PNT不只是GPS，而是其发展未来

　　美国在GPS方面是先行者，而在PNT领域也还是先行者。在这方面，其技术发展路线图值得我们关注。PNT的概念是从GPS（天基PNT）脱胎而来的，并且在2004年正式成立国家天基PNT执行委员会（国家级的民事/军事联合机构），对于GPS计划进行关注和指导。所谓的“天基PNT”是指GPS、GPS增强和其他全球导航卫星系统。而2006-2008年间，美国与GPS密切相关的30余个部门，200多人参与了至2025年的GPS规划，正式推出了“PNT的总体架构”这一设想。显然，这是个雄心勃勃的计划，可是这些年来很少付诸进取式的行动。这与美国的经济状态密切有关，致使GPS现代化计划一再延缓。但是，PNT整个发展框架及其推进路线，还是在继续之中。如果我们认真地研究美国的GPS-天基PNT-PNT技术发展路线，会看到其真正的脉络动向，至少显示出三个迹象：

 

　　用好GPS，持续不断地推进其系统现代化进程

 

　　历年来，美国一直在持续不断地推进GPS的保护、优化、增强（PTA）政策，与此同时也一直在推进其包括空间段、运控段和用户段在内的系统现代化进程。2018年底第一颗GPSIII入轨，标志着GPS现代化进入一个新阶段，第四个民用信号（L1C）正式应用，与其它GNSS系统的兼容互操作（L1C与L5），有了实质性的进步。但是，GPS的L1C信号形成GPS星座整体服务尚待时日，因为GPSIII的10颗卫星，目前在轨卫星只有两颗，估计到2023-24年才能够发射完成，而后续的GPSIIIF的22颗卫星，到2026年从发射第一颗卫星，至2034年才能够发射完毕。GPSIII卫星的特色是：增加精度和功率、实现固有的信号完好性、增强抗干扰能力、增添新的L1C信号，具有更长的设计寿命（15年）。GPSIIIF卫星的特色是：实现统一的S波段遥测、跟踪与指令系统（近实时的指令/星间电路）、增加搜索和救援（SAR）有效载荷更快地检测和定位遇险信号、设置激光后向反射器阵列（LRA）提供更精确的测距数据、提供更高的功率/抗干扰能力的军用信号为战士提供区域军事保护（RMP），以及重新设计核爆探测系统（NDS）。与空间段现代化同步的是运控段和用户段的现代化。值得指出的是，L1C实现与其它GNSS的兼容互操作，L2C使用与多种多样的商业化应用，而L5主要是利用其受到频率保护的优势，重点用于生命安全领域。

 

　　有的放矢，坚持融合发展，打造坚强PNT

 

　　由于GPS应用服务存在明显的脆弱性威胁，所以很长一段时间以来，美国的卫星导航界一直在千方百计地提高其可靠性，尤其是以GPS完好性为代表的功性能指标。从系统而言，始终没有完好性对策，指导GPSIIIF才有所考虑。所以，一般都是用接收机自主完好性监测来应对。近十年来，又提出了保护、优化和增强（PTA）的政策，旨在保护频谱、优化接收机性能，和采取多模增强措施，以提高GPS的可用性、定位精度、连续性和完好性。还提出了坚强（或者称为弹性）PNT的概念，其最终目标是实现确保的PNT。在美国2008年发布的PNT整体框架文件中，人们不难发现其愿景是在推进2025年的PNT进程中，成为全球领先者，其整体战略是祈求最大公约数，也就是投入最小化，效益最大化。其主体的四大模块组成中，全面体现了融合的概念，因为有GPS（天基PNT）作为依托基础，才能真正地实现有核心主线的融合：一是关键基础物理学科间的整合；二是不同系统间的互补与替换；三是首当其冲的导航与通信（应该说是包括天地基、室内外）的融合；四是管理机构间的进一步合作融通。说实在的，真正的坚强PNT打造，是融合的结果，而不是结果的融合。

 

　　突出军用，旨在解决关键核心技术，终极是确保PNT

 

　　由于PNT框架概念过于泛在，难于形成工程性项目实施方案，因此必须找到合适的牛鼻子抓手，从关键核心技术着手，从军用之需着手，是个不错的选择。所以，应该以确保的PNT为终极目标，来逐步营建PNT整体架构。所谓的确保PNT，就是在存在干扰、欺骗或其他骚乱的环境下，不会丢失其获得时空参量信息的能力，这是美国国防部在此领域的最高优先事项之一。2019年8月美国国防部公布其PNT战略，强调指出：“为了确保军用PNT的先进性，仅仅用GPS是不够的”。对此国防部将要使用的主要方法之一，是采用多种不同的PNT源。这些源实际上可以处于全球、区域和本地服务的多层体系结构中。该战略设想将GPS与军用级接收机配对，作为主要的全球层的PNT源，同时认为可以使用联军的GNSS。而且，由于“GPS存在很容易受干扰和影响的脆弱性，所以应该有必要考虑使用具有不同特性的PNT信息的其他源”。区域层PNT定义为可以服务于广大地区（例如几个国家或甚至大洲）的系统。该战略报告认识到区域层源可能存在于太空中，因此讨论了两个低频地面系统，这些系统的特性与卫星大不相同的增强罗兰（eLoran）以及竞争环境中的空间、时间和方向信息（STOIC）。其中每个都可以视为对GPS的可能补充”。短距离射频系统、时钟、惯性、多种多样传感器和混合PNT服务，均可与无线网络集成，并且都被认为是国防部PNT体系结构本地层的可能贡献者。