印度NavIC：卫星导航系统战略自主
摘要
为实现本国在卫星导航系统领域的战略自主，印度于2006年开始研发建设本国独立的卫星导航系统。2018年，印度导航星座（NavIC）系统正式投入运营，成为与中国北斗系统、美国GPS系统、俄罗斯GLONASS系统、欧盟伽利略系统等并列的卫星导航系统，主要区别在于NavIC系统是仅覆盖印度本土及其周边地区的区域性系统。
目前，印度大力扩大NavIC在印度智能手机上的安装和使用。短期来看，由于智能手机制造商对研发和生产成本的担忧，政策能否有效推行还有待观察；长期来看，技术民族主义已成为当前科技企业全球扩张需要格外重视的地缘政治风险。
2023年4月13日，印度空间技术公司Elena Geo Systems在国防空间研讨会上展示了第一款由印度自主设计研发的NavIC芯片，该芯片能够结合本土卫星导航系统NavIC为高精度导航、定位和计时应用提供支持，该公司创始人兼首席技术官Velan称“该芯片将给印度带来巨大的优势，因为政府和私营部门都可以摆脱对美国GPS系统的依赖”。
为维护本国在卫星导航领域的战略自主，印度目前还正在努力扩大NavIC系统在智能手机等设备上的使用范围。
一、印度导航星座（NavIC）发展历程
印度导航星座（NavIC）是印度太空部下属的国家航天机构印度空间研究组织（ISRO）为军事和商业目的开发的印度区域导航卫星系统（IRNSS）的操作名称。该系统由印度完全控制，所有设备均在印度建造，可以同时支持供所有用户使用的未加密标准定位服务（SPS）和供印度安全部门使用的加密限制性服务（RS）。
1999年印巴卡吉尔冲突期间，美国拒绝了印度军方对GPS系统的访问要求，导致印军的制导武器在冲突中无法使用。此次事件让当时仍依赖美国GPS系统和俄罗斯GLONASS系统的印度意识到在自身在导航领域的脆弱性，促使印度着力开发属于本国的卫星导航系统。
2006年，印度政府批准了IRNSS计划并拨款1420亿卢比（约2.1亿美元），预期于2015年前建立一个类似于美国GPS系统的独立区域性卫星导航系统，以覆盖整个印度本土及其边界以外1500公里的区域。
2013年7月1日，IRNSS计划中的第一颗导航卫星IRNSS-1A在延误后成功发射。2013年至2016年，印度空间研究组织逐步发射了IRNSS计划中其余导航卫星。
2016年4月28日，原定计划中的最后一颗卫星IRNSS1-G成功发射。为庆祝IRNSS计划最后一颗卫星的成功发射，印度总理纳伦德拉·莫迪（Narendra Modi）将IRNSS重新命名为印度导航星座（Navigation with Indian Constellation），简称NavIC。但2016年底，印度空间研究组织发现IRNSS-1A卫星上的所有铷原子钟都出现了故障，无法按系统设计正常运行。
2017年8月31日，用于替代IRNSS-1A卫星的IRNSS-1H卫星进行发射，但由于设备故障未能成功到达指定轨道。2018年4月11日，印度空间研究组织再次发射了IRNSS-1I卫星，并于四天后成功抵达预定轨道。
NavIC系统至此正式宣告完成，该系统共由7颗有效卫星组成，其中3颗分别位于地球静止轨道34°E、83°E和131.5°E，另外4颗卫星分为两组在地球同步轨道，与赤道平面倾斜29度，与经度交叉点分别为55°E和111.5°E。
除太空导航卫星外，NavIC系统还由一系列地面设施组成，包括用于确定卫星位置的无线电和激光测距设施、与卫星时钟同步的计时设施、检测卫星状态的航天器控制设施和数据通讯设施。
2019年4月，印度道路运输和公路部要求印度所有的商业车辆都必须使用基于NavIC系统的车辆追踪器。2020年，NavIC系统被认定为国际海事组织世界无线电导航系统的组成部分，这使得商船可以使用NavIC系统来获取位置信息。
同年，美国《2020年国防授权法案》将NavIC系统与欧盟的伽利略系统（Galileo）、日本的准天顶系统系统（QZSS）一同纳入盟国导航卫星系统。2021年，印度空间部在年度报告中称印度空间研究组织将在2021年至2022年发射NVS-01卫星以替代IRNSS-1G卫星，但该发射计划已被推迟至2023年。
