛星上的L5S信號，還可通過國際合作為國際用戶提供PTV服務，支撐高精度定位新技術的星地試驗。NavIC系統也可提供導航服務和通信服務，并和地面互聯網互聯互通。

表7 各衛星導航系統多功能聚合情況Table 7 Multi-functional integration of satellite navigation system

相較于傳統的服務，各衛星導航系統的多樣化服務各具特色，而且根據用戶特點和需求進行了升級和改進。如北斗和伽利略系統的搜救服務，用戶的定位精度從傳統的搜索與救援衛星(SARSAT)系統的5 km提高到100 m，定位時間從以前30 min，提高到95%以上時間可在5 min內收到信標確認信息，縮短了遇險信標位置檢測時間；并且實現了反向鏈路，可向用戶發送接收遇險電文的確認信息，提升了搜救效率和成功率。目前，北斗短報文服務正積極申請加入全球海上遇險與安全系統(Global Maritime Distress and Safety System， GMDSS)，2018年6月，國際海事組織批準北斗短報文服務加入GMDSS申請，后面將進一步由國際移動衛星組織開展技術與運營評估。

2.4 多服務兼容共用成為主流

隨著四大全球系統和兩個區域系統相繼提供全球服務，兼容與互操作成為多GNSS系統并存和提供聯合優質服務的重要要求。以RNSS服務為例，按照服務空域不同，分為近地服務域(TSV，8000 km以下)互操作、空間服務域(SSV，8000～36 000 km)和深空服務域(DSV)。

各大系統通過加強兼容互操作，可有效改善觀測幾何，提高全球任何地區的定位精度，提升全球導航服務可用性。以近地服務為例，四大系統及星座組合的三維位置幾何精度衰減因子(PDOP)值仿真結果如表8所示。根據表中的仿真結果，各星座系統聯合服務后，PDOP平均值可達到0.78，相較于單BDS，服務性能提升53.0%、相較于單GPS，服務性能提升51.3%、相較于GLONASS，服務性能提升59.6%、相較于單Galileo系統，服務性能提升54.3%。四大系統聯合服務，GNSS服務性能提升更加顯著。如考慮最壞情況，聯合服務后性能提升將更大。

表8 四大衛星導航系統及星座組合的PDOP值Table 8 PDOP for four satellite navigation systems and constellation combination

目前，北斗已實現與GPS的兼容互操作，與GLONASS的兼容，正在與美協調北斗B2a信號和GPS L5信號的互操作，以及與歐的頻率兼容；美歐、美日、歐日也都完成兼容互操作協調。美國新一代衛星上增加L1C信號，俄羅斯計劃在新一代衛星將增加L1OC、L2OC等信號，印度后續衛星將增加L1C信號，增強與其他系統兼容互操作。

近年來，空間活動不斷增多，空間和深空服務域互操作成為研究熱點。依靠單個系統，空間范圍的服務可用性較差，而通過多系統合作，可視衛星數量會大幅增加，能夠實現中高軌范圍乃至深空范圍的定位授時服務。2018年聯合國全球衛星導航系統國際委員會第十三屆大會，各系統共同協調編制的GNSS SSV互操作手冊正式發布，目前正在進一步研究DSV的互操作問題。

隨著服務多樣化發展，兼容共用范疇更加擴展，在RNSS基礎上，還逐步擴展到SBAS、SAR等各類服務。星基增強互操作工作組(SBAS IWG)，制定了多頻多星座(DFMC)SBAS的定義文檔和接口控制文件，從單頻單系統向雙頻多系統(DFMC)過渡，各系統根據文檔要求進行升級，實現各SBAS的兼容互操作，某種意義上實現SBAS服務全球覆蓋。各大系統搭載搜救載荷，從S頻段逐步轉到L頻段，通過頻率分配使用或協調實現兼容，通過共同進入COSPAS-SARSAT標準實現互操作，聯合為用戶提供更加可靠、便捷的搜救服務。

