美國國家星基定位、導(dǎo)航與授時(shí)概況

郭麗紅 李洲（北京跟蹤與通信技術(shù)研究所）

2004年，美國公布了名為《美國國家星基定位、導(dǎo)航與授時(shí)（PNT）政策》的文件，用以取代1996年美國總統(tǒng)發(fā)布的關(guān)于美國“全球定位系統(tǒng)”（GPS）政策的決定，采用PNT取代GPS。美國在明確PNT范疇（包括GPS和利用星基技術(shù)提供更好PNT服務(wù)的所有系統(tǒng)，如由美國交通部維護(hù)的各種增強(qiáng)系統(tǒng)）的同時(shí)，還從國家PNT戰(zhàn)略的高度賦予GPS系統(tǒng)國家戰(zhàn)略使命，將GPS的重要性提升到了國家基礎(chǔ)設(shè)施的高度，并為GPS系統(tǒng)提供了地基的備用系統(tǒng)。

1 美國國家星基PNT推出背景

隨著全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在軍事、民生各個(gè)方面的作用日益顯著，競爭也更加激烈。在20世紀(jì)70～80年代，美國GPS與蘇聯(lián)“全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)”（GLONASS）曾經(jīng)有過競爭，然而隨著蘇聯(lián)的解體、俄羅斯的財(cái)力問題，GPS逐漸獨(dú)霸天下；進(jìn)入21世紀(jì)，歐洲“伽利略”（Galileo）計(jì)劃出臺，俄羅斯GLONASS提出復(fù)蘇計(jì)劃，從而引發(fā)了新一輪全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GNSS）競爭，GPS必須面對這一挑戰(zhàn)。

另一方面，由于GPS在美國經(jīng)濟(jì)生活中的重要性，美國必須將其納入反恐范疇，即美國必須防止因恐怖分子擾亂GPS而對美國的經(jīng)濟(jì)和社會生活造成混亂，并防止恐怖分子利用GPS對美國自身造成危害，包括使用基于GPS的精確打擊武器攻擊其要害部門。

為了確保美國的國家安全，并保持和鞏固其引領(lǐng)GNSS的主導(dǎo)地位，美國從多個(gè)方面促進(jìn)PNT的建設(shè)：在2004年4月發(fā)布GPS第三號總統(tǒng)令，成立國家星基PNT執(zhí)行委員會，強(qiáng)化GPS的管理；在2005年11月發(fā)布了名為《GPS的將來》的專門報(bào)告；2006年2月美國聯(lián)邦航空局（FAA）又發(fā)布了2005聯(lián)邦無線電導(dǎo)航計(jì)劃；2010年發(fā)布的《國家航天政策》為PNT建設(shè)提供了頂層指導(dǎo)，提出“維護(hù)和加強(qiáng)星基PNT系統(tǒng)”，再次闡述美國必須保持其在GNSS應(yīng)用中的領(lǐng)導(dǎo)地位。

2 美國國家星基PNT執(zhí)行委員會

國家星基PNT執(zhí)行委員會的構(gòu)成

根據(jù)2004年的新政策，美國成立了國家星基PNT執(zhí)行委員會，國家星基PNT執(zhí)行委員會由國防部副部長和交通部副部長共同擔(dān)任主席，其他參加執(zhí)行委員會的部或機(jī)構(gòu)[如美國航空航天局（NASA）、商業(yè)部、文化部、國土安全部（DHS）等]的代表也有相應(yīng)的行政級別。

與根據(jù)1996年政策而建立的聯(lián)席GPS執(zhí)行局（IGEB）相比，國防部和交通部分別作為GPS軍用和民用的主要負(fù)責(zé)單位的格局沒有改變，由于IGEB由國防部助理部長和交通部助理副部長共同擔(dān)任主席，因此，PNT執(zhí)行委員會的級別比IGEB的級別有所提高，其在決策方面發(fā)揮更大的作用。

國家星基PNT執(zhí)行委員會的主要活動

國家星基PNT執(zhí)行委員會的主要工作包括項(xiàng)目協(xié)調(diào)、頻譜管理、國際合作以及對外聯(lián)系。

1）項(xiàng)目協(xié)調(diào)。主要項(xiàng)目包括5年的國家計(jì)劃、國家PNT體系結(jié)構(gòu)、GPS現(xiàn)代化、資助民用GPS、國家差分GPS、增強(qiáng)羅蘭（eLoran）、“災(zāi)難報(bào)警衛(wèi)星系統(tǒng)”（DASS）。

2）頻譜管理。干擾檢測和緩解計(jì)劃、頻譜保護(hù)計(jì)劃。

3）國際合作。包括雙邊和多邊合作，已經(jīng)與澳大利亞、中國、歐洲、印度、日本、俄羅斯和英國建立了合作關(guān)系。國際合作的目標(biāo)是兼容和互操作、國家安全、全球市場上的公平競爭環(huán)境。多邊合作對象包括GNSS國際委員會、國際民航組織（ICAO）、國際海事組織（IMO）；北大西洋公約組織（NATO）。