二、NavIC与全球主要卫星导航系统对比
NavIC与其他卫星导航系统相比最主要的区别是使用范围。目前全球共有六套主要的卫星导航系统，分别为中国北斗系统、美国GPS系统、俄罗斯GLONASS系统、欧盟伽利略系统、日本准天顶系统（QZSS）和印度NavIC系统。
其中，中国北斗系统、美国GPS系统、俄罗斯GLONASS系统和欧盟伽利略系统为全球性卫星导航系统，其使用范围可覆盖全球。而日本准天顶系统和印度NavIC系统则为区域性卫星导航系统，前者主要覆盖以日本为重点的亚洲和大洋洲区域，后者的范围为整个印度本土及其边界以外1500公里的区域。
由于使用范围较小，NavIC系统的卫星网络较其他全球性卫星导航系统仍有较大差距。截至目前，中国北斗系统由35颗卫星组成，美国GPS系统由32颗卫星组成，欧盟伽利略系统由30颗卫星组成，俄罗斯GLONASS系统由24颗卫星组成，而NavIC系统仅由7颗有效卫星组成。
虽然范围有限，但NavIC被认为较其他卫星导航系统在技术上更具优势。印度科学家认为，相较于GPS系统只依赖于L波段，NavIC系统的双频技术更加先进。当导航卫星的低频信号穿过大气层时，大气层的干扰会使其速度会发生变化，从而产生频率误差。
由于GPS的单频技术只依赖于L波段，美国需要依靠不断更新的大气模型来评估确切的频率误差。而NavIC系统主要通过1176.45兆赫的L波段频率和2492.028兆赫的S波段频率运行，这一双频段技术可以使印度通过测量S波段和L波段的延迟差异来评估实际延迟。
印度空间应用中心（SAC）主任Tapan Misra认为，这使得NavIC不依赖于任何模型来寻找频率误差，且较GPS而言更加精确。
时任印度太空部部长Dr Jitendra Singh在一份声明中称，NavIC的另一优势是其卫星被置于比美国GPS系统更高的轨道上：NavIC卫星被置于地球静止轨道（GEO）和地球同步轨道（GSO），高度约为36，000公里，而GPS卫星被置于中地球轨道（MEO），高度约为20，000公里。
虽然位于较高的轨道可能会削弱卫星的信号，但这也意味着较少的障碍物，从而有利于提高NavIC系统的准确性。据印度空间研究组织称，NavIC系统提供的位置精度优于20米，计时精度优于50纳秒。
三、NavIC与智能手机
在NavIC系统投入运营后，印度政府一直在努力扩大其使用范围。2021年，印度空间研究组织科学秘书Sh.R Umamaheswaran在印度电信部国家电信政策研究、创新和培训研究所（NTIPRIT）的研讨会上称应该强制要求在印度市场发行的手机采用NavIC系统，联合电信秘书兼数字通信委员会（DCC）主席Shri Anshu Prakash也在会上表示印度所有移动电话都必须使用NavlC。
印度并非是第一个推动其本土卫星导航系统与智能手机相兼容的国家。俄罗斯曾试图强制要求在俄罗斯境内销售的智能手机兼容GLONASS系统以减少对美国GPS系统的依赖。中国北斗系统于2020年6月完成，虽然没有强制要求，但到2021年，94.5%的中国制造智能手机都已经支持北斗系统。
虽然印度政府大力推动在印度境内的智能手机兼容NavIC系统，但是这一政策可能在短期内无法有效推行。
首先，印度政府与智能手机制造商的协调未能成功。据路透社报道，印度政府在2022年9月的一次闭门会议中试图推动三星、小米和苹果等科技巨头在2023年实现其智能手机产品与NavIC系统的兼容，但遭到各大科技公司的反对，理由是兼容NavIC系统需要公司对其智能手机产品的硬件做出调整，这意味着更高的研究和生产成本且在短期内难以实现。
印度电子与信息技术部随后称，政府并没有制定印度境内智能手机与NavIC兼容的时间表，与科技公司的会议是协商性的，此事仍在与所有利益相关者的讨论中。
