像新鲜空气一样宝贵——浅析美国国家定位导航授时（PNT）体系结构

□ 车晓玲 晓 春/编译

为解决目前导航手段众多但缺乏一体化定位导航授时（PNT）体系结构指导的问题，美国国防部和运输部于2006年联合发起了一项国家PNT体系结构研究。在30多个军民商用户部门和政府机构的大力支撑下，2008年9月，美国国家安全航天办公室发布了《国家定位导航授时(PNT)体系结构研究最终报告》。该项目研究的目的是“制定一个全面的国家层面的PNT体系结构，到2025年左右提供更有效和更高效的PNT能力，并为现存的各种PNT系统和服务探索一条渐进的发展道路”。

PNT体系结构研发团队完成了如下三种体系结构的评估与分析工作：一是当前现存的体系结构，二是演变基线体系结构，三是应当达到的“目标”体系结构。

研发团队根据未来用户需求和技术发展，评估分析的结论是：现存和演变基线的体系结构均无法满足未来PNT能力需求。因此必须基于近期、中期和长期发展设想愿景，构建理应实施的“目标”体系结构，解决PNT能力不足问题。为达此目标，研发团队提出了如下图所示的美国PNT体系结构指导原则。该图表示了对美国在PNT领域所发挥作用的顶层设想、实现这种设想所采取的体系结构策略以及支持该策略的四个矢量。

PNT体系结构指导原则

当前现状

当前的实际PNT体系结构是一种各自独立、烟囱式发展的系统及其自行组网的混合体。它由若干外部的、自主的PNT供应商，以及PNT增强系统组成。这些系统向无数空间、空中、陆地和航海用户提供PNT服务，包括民用和军用用户。PNT服务必须得到大量PNT使能能力和基础设施的支持，必须应对包括频率、天气、财政和地缘政治在内的各种挑战。当前“实际”PNT体系结构的特点是，GPS广泛使用，有大量系统用来增强GPS。每个增强设施都针对某个特定的用户群或某些特定的用户群进行了优化。美国国防部、交通运输部、其它的政府民用部门和商业公司都各自为其用户群提供P N T服务。还有很多非天基系统正在提供导航服务。绝大多数外部PNT供应商的投资由美国政府通过美国空军提供，少数通过美国交通部和其他民用政府部门提供经费支持。也有一些商业GPS增强服务是以盈利为目的在运营。

发展愿景

美国PNT体系结构的发展愿景是，通过开发和部署能在全球使用的有效的PNT能力，保持美国在全球PNT领域的主导地位。美国可以通过实施下列措施实现这一愿景设想：

·制定并严格遵守各项稳定的政策，赢得国内国际双重信任，从而使商业部门通过竞争实现定位导航授时领域的创新和进步；

·在各种定位导航授时活动中，通过促进机构间的合作提供协调一致的定位导航授时能力、共享信息，并与国家目标保持一致；

·实现军用、民用、商用以及国外系统和技术应用的最佳化，并领导相关工作，以整合所有可用的信号，形成高度可靠、更高性能的定位导航授时方案；

·审慎制定并应用全面的标准和最佳惯例，同时鼓励他人采用或遵守美国的定位导航授时能力。

发展策略

美国国家PNT体系结构希望通过“最大共性需求”(或称“求同存异”)策略实现上述愿景，提供有效的能满足大部分用户需求的标准方案。研究发现，大量的PNT用户都会有一些共同的需求，因此可以通过标准方案得到更有效的满足，而不是采用多种量身定制的系统来解决不同的需求。PNT信息的外部来源，如GPS，可以满足最大数量的用户需求。因此，该策略的一个关键要素是，促进美国全球导航卫星系统（GNSS）现代化的杠杆效率，为全球的无数用户提供更多的能力。该策略还把体系结构的重点放在广泛采用低负荷（如尺寸、重量、功率和成本）的自主特征上，以克服自然和电磁干扰。此外，当标准方案无法有效或恰当地提供所需的能力时，该策略可提供特殊的解决方案。最后，美国必须继续平衡国家安全优势与提供更多共用能力优势这两个方面的需求。

“当前”体系结构、演变基线体系结构和“目标”体系结构

结论

体系结构研发团队的结论是：美国国家PNT体系结构必须包含地基、空基、天基和国际PNT数据源，才能向全球和在太空中的美国国防部及美国民用用户提供有效的PNT方案。它还明确了向遍布全球的美国用户提供并保持未来PNT服务所必需的辅助基础设施的重要性。该体系结构针对的是2025年左右预计可能出现的能力空缺，并提出了填补这些空缺（或降低它们的影响）的多项建议。实施国家PNT体系结构的上述建议，以及向“目标”体系结构转变，将使得向美国国防部以及民用用户提供的PNT服务最佳化。