像新鮮空氣一樣寶貴——淺析美國國家定位導(dǎo)航授時（PNT）體系結(jié)構(gòu)

□ 車曉玲 曉 春/編譯

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

PNT體系結(jié)構(gòu)研發(fā)團(tuán)隊(duì)完成了如下三種體系結(jié)構(gòu)的評估與分析工作：一是當(dāng)前現(xiàn)存的體系結(jié)構(gòu)，二是演變基線體系結(jié)構(gòu)，三是應(yīng)當(dāng)達(dá)到的“目標(biāo)”體系結(jié)構(gòu)。

研發(fā)團(tuán)隊(duì)根據(jù)未來用戶需求和技術(shù)發(fā)展，評估分析的結(jié)論是：現(xiàn)存和演變基線的體系結(jié)構(gòu)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(fā)展設(shè)想愿景，構(gòu)建理應(yīng)實(shí)施的“目標(biāo)”體系結(jié)構(gòu)，解決PNT能力不足問題。為達(dá)此目標(biāo)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)提出了如下圖所示的美國PNT體系結(jié)構(gòu)指導(dǎo)原則。該圖表示了對美國在PNT領(lǐng)域所發(fā)揮作用的頂層設(shè)想、實(shí)現(xiàn)這種設(shè)想所采取的體系結(jié)構(gòu)策略以及支持該策略的四個矢量。

PNT體系結(jié)構(gòu)指導(dǎo)原則

當(dāng)前現(xiàn)狀

當(dāng)前的實(shí)際PNT體系結(jié)構(gòu)是一種各自獨(dú)立、煙囪式發(fā)展的系統(tǒng)及其自行組網(wǎng)的混合體。它由若干外部的、自主的PNT供應(yīng)商，以及PNT增強(qiáng)系統(tǒng)組成。這些系統(tǒng)向無數(shù)空間、空中、陸地和航海用戶提供PNT服務(wù)，包括民用和軍用用戶。PNT服務(wù)必須得到大量PNT使能能力和基礎(chǔ)設(shè)施的支持，必須應(yīng)對包括頻率、天氣、財政和地緣政治在內(nèi)的各種挑戰(zhàn)。當(dāng)前“實(shí)際”PNT體系結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是，GPS廣泛使用，有大量系統(tǒng)用來增強(qiáng)GPS。每個增強(qiáng)設(shè)施都針對某個特定的用戶群或某些特定的用戶群進(jìn)行了優(yōu)化。美國國防部、交通運(yùn)輸部、其它的政府民用部門和商業(yè)公司都各自為其用戶群提供P N T服務(wù)。還有很多非天基系統(tǒng)正在提供導(dǎo)航服務(wù)。絕大多數(shù)外部PNT供應(yīng)商的投資由美國政府通過美國空軍提供，少數(shù)通過美國交通部和其他民用政府部門提供經(jīng)費(fèi)支持。也有一些商業(yè)GPS增強(qiáng)服務(wù)是以盈利為目的在運(yùn)營。

發(fā)展愿景

美國PNT體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展愿景是，通過開發(fā)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(lǐng)域的主導(dǎo)地位。美國可以通過實(shí)施下列措施實(shí)現(xiàn)這一愿景設(shè)想：

·制定并嚴(yán)格遵守各項(xiàng)穩(wěn)定的政策，贏得國內(nèi)國際雙重信任，從而使商業(yè)部門通過競爭實(shí)現(xiàn)定位導(dǎo)航授時領(lǐng)域的創(chuàng)新和進(jìn)步；

·在各種定位導(dǎo)航授時活動中，通過促進(jìn)機(jī)構(gòu)間的合作提供協(xié)調(diào)一致的定位導(dǎo)航授時能力、共享信息，并與國家目標(biāo)保持一致；

·實(shí)現(xiàn)軍用、民用、商用以及國外系統(tǒng)和技術(shù)應(yīng)用的最佳化，并領(lǐng)導(dǎo)相關(guān)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(dǎo)航授時方案；

·審慎制定并應(yīng)用全面的標(biāo)準(zhǔn)和最佳慣例，同時鼓勵他人采用或遵守美國的定位導(dǎo)航授時能力。

發(fā)展策略

美國國家PNT體系結(jié)構(gòu)希望通過“最大共性需求”(或稱“求同存異”)策略實(shí)現(xiàn)上述愿景，提供有效的能滿足大部分用戶需求的標(biāo)準(zhǔn)方案。研究發(fā)現(xiàn)，大量的PNT用戶都會有一些共同的需求，因此可以通過標(biāo)準(zhǔn)方案得到更有效的滿足，而不是采用多種量身定制的系統(tǒng)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(shù)量的用戶需求。因此，該策略的一個關(guān)鍵要素是，促進(jìn)美國全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）現(xiàn)代化的杠桿效率，為全球的無數(shù)用戶提供更多的能力。該策略還把體系結(jié)構(gòu)的重點(diǎn)放在廣泛采用低負(fù)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(dāng)標(biāo)準(zhǔn)方案無法有效或恰當(dāng)?shù)靥峁┧璧哪芰r，該策略可提供特殊的解決方案。最后，美國必須繼續(xù)平衡國家安全優(yōu)勢與提供更多共用能力優(yōu)勢這兩個方面的需求。

“當(dāng)前”體系結(jié)構(gòu)、演變基線體系結(jié)構(gòu)和“目標(biāo)”體系結(jié)構(gòu)

結(jié)論

體系結(jié)構(gòu)研發(fā)團(tuán)隊(duì)的結(jié)論是：美國國家PNT體系結(jié)構(gòu)必須包含地基、空基、天基和國際PNT數(shù)據(jù)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(wù)所必需的輔助基礎(chǔ)設(shè)施的重要性。該體系結(jié)構(gòu)針對的是2025年左右預(yù)計可能出現(xiàn)的能力空缺，并提出了填補(bǔ)這些空缺（或降低它們的影響）的多項(xiàng)建議。實(shí)施國家PNT體系結(jié)構(gòu)的上述建議，以及向“目標(biāo)”體系結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，將使得向美國國防部以及民用用戶提供的PNT服務(wù)最佳化。