美国RNT基金会提出替代GPS的弹性授时需求提案

　　根据 RNT 基金会的说法，国家弹性授时架构应包括通过光纤和射频以及基于天基的传输。（图片：RNT 基金会）

　　美国弹性导航和授时(RNT)基金会发布了一份白皮书，提出了政府需求提案(RFP)的属性，以获取授时服务。“国家弹性授时架构，现在是其需求提案（RFP）！”。这个建议是建立在美国弹性导航与授时（RNT）基金会于2020年10月发布的白皮书（题为《国家弹性国家授时架构》）基础上。现在大部分直接或间接来自GPS的授时服务，对无数网络、交通、金融、工业和其他应用领域都至关重要。2018年国家授时弹性和安全法案(NTRSA)要求建立一个或多个系统作为替代方案，并作为GPS授时的备份。

　　RNT基金会的2020年10月发布的白皮书，讨论了如何相对容易且成本低廉地建立满足NTRSA要求的国家弹性授时架构。它建议政府与商业提供者签订服务合同，而不是去建立自己的系统。新白皮书概述了政府在获取授时服务时可能使用的一些要求和评估标准。

　　目标。该白皮书假设，此类采购的目标应该是建立联邦授时“骨干网”。这将满足NTRSA的要求，NTRSA认识到授时对于许多应用至关重要，也是大多数电子定位和导航系统的基础。建立这种骨干网将为用户提供GPS中断时的替代方案和安全保障网，并在其他时候实现更具弹性和更可靠的服务。作为骨干网，它将提供给其他机构和个人能够建立与应用的基本的基础服务。预计新服务将包括：支持全国范围内的各种公共和私人应用；完全独立于GPS和其他GNSS并且具有最少或没有常见故障模式；提供多种不同的授时交付方法；为固定和移动用户提供服务。关于最后一点，白皮书指出，移动设备在使用授时信号之前必须知道它们所在的位置。因此，所选系统或系统组合还必须在基本级别向移动用户提供独立于GPS的位置信息。

　　要求。白皮书设想，成功的提案将需要满足许多要求，包括：服务于整个美国离岸约200英里的陆地区域、领空和沿海水域；使所有固定和移动用户能够访问至少一个非天基源（以确保没有GPS/GNSS的常见故障模式）；所有位置的授时精度均在世界协调时间 (UTC)的500纳秒以内；对于50个最大的都市区，此精度应在UTC的100纳秒以内；具有一种或多种完好性保障措施，以提供用户对系统非常高的精度、连续性和可用性的信心，类似于飞机的导航信标性能监测和控制系统。

　　评估标准。对政府来说，幸运的是许多系统和公司已经能够提供所需的服务。如何决定选择哪个可能是项重大的工作。RNT基金会白皮书建议的一些评估标准是：一是年度成本--虽然成本不是此次收购的唯一考虑因素，但政府始终有责任让纳税人将其作为重要因素进行权衡；二是每单位覆盖区域所需的基础设施，这已被交通部认定为一个非常重要的考虑因素。基础设施的数量不仅会影响成本，还会对环境和社区产生影响；三是频谱--带内和带外传输造成的信号中断，一直是GPS的重要问题。新的PNT的无线和射频服务应尽可能减少频谱问题。频谱频段预留、许可、预先分配的频段、其他频段和相邻频段的使用都将被考虑在内；四是渗透率--虽然政府可能不会将此列为要求，但服务到达水下、地下和室内位置的能力可能是可取的，并且是提案评估的一部分；五是弹性--GPS信号易受干扰的影响，无疑会使潜在备份和补充系统的弹性成为一个主要问题。RNT基金会的白皮书讨论了两种弹性--可操作性，以及复原性；六是运营弹性，它被定义为“一个系统、系统组合或服务的抗中断（例如：干扰、欺骗、物理遮挡对服务产生负面影响）的能力。”一种衡量弹性的方法可能是破坏信号工作所需的能量。七是复原弹性，它被描述为“服务在中断后恢复正常运行的速度和难易程度”；八是网络安全--同样，网络安全被视为有两个组成部分，第一个是网络安全，定义为系统与网络隔离或连接的程度。其次是信号安全性，也就是保护信号免受渗透和模仿的程度。

　　替代GPS授时的认可。自2020年《国家弹性授时架构》白皮书发布以来，GPS替代方案的呼声愈发高涨，白皮书本身也获得了重要的背书。2021年5月7日，电信行业标准组织与电信行业解决方案联盟(ATIS)大力支持联邦资助的GPS替代方案。在给国会两院领导人的信中，ATIS提到“迫切需要为美国替代定位、导航和授时(PNT)系统的部署和采用提供资金。关键基础设施，包括美国电信业”。兰德公司在今年5月份发布的一项为期两年的研究也支持联邦政府对GPS授时和定位备份的需求。虽然这篇报告竭尽全力反对重复的类似GPS的能力，但它悄悄地建议联邦支持国家授时系统和定位服务，以服务E-911系统。

　　近期来自美国的众多媒体报道，太空部队已经揭示了对GPS和其他天基系统存在的严重军事威胁。各种杀手级卫星、激光和其他武器已将太空从避难所变成了潜在的战场。虽然没有特别呼吁GPS的替代方案，但太空部队的公告已经明确表示，美国需要“摆脱GPS的视线”。建立至少一个类似于我们对手操作的地面替代系统，美国运输部前部长助理格雷格·温弗里（Greg Winfree）表示，将对于卫星和信号的吸引力要小得多。

　　需要联邦资金。用于改善全国授时安排的联邦资金，得到了来自主要电信公司的一帮CEO和高级管理人员的特别支持。作为国家安全电信咨询委员会 (NSTAC)，该组织于5月向拜登总统提交的报告讨论了GPS漏洞和威胁，并敦促建立一种替代能力。类似于RNT基金会提出的题为“国家弹性授时架构”的白皮书中所反映的内容。此外，为了提高商业实体利用这种架构的能力，政府应拨出足够的资金为创建这种授时架构奠定基础，联邦政府是最终成为弹性互连网络的第一个接受PNT交货的客户。”据NSTAC称，联邦资金支持是必要的，因为免费GPS服务极大地抑制了市场对替代品的需求。