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说到底,是缺钱,也有机制问题。——GPS本可以具有高精度和防欺骗的,如果……

添加时间:2023-02-03 08:00:18 来源:曹 冲

欧洲伽利略在今年1月24日宣布免费提供全球高精度服务,也引起了美国的GPS界的关注,甚至有人贴出题为“全球领先的美国卫星导航本周开始落后了”的推文。而且,还有专门著文谈及美国本可以在高精度和韧性服务(HARS)方面,有所作为的,但是也存在种种瓶颈和障碍,主要还是缺钱与机制问题。眼看着伽利略和北斗导航这些新兴系统,都将高精度服务纳入系统提供的服务范围,让GPS不得不盘点一下自己的应用与服务资源。

那是2018年。欧洲航天局的代表正在访问位于加利福尼亚州山景的谷歌总部。正在讨论的是欧洲计划为伽利略卫星导航系统引入高精度和认证服务。伽利略将在E6-B波段广播精密单点定位修正,并为用户提供分米级的精度。它们还将包括导航认证电文,使接收者能够区分真实消息和欺骗者发送的欺骗性消息。谷歌不想在未来版本的Android手机中加入这些功能吗?谷歌杰出工程师弗兰克·范·迪格伦(Frank van Diggelen)响亮地回答:“是”。

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技术上可行。范·迪格伦也有另一个想法。应该可以通过互联网提供精确的定位校正和认证数据。这也可以让具有互联网连接的手机访问这些服务。有了应用程序,旧款智能手机将能够利用这些服务,而且无需在新手机设计中添加新硬件。下一个合乎逻辑的步骤,将是为美国的GPS建立基于互联网的高精度和认证服务。与较新的欧洲伽利略和中国北斗系统不同,GPS卫星不具备传输数据以提高精度和验证信号的能力。范·迪格伦(van Diggelen)和其他在国家基于天基的定位、导航和授时(PNT)咨询委员会(PNTAB)任职的专家表示,从技术上讲,通过互联网向用户提供高精度和认证数据的校正是完全可能的。然而,美国的一些流程挑战可能会使建立这样的服务变得困难,并可能完全阻止其创建。

     数据收集和使用尚未成为正式程序。第一个与美国收集和处理全球导航卫星系统(GNSS)——GPS、GLONASS、伽利略和北斗——实时跟踪数据的方式有关,以获得高精度服务所需的校正。美国宇航局喷气推进实验室(JPL)运营着美国宇航局全球全球导航卫星系统网络(GGN),该网络遍布全球60多个站点,为JPL的全球差分GPS(GDGPS)系统提供跟踪数据。GDGPS系统还可以从数百个其他站点获取实时跟踪数据,所有这些站点都跟踪GPS和其他GNSS。这允许GDGPS系统为GPS和其他GNSS的导航电文生成提供精确的校正。它还为世界各地的定位应用提供实时分米级精度。这些更正是在可偿还的基础上提供给一些政府机构和商业实体的。不过,美国国家航空航天局的GDGPS能力并不是政府正式计划的一部分。相反,作为JPL努力在全球导航卫星系统的科学和工程应用中拓展边界的一部分,以及它承担其他机构支付的工作能力,它们已经有机地发展起来。因此,GDGPS的工作缺乏足够的、既定的政府资金线、正式的计划任务以及确保其作为政府提供服务的长期可行性所需的其他结构和程序。

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图片:2022年11月国家PNT咨询委员会会议实现高精度和韧性服务(HARS)的建议

NASA和JPL官员认识到了这一点,并于2020年成立了一个工作组,就他们应该如何推进提出建议。次年,该工作组向NASA和PNTAB提出了几项建议。其中包括建立个与NASA资助水平一致的,为GDGPS创建个一级能力文件,并开始讨论一份机构间谅解备忘录(MOU),以获得长期政府资助。同时,PNTAB工作组调查了GDGPS活动,并向PNTAB提出了建议。其中包括:NASA/JPL记录GDGPS能力,包括架构、设施、功能和产品;为GDGPS建立一个稳定的政府资金链;对GDGPS进行安全审查;并在寻求多机构使用其服务时保持GDGPS的创业方针。

民用GPS很少需要加以强调。为GPS建立高精度和认证服务的第二个挑战,似乎是联邦政府内缺乏一个确定的代理人或机制来这样做。欧洲的伽利略系统是为支持经济活动和发展而建立并运行的民用系统。美国的GPS由军方运行。它最初是为了“把五枚炸弹放进同一个洞里”的目标要求而创建的,由美国空军建造并运行了多年,现在由美国空军负责。其主要任务是支持军事任务,几乎所有资金都来自国防部(DOD)。然而,无可争议的是,99%的GPS用户不在军队中,该系统已成为大多数技术和美国经济几乎每个方面的关键。政府的官方政策早就认识到了这一点,至少在战略层面上如此。2004年和2021发布的总统政策规定,只要民事机构要求并完全由民事机构提供资金,就可以改善民事用户的功能。然而,在更具战术性的层面上,为民用需求提供资金的尝试总是面临巨大困难,而且很少成功*(备注)。总统指令中关于民用信号监测、干扰检测和缓解、增强弹性、替代互补PNT和负责任使用的授权都面临着艰难的斗争,几乎没有获得资金。根据前政府高级官员的说法,这一困难源于民用GPS的使用陷入了官僚主义的“第22条军规”。一方面,行政部门的政策规定,对有利于民用用户的GPS功能和应用的资金必须通过交通部(DOT)。另一方面,在政府规划和预算编制领域,GPS被视为国防部资助的昂贵军事能力。通过DOT申请GPS和PNT相关资金更难解释,也更容易被拒绝。使这一困难更为复杂的是,缺乏一位明确的、授权的国家领导人来倡导对GPS和PNT问题采取全面的、全国性的方法,并克服官僚主义障碍。因此,采用GPS高精度和弹性服务建议的前进道路充其量是不明确的。然而,总统顾问委员会和政府中的许多人都抱有希望。其中一位表示:“为GPS建立高精度和弹性服务是正确的做法”。“我们有所有的条件来实现这一点。我们只需要把它们结合起来”。正如一位董事会成员在最近的会议上所评论的那样,如果美国不这样做,“那就糟透了”。

*(备注)美国联邦航空管理局的广域增强系统(Wide Area Augmentation System)是民用GPS相关能力资金困难的例外。它是在航空业的大力游说下成立的,航空业继续给予它大力支持。

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