除星座互補、信號兼容互操作外，時間和坐標也是兼容與互操作的重要內容。各系統在電文中播發與協調世界時(UTC)的偏差，與UTC建立聯系，實現向UTC的統一溯源；各系統坐標系向最新版的國際地球參考框架(ITRF)對齊，并可在電文中播發與其他系統的時間偏差和坐標轉換參數。

3 結束語

目前，衛星導航已進入多系統共同服務嶄新時代，各大衛星導航系統都在積極規劃和部署后續的升級換代，實施新概念、新技術、新體系的在軌驗證。北斗系統即將全面建成，各衛星導航系統發展特點和趨勢對北斗系統的發展具有重要參考意義，結合本文分析，對北斗系統后續發展提出建議，具體如下。

1)全面提升以四性為核心的系統服務性能

各衛星導航系統全球同臺競技，提供全球領先的服務能力是每個GNSS努力的方向。目前，北斗三號在系統定位精度方面，得益于先進導航信號體制和獨具特色的混合星座方案，全球范圍與其他GNSS相當、亞太地區精度更高；服務可用性，隨著星座的完善逐步提升；連續性和完好性方面，有待系統滿星座運行后，進行長期檢驗和評估。

從目前各系統發展現狀和趨勢來看，全面提升系統服務精度、可用性、連續性、完好性是GNSS的發展之本。今年上半年，北斗完成最后一顆GEO衛星發射，形成滿星座完整運行能力。后續，應持續補充完善北斗三號星座，加強系統運行控制和管理，確保連續穩定高質量服務；同時，針對下一代系統發展，建議考慮增加如激光等新型星間鏈路，優化升級導航信號電文、編碼等，實現更高的測距和時間同步精度，配置更加先進、更高精度的星載鐘，搭載激光反射器，進一步提升定軌精度；增加衛星在軌壽命、可靠性和可重構能力，提升系統建設和維持的費效比。同時，結合國內低軌星座大發展的契機，利用低軌衛星幾何圖形變化快、全球天基覆蓋、成本低易于批量生產等特點進行低軌導航增強，實現北斗系統服務精度躍級發展，也可輔助可用性、完好性等性能的提升。

2)重點提升對用戶需求和任務變化的適應能力

用戶需求不斷演變，如何在不斷延長的衛星和星座生命周期內升級新技術、適應任務變化、提升系統服務的靈活性也是衛星導航系統發展的重要要求。空間段方面，應大幅提升衛星載荷的數字化程度，支撐信號的增加、關閉和靈活調整，使得操作者可快速開發和部署新信號，同時考慮開放和授權信號的賦形波束和點波束配置，提升信號功率和固放效率。增加激光等新型星間鏈路，在提升精度的同時，減少對地面的依賴，增強自主運行能力，實現少量地面站條件下或不依賴于地面的長期運行。地面段方面，提升地面段的智能化運維和網絡安全，確保在網絡攻擊情況下的安全性。為滿足不同用戶多樣化需求，可進一步擴展服務功能，更好地融合導航和通信功能，提升系統服務的聚合性，包括不同精度的PNT服務，以及不同速率用戶接入和信息分發的靈活性，實現服務功能的精細化、多樣化，提升國際競爭力。

3)大幅增強系統導航對抗攻防能力

未來，空間地面電磁環境日益復雜，有意或無意干擾將長期存在，由于衛星導航系統的先天脆弱性，以及衛星導航更多的應用于國防安全和經濟社會命脈各領域，其系統安全和對抗頑存能力就顯得尤為重要。下一步，應加強功率增強能力，實現全球范圍功率增強以及重點區域的指向性增強，實現區域可調、功率可調；對開放和授權信號，均增加相應安全認證手段，防止欺騙干擾；增強星座自主運行能力。此外，可與低軌通信衛星星座結合，充分利用其頻譜資源、功率資源、星地系統資源特點以及落地功率、信息傳輸速率高的優勢，提升室內和復雜環境下PNT服務的可獲得性，增強PNT服務的彈性。