美國國家星基定位、導航與授時概況

郭麗紅 李洲（北京跟蹤與通信技術研究所）

2004年，美國公布了名為《美國國家星基定位、導航與授時（PNT）政策》的文件，用以取代1996年美國總統發布的關于美國“全球定位系統”（GPS）政策的決定，采用PNT取代GPS。美國在明確PNT范疇（包括GPS和利用星基技術提供更好PNT服務的所有系統，如由美國交通部維護的各種增強系統）的同時，還從國家PNT戰略的高度賦予GPS系統國家戰略使命，將GPS的重要性提升到了國家基礎設施的高度，并為GPS系統提供了地基的備用系統。

1 美國國家星基PNT推出背景

隨著全球衛星導航系統在軍事、民生各個方面的作用日益顯著，競爭也更加激烈。在20世紀70～80年代，美國GPS與蘇聯“全球導航衛星系統”（GLONASS）曾經有過競爭，然而隨著蘇聯的解體、俄羅斯的財力問題，GPS逐漸獨霸天下；進入21世紀，歐洲“伽利略”（Galileo）計劃出臺，俄羅斯GLONASS提出復蘇計劃，從而引發了新一輪全球衛星導航系統（GNSS）競爭，GPS必須面對這一挑戰。

另一方面，由于GPS在美國經濟生活中的重要性，美國必須將其納入反恐范疇，即美國必須防止因恐怖分子擾亂GPS而對美國的經濟和社會生活造成混亂，并防止恐怖分子利用GPS對美國自身造成危害，包括使用基于GPS的精確打擊武器攻擊其要害部門。

為了確保美國的國家安全，并保持和鞏固其引領GNSS的主導地位，美國從多個方面促進PNT的建設：在2004年4月發布GPS第三號總統令，成立國家星基PNT執行委員會，強化GPS的管理；在2005年11月發布了名為《GPS的將來》的專門報告；2006年2月美國聯邦航空局（FAA）又發布了2005聯邦無線電導航計劃；2010年發布的《國家航天政策》為PNT建設提供了頂層指導，提出“維護和加強星基PNT系統”，再次闡述美國必須保持其在GNSS應用中的領導地位。

2 美國國家星基PNT執行委員會

國家星基PNT執行委員會的構成

根據2004年的新政策，美國成立了國家星基PNT執行委員會，國家星基PNT執行委員會由國防部副部長和交通部副部長共同擔任主席，其他參加執行委員會的部或機構[如美國航空航天局（NASA）、商業部、文化部、國土安全部（DHS）等]的代表也有相應的行政級別。

與根據1996年政策而建立的聯席GPS執行局（IGEB）相比，國防部和交通部分別作為GPS軍用和民用的主要負責單位的格局沒有改變，由于IGEB由國防部助理部長和交通部助理副部長共同擔任主席，因此，PNT執行委員會的級別比IGEB的級別有所提高，其在決策方面發揮更大的作用。

國家星基PNT執行委員會的主要活動

國家星基PNT執行委員會的主要工作包括項目協調、頻譜管理、國際合作以及對外聯系。

1）項目協調。主要項目包括5年的國家計劃、國家PNT體系結構、GPS現代化、資助民用GPS、國家差分GPS、增強羅蘭（eLoran）、“災難報警衛星系統”（DASS）。

2）頻譜管理。干擾檢測和緩解計劃、頻譜保護計劃。

3）國際合作。包括雙邊和多邊合作，已經與澳大利亞、中國、歐洲、印度、日本、俄羅斯和英國建立了合作關系。國際合作的目標是兼容和互操作、國家安全、全球市場上的公平競爭環境。多邊合作對象包括GNSS國際委員會、國際民航組織（ICAO）、國際海事組織（IMO）；北大西洋公約組織（NATO）。

4）外部聯系。包括出版物、網站，教育展示，會議及研討會等。

PNT項目和政策的重點是：①GPS性能的持續改進，如增強系統的更高性能、新的GPS信號、GPS現代化提供的空前新能力；②美國政府鼓勵民用GPS和增強系統的全球使用；③國際合作具有高優先權，積極鼓勵多邊/雙邊的磋商；④每當新的GNSS及其應用出現，兼容互操作是關鍵；⑤美國的目標是保持GPS成為公認的全球“金標準”。

3 PNT政策主要內容

《美國國家星基PNT政策》文件包括：①新政策的適用范圍；②美國制訂本政策的背景；③目的和目標；④對外國利用美國星基PNT能力的規定，重點是GPS技術和產品出口管制的原則；⑤對美國各政府機構在星基PNT方面的作用與職責規定等。

PNT政策最基本的目的是要使美國維持星基PNT服務、增強系統、備份能力和服務阻止能力。具體包括：①確保提供不間斷的PNT服務；②滿足不斷增長的軍民用需要；③保持卓越的軍用星基PNT服務；④繼續提供超越國外民用星基PNT服務與增強系統的民用服務，保持競爭力；⑤保持作為國際已接受的PNT服務的基本組成部分，促進其他國家GNSS與GPS的兼容互操作；⑥保持美國在該領域的技術領先地位。

