像新鮮空氣一樣寶貴——淺析美國國家定位導航授時（PNT）體系結構

□ 車曉玲 曉 春/編譯

為解決目前導航手段眾多但缺乏一體化定位導航授時（PNT）體系結構指導的問題，美國國防部和運輸部于2006年聯合發起了一項國家PNT體系結構研究。在30多個軍民商用戶部門和政府機構的大力支撐下，2008年9月，美國國家安全航天辦公室發布了《國家定位導航授時(PNT)體系結構研究最終報告》。該項目研究的目的是“制定一個全面的國家層面的PNT體系結構，到2025年左右提供更有效和更高效的PNT能力，并為現存的各種PNT系統和服務探索一條漸進的發展道路”。

PNT體系結構研發團隊完成了如下三種體系結構的評估與分析工作：一是當前現存的體系結構，二是演變基線體系結構，三是應當達到的“目標”體系結構。

研發團隊根據未來用戶需求和技術發展，評估分析的結論是：現存和演變基線的體系結構均無法滿足未來PNT能力需求。因此必須基于近期、中期和長期發展設想愿景，構建理應實施的“目標”體系結構，解決PNT能力不足問題。為達此目標，研發團隊提出了如下圖所示的美國PNT體系結構指導原則。該圖表示了對美國在PNT領域所發揮作用的頂層設想、實現這種設想所采取的體系結構策略以及支持該策略的四個矢量。

PNT體系結構指導原則

當前現狀

當前的實際PNT體系結構是一種各自獨立、煙囪式發展的系統及其自行組網的混合體。它由若干外部的、自主的PNT供應商，以及PNT增強系統組成。這些系統向無數空間、空中、陸地和航海用戶提供PNT服務，包括民用和軍用用戶。PNT服務必須得到大量PNT使能能力和基礎設施的支持，必須應對包括頻率、天氣、財政和地緣政治在內的各種挑戰。當前“實際”PNT體系結構的特點是，GPS廣泛使用，有大量系統用來增強GPS。每個增強設施都針對某個特定的用戶群或某些特定的用戶群進行了優化。美國國防部、交通運輸部、其它的政府民用部門和商業公司都各自為其用戶群提供P N T服務。還有很多非天基系統正在提供導航服務。絕大多數外部PNT供應商的投資由美國政府通過美國空軍提供，少數通過美國交通部和其他民用政府部門提供經費支持。也有一些商業GPS增強服務是以盈利為目的在運營。

發展愿景

美國PNT體系結構的發展愿景是，通過開發和部署能在全球使用的有效的PNT能力，保持美國在全球PNT領域的主導地位。美國可以通過實施下列措施實現這一愿景設想：

·制定并嚴格遵守各項穩定的政策，贏得國內國際雙重信任，從而使商業部門通過競爭實現定位導航授時領域的創新和進步；

·在各種定位導航授時活動中，通過促進機構間的合作提供協調一致的定位導航授時能力、共享信息，并與國家目標保持一致；

·實現軍用、民用、商用以及國外系統和技術應用的最佳化，并領導相關工作，以整合所有可用的信號，形成高度可靠、更高性能的定位導航授時方案；

·審慎制定并應用全面的標準和最佳慣例，同時鼓勵他人采用或遵守美國的定位導航授時能力。

發展策略

美國國家PNT體系結構希望通過“最大共性需求”(或稱“求同存異”)策略實現上述愿景，提供有效的能滿足大部分用戶需求的標準方案。研究發現，大量的PNT用戶都會有一些共同的需求，因此可以通過標準方案得到更有效的滿足，而不是采用多種量身定制的系統來解決不同的需求。PNT信息的外部來源，如GPS，可以滿足最大數量的用戶需求。因此，該策略的一個關鍵要素是，促進美國全球導航衛星系統（GNSS）現代化的杠桿效率，為全球的無數用戶提供更多的能力。該策略還把體系結構的重點放在廣泛采用低負荷（如尺寸、重量、功率和成本）的自主特征上，以克服自然和電磁干擾。此外，當標準方案無法有效或恰當地提供所需的能力時，該策略可提供特殊的解決方案。最后，美國必須繼續平衡國家安全優勢與提供更多共用能力優勢這兩個方面的需求。

“當前”體系結構、演變基線體系結構和“目標”體系結構

結論

體系結構研發團隊的結論是：美國國家PNT體系結構必須包含地基、空基、天基和國際PNT數據源，才能向全球和在太空中的美國國防部及美國民用用戶提供有效的PNT方案。它還明確了向遍布全球的美國用戶提供并保持未來PNT服務所必需的輔助基礎設施的重要性。該體系結構針對的是2025年左右預計可能出現的能力空缺，并提出了填補這些空缺（或降低它們的影響）的多項建議。實施國家PNT體系結構的上述建議，以及向“目標”體系結構轉變，將使得向美國國防部以及民用用戶提供的PNT服務最佳化。