其次，芯片供应商的支持并未能影响智能手机制造商。为推动NavIC系统在智能手机中的使用，印度政府与芯片企业保持了紧密的合作。2022年9月，台湾芯片企业联发科公司（MediaTek）称该公司所有用于5G手机的芯片组都将可以在附加硬件的配合下支持NavIC，且公司预计两年内约有80%的手机将支持5G。
美国芯片企业高通公司（Qualcomm）在一份声明中称，公司多年来一直与印度空间研究组织合作以使其设计的芯片组支持NavIC系统，公司还将继续保持这种合作。但芯片供应的支持并未能化解智能手机制造商的担忧。
香港研究公司Counterpoint的高级半导体分析师Parv Sharma认为，支持NavIC系统的芯片组在印度的使用范围仍旧有限，因为智能手机制造商仍然犹豫不决，不愿意增加额外的硬件和成本来配合芯片发挥作用。在印度政府的推动下，小米、realme、Oppo、Vivo和OnePlus等制造商已经开始在印度市场上销售支持NavIC系统的智能手机。
然而根据CyberMedia Research的数据，2021年1月至2022年6月期间，在印度销售的总共2.56亿部智能手机中，大约只有2200万部支持NavIC系统。
最后，智能手机制造商对兼容NavIC系统的担忧短期内难以解决。智能手机制造商的担忧主要有三个方面：
第一，硬件调整将导致成本上升。在智能手机上兼容NavIC系统意味着需要对芯片和硬件做出调整，尤其是需要支持NavIC双频技术的芯片组，这将会大大增加制造商的研究和生产成本。
第二，2023年1月的时间期限对于制造商而言过于紧张。为支持NavIC系统所作的芯片和硬件调整很难在短期内实现，因为新的技术需要更多的测试和许可，且大多数制造商已经为2024年要推出的新机型做好了准备。
第三，NavIC系统目前使用的L5频段在智能手机中并不常见。多数智能手机都使用的是L1频段，只有极少数的型号支持L5频率。
制造商试图说服印度政府在NavIC系统中使用L1频段，因为这将使制造商更容易将NavIC系统集成到支持L1频段的芯片组中，从而减少单独开发的成本。但印度空间研究组织称NavIC系统至少要到2024年至2025年完成下一阶段卫星发射计划后才能实现对L1频段的支持。
四、结论
作为区域性卫星导航系统，尽管NavIC系统的使用范围仅为整个印度本土及其边界以外1500公里的区域，但其在区域内的位置和计时精度更具优势。出于维护本国在卫星导航领域独立性的考量，印度努力扩大NavIC的使用范围，尤其是在印度境内的智能手机兼容NavIC系统。
由于智能手机制造商对研发和生产成本的担忧，短期内还需持续追踪观察这一政策能否有效推行。但长期来看，追求关键技术战略自主已经成为各国科技战略的主要目标，技术民族主义是当前科技企业全球扩张需要格外重视的地缘政治风险。
讲个冷知识：前几年欧洲的伽利略系统曾经发生过一次重大事故，一个地面站不知什么原因向卫星发送了一个错误的信号，然后这个BUG随着星间链路迅速传遍所有卫星。整个伽利略系统几乎瞬间完全瘫痪，前后花了有一个多星期才恢复正常。
这一事件发生的原因在于伽利略系统中的众多核心硬件和软件，如原子钟、通信系统等等，都是依赖美国的。系统出现问题后，欧洲的工程师一脸茫然手足无措。这还是在美国人没有故意搞事情的情况下，仍然造成了伽利略系统的快速瘫痪和长时间无法恢复。
请问欧洲人实现战略自主了吗？
实际上目前四大导航系统中真正实现战略自主的只有中国的北斗和美国的GPS，真正掌握卫星导航全套技术的也只有中国和美国。俄罗斯的格洛纳斯导航精度非常低下，伽利略系统由于上次事故导致可靠性不被信任。目前全世界的手机导航系统或专门的卫星导航系统，都是同时兼容四大卫星导航系统，以北斗和GPS为主，以格洛纳斯和伽利略为备份。
那么印度拿什么实现战略自主呢？其实也就是拿嘴炮了。要知道日本早在印度之前就搞了一套自己的区域导航系统，只不过日本人还比较实诚，没有自吹战略自主，而是承认这套系统只是对GPS的辅助和增强。
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