GNSS 控制段比較：GPS、Galileo、北斗、GLONASS 地面基礎設施分析
全球導航衛星系統 (GNSS) 已經廣泛應用於日常生活和商業活動，以至於大家不太會去想這些系統實際上是如何運作的，當人們偶爾思考 GNSS 時，通常想到的是衛星和接收器，也就是所謂的太空段 (Space Segment) 和使用者段 (User Segment)；然而，GNSS 還有一個關鍵部分，就是在背後運作的控制段 (Control Segment)，這篇文章會介紹 GNSS 控制段的組成，並檢視幾個主要的定位系統是如何建置它們的地面設施。
GNSS 的控制段是什麼？
GNSS 控制段主要有三個功能：監測、控制和通訊，這些功能合在一起，用來維持衛星在正確的軌道上運行，並確保它們發出的導航訊息符合系統要求的準確度和精密度。
監測功能是透過地面站網路來完成兩件事，第一，地面站收集衛星的衛星遙測 (Satellite Telemetry) 資料；第二，收集並分析接收到的每個衛星的無線電頻率傳輸訊號以及當地的大氣條件，藉此精確量測出衛星在軌道上的位置，如果 GNSS 的地面站網路規模夠大、分布夠廣，就能提供使用者更穩定、更準確的定位服務。
控制功能也有兩項主要任務，它根據遙測資料來評估衛星效能（也就是衛星的運作狀況），並發出必要指令讓衛星保持正常工作；控制功能也會使用收到的無線電頻率 (RF) 訊號和大氣資料，來更新每顆衛星的導航訊息，這樣才能確保使用者的接收器能夠準確算出自己的位置。
通訊功能是透過上行鏈路站 (Uplink Stations) 網路，把控制指令和更新後的導航訊息傳送給在軌道上運行的衛星，這些上行鏈路站的位置，不一定和數量較多的監測站設在一起。
全球定位系統 (GPS) 的控制段
全球定位系統 (GPS) 的操作控制段 (OCS)，包含了十六個監測站、十一個指揮與控制天線，以及一個主控站；任何時候，每一顆 GPS 衛星至少都會同時被三個監測站看到，這些監測站會把資料傳送到主控站以及一個隨時保持更新的備用站；同樣，指揮與控制天線也會把遙測資料傳送給由美國太空部隊太空系統司令部 (SSC) 運營的主控站，新的導航訊息和衛星維護指令，會由主控站發出，再透過指揮與控制天線傳送給天上的 GPS 衛星。
伽利略 (Galileo) 系統的控制段
歐盟的伽利略系統 (Galileo system) 把一些 GNSS 的功能拆分給不同的部分負責；由伽利略地面站 (Galileo Surface Stations) 組成的網路，負責監測衛星的位置；通訊功能則分成上行鏈路站（每 100 分鐘傳送一次更新的導航訊息）和遙測、追蹤與指令站 (TT&C)（負責收集遙測資料，並把指令上傳給整個衛星系統）。
在驗證階段時，伽利略的監測功能是由十五個伽利略地面站、五個上行鏈路站和兩個遙測、追蹤與指令站組成的，之後，歐盟太空計畫署 (EUSPA) 把伽利略的全球地面站點擴展到十個上行鏈路站點和七個遙測站點，而且還在持續努力，目標是達到三十個地面站；伽利略把控制功能分設在兩個地方，地面控制段負責衛星本身的維護，任務控制段則負責維護整個衛星網路的導航與授時資料。
北斗 (BeiDou) 系統的控制段
中國最新一代的定位系統北斗三號 (BeiDou-3)，擁有最大範圍的監測站網路，在中國境內就有二十七個站點，另外在國外也設置了超過一百個站點，主要集中在非洲和東南亞地區；一個規模比較小的上行鏈路站網路，負責和運行在低地球軌道、地球同步軌道和地球靜止軌道上的北斗衛星進行通訊；資料處理中心會收集來自監測站的資料，用來計算軌道修正值，並整理衛星的狀態資訊，提供給北斗運行控制中心。
GLONASS 系統的控制段
俄羅斯從前蘇聯繼承了 GLONASS 定位系統，因為預算考量和後來的國際制裁，這個系統的服務範圍主要限制在俄羅斯和鄰近國家；GLONASS 系統控制中心透過監測網路，包含兩個衛星雷射測距站來收集衛星的定位資料，它的遙測與上行鏈路站，過去也都只設在俄羅斯境內；隨著俄羅斯重新體認到 GNSS 的戰略重要性，他們已經開始採取措施，改善這個定位網路的品質和表現，這些措施包括把監測站和上行鏈路站，擴展到俄羅斯和獨立國協以外的地方，像是非洲、印度和中國 (China)。
GNSS 控制段與衛星同等重要
雖然不像太空段和使用者段那樣直接被大眾看到，GNSS 控制段對於決定整個系統的表現和穩定度來說，同樣非常重要；全球定位系統的下一代操作控制系統 (OCX)，主要是透過軟體升級來強化現有的地面基礎設施，這將為民用和軍事使用者提供更高的準確度和精密度，繼續保持美國在這方面的領先地位。
伽利略是個主要服務民用的定位網路，它持續擴展的地面設施，將讓它能為需要精確全球定位服務的使用者，提供更多樣的進階功能；中國把北斗系統納入其一帶一路 (Belt and Road) 全球發展計畫裡，透過在發展中國家設置監測站，中國的相關廠商就能利用更精確的定位資料，提供加值服務；俄羅斯的 GLONASS 系統，目前仍然受到貿易制裁的影響而發展受限，不過，它還是逐步在擴展，這將為俄羅斯提供一個獨立的定位資訊來源，以支持其軍事、民生以及外交關係目標上的需求。
參考來源
CAST Navigation | GNSS Control Segments Compared