PNT政策的執行目標有：①通過GPS為美國和盟國軍隊提供不間斷的星基PNT服務而不依賴外國PNT服務；②通過GPS及增強系統在世界范圍內免費持續提供公開的民用PNT服務，并免費公開提供研制用戶設備所需的信息；③提高阻止敵對方使用星基PNT服務的能力，提高民用PNT服務的抗干擾能力；④改善星基PNT服務的性能，包括更魯捧的抗無意干擾能力；⑤保持GPS繼續作為美國多種關鍵基礎設施的組成部分；⑥鼓勵其他國家使用GPS，確保外國星基PNT系統與GPS及增強系統的兼容互操作。與國外的GNSS提供者互通安全信息，防止星基PNT服務被敵意地使用；⑦促進美國國內最大限度地使用美國的PNT服務和能力。

4 PNT體系結構和對GPS系統的主要改進

在PNT執行委員會的領導下，美國國家安全太空辦公室（NSSO）聯合美國交通部研究創新技術管理局（DOT/RITA）、國防部負責網絡及信息集成的副部長辦公室[OASD（NII）]，與政府其他機構合作，完成了一套國家PNT體系結構的開發。該體系結構確立了美國要在PNT方面占據全球領導地位的愿景，實現這個愿景的戰略，戰略包含的諸多要素，實施這些要素的建議等。

PNT體系結構簡介

PNT體系結構主要用以指導近期和中期的PNT能力決策。其涉及的范圍主要有用戶（軍事用戶、國土安全用戶、民用、商用、個人），領域（太空、天空、地面、地下），任務，資源，提供者（軍事、民事、商業、國際）。

國家PNT體系結構的愿景是美國在全球PNT的領導地位，具體內容包括：①國家PNT體系結構以2004年美國總統簽署的《美國國家星基PNT政策》為基礎；②有效地（成本、時間進度、可接受的風險、用戶影響）開發最佳的技術和系統；③發布穩定的政策；④通過商業領域內的競爭鼓勵創新，確保魯棒性和持久的局間協作及合作；⑤使軍用、民用、商業及國外系統和技術的實際應用最大化；⑥深思遠慮地開發并提供標準和最佳實踐。

國家PNT體系結構的指導性政策示意圖

國家PNT體系結構的戰略是通過一個更通用的標準化的方法，使美國可以最好地實現效率和效益。具體內容包括：①以通用的解決方案滿足通用需求；②發布一個主流的可依賴的體系結構，使用戶信賴外部資源；③加速正在進行的GPS現代化，確保全球服務和支持國家利益；④促進采用低負擔的自主特色，增強魯棒性；⑤特殊需求仍要求特殊的解決方法；⑥權衡對軍用PNT優勢需求的提供或使能能力。

PNT體系結構將用于：①為后續的從GPS向PNT的轉換提供信息；②是未來聯邦無線電導航規劃開發的基礎；③定義一個未來的PNT系統之系統體系結構；④指導未來PNT系統的預算/投資決策；⑤評估新需求&新能力的框架依據；⑥對現有PNT規劃、要求、預算、進度、合作伙伴、投資和政策進行建議的依據；⑦是未來5年國家星基PNT規劃的關鍵輸入；⑧指導國防部和民用PNT科學技術路線圖的開發。

對GPS系統的影響和GPS的主要改進活動

在星基PNT框架下，未來美國關于GPS的主要政策是：作為美國星基PNT體系的主要構成系統，繼續提供卓越的星基PNT服務，領導未來的GNSS。PNT政策和項目的戰略重點之一是對GPS性能的持續改進，通過增加M碼信號、增大發射功率等措施，以提高GPS軍用的保密性和抗干擾能力，提高阻止敵方利用民用GPS的能力。

為了保持在衛星導航領域的經濟和軍事領先地位，美國一直在準備發射GPS－3衛星。GPS－3衛星發射功率有望達到目前的500倍，以提升其抵抗干擾的能力；并將擁有第二和第三個頻率來包含民用信號，更強的信號傳輸，能夠實時為地面物體提供1m以內的精確定位。GPS-3衛星將提高精確度、完整性和抗敵方干擾的能力，為軍方和民用客戶提供更佳的定位、導航和授時服務。這些新能力將逐步在GPS-3系列衛星中添加。首顆GPS-3衛星計劃于2014年發射升空。美國新GPS系統網絡將最終由此32顆衛星組成。在GPS衛星的操作控制部分，未來的工作重點是加強任務規劃和近實時的指揮控制。

在PNT政策和項目中，戰略重點除了GPS性能的持續改進外，為了確保PNT的安全，2008年2月，美國宣布將eLoran作為GPS的備份。該建議由獨立評估組和PNT執行委員會提出，資金由國土安全部（DHS）提供。這一措施進一步表明了美國對于PNT作為國家基礎設施的重視程度，美國希望eLoran能在技術性能和系統功能上成為GPS的真正備用系統，在GPS由于人為干擾不能滿足民用用戶的某些需求的情況下提供技術支持。

5 結束語

GNSS作為一種國家基礎設施，正在發揮越來越重要的作用，美國希望通過發布PNT政策，推進PNT的建設，確保其在該領域的領導地位，并從反對其他國家建設GNSS到積極推進GNSS雙邊合作，以合作的方式施加影響，希望在國際合作中居于引領地位。

回顧美國從GPS到PNT的發展歷程，分析解讀PNT政策和項目的要點，中國需要關注和深思的課題是，在國際競爭與合作大趨勢的引領下，如何借鑒已有成熟系統發展過程中的經驗與教訓，在技術發展的推動下，從國家基礎設施的層面，規劃和建設好中國的PNT。