4）外部聯(lián)系。包括出版物、網(wǎng)站，教育展示，會議及研討會等。

PNT項(xiàng)目和政策的重點(diǎn)是：①GPS性能的持續(xù)改進(jìn)，如增強(qiáng)系統(tǒng)的更高性能、新的GPS信號、GPS現(xiàn)代化提供的空前新能力；②美國政府鼓勵(lì)民用GPS和增強(qiáng)系統(tǒng)的全球使用；③國際合作具有高優(yōu)先權(quán)，積極鼓勵(lì)多邊/雙邊的磋商；④每當(dāng)新的GNSS及其應(yīng)用出現(xiàn)，兼容互操作是關(guān)鍵；⑤美國的目標(biāo)是保持GPS成為公認(rèn)的全球“金標(biāo)準(zhǔn)”。

3 PNT政策主要內(nèi)容

《美國國家星基PNT政策》文件包括：①新政策的適用范圍；②美國制訂本政策的背景；③目的和目標(biāo)；④對外國利用美國星基PNT能力的規(guī)定，重點(diǎn)是GPS技術(shù)和產(chǎn)品出口管制的原則；⑤對美國各政府機(jī)構(gòu)在星基PNT方面的作用與職責(zé)規(guī)定等。

PNT政策最基本的目的是要使美國維持星基PNT服務(wù)、增強(qiáng)系統(tǒng)、備份能力和服務(wù)阻止能力。具體包括：①確保提供不間斷的PNT服務(wù)；②滿足不斷增長的軍民用需要；③保持卓越的軍用星基PNT服務(wù)；④繼續(xù)提供超越國外民用星基PNT服務(wù)與增強(qiáng)系統(tǒng)的民用服務(wù)，保持競爭力；⑤保持作為國際已接受的PNT服務(wù)的基本組成部分，促進(jìn)其他國家GNSS與GPS的兼容互操作；⑥保持美國在該領(lǐng)域的技術(shù)領(lǐng)先地位。

PNT政策的執(zhí)行目標(biāo)有：①通過GPS為美國和盟國軍隊(duì)提供不間斷的星基PNT服務(wù)而不依賴外國PNT服務(wù)；②通過GPS及增強(qiáng)系統(tǒng)在世界范圍內(nèi)免費(fèi)持續(xù)提供公開的民用PNT服務(wù)，并免費(fèi)公開提供研制用戶設(shè)備所需的信息；③提高阻止敵對方使用星基PNT服務(wù)的能力，提高民用PNT服務(wù)的抗干擾能力；④改善星基PNT服務(wù)的性能，包括更魯捧的抗無意干擾能力；⑤保持GPS繼續(xù)作為美國多種關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的組成部分；⑥鼓勵(lì)其他國家使用GPS，確保外國星基PNT系統(tǒng)與GPS及增強(qiáng)系統(tǒng)的兼容互操作。與國外的GNSS提供者互通安全信息，防止星基PNT服務(wù)被敵意地使用；⑦促進(jìn)美國國內(nèi)最大限度地使用美國的PNT服務(wù)和能力。

4 PNT體系結(jié)構(gòu)和對GPS系統(tǒng)的主要改進(jìn)

在PNT執(zhí)行委員會的領(lǐng)導(dǎo)下，美國國家安全太空辦公室（NSSO）聯(lián)合美國交通部研究創(chuàng)新技術(shù)管理局（DOT/RITA）、國防部負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)及信息集成的副部長辦公室[OASD（NII）]，與政府其他機(jī)構(gòu)合作，完成了一套國家PNT體系結(jié)構(gòu)的開發(fā)。該體系結(jié)構(gòu)確立了美國要在PNT方面占據(jù)全球領(lǐng)導(dǎo)地位的愿景，實(shí)現(xiàn)這個(gè)愿景的戰(zhàn)略，戰(zhàn)略包含的諸多要素，實(shí)施這些要素的建議等。

PNT體系結(jié)構(gòu)簡介

PNT體系結(jié)構(gòu)主要用以指導(dǎo)近期和中期的PNT能力決策。其涉及的范圍主要有用戶（軍事用戶、國土安全用戶、民用、商用、個(gè)人），領(lǐng)域（太空、天空、地面、地下），任務(wù)，資源，提供者（軍事、民事、商業(yè)、國際）。

國家PNT體系結(jié)構(gòu)的愿景是美國在全球PNT的領(lǐng)導(dǎo)地位，具體內(nèi)容包括：①國家PNT體系結(jié)構(gòu)以2004年美國總統(tǒng)簽署的《美國國家星基PNT政策》為基礎(chǔ)；②有效地（成本、時(shí)間進(jìn)度、可接受的風(fēng)險(xiǎn)、用戶影響）開發(fā)最佳的技術(shù)和系統(tǒng)；③發(fā)布穩(wěn)定的政策；④通過商業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的競爭鼓勵(lì)創(chuàng)新，確保魯棒性和持久的局間協(xié)作及合作；⑤使軍用、民用、商業(yè)及國外系統(tǒng)和技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用最大化；⑥深思遠(yuǎn)慮地開發(fā)并提供標(biāo)準(zhǔn)和最佳實(shí)踐。

國家PNT體系結(jié)構(gòu)的指導(dǎo)性政策示意圖

國家PNT體系結(jié)構(gòu)的戰(zhàn)略是通過一個(gè)更通用的標(biāo)準(zhǔn)化的方法，使美國可以最好地實(shí)現(xiàn)效率和效益。具體內(nèi)容包括：①以通用的解決方案滿足通用需求；②發(fā)布一個(gè)主流的可依賴的體系結(jié)構(gòu)，使用戶信賴外部資源；③加速正在進(jìn)行的GPS現(xiàn)代化，確保全球服務(wù)和支持國家利益；④促進(jìn)采用低負(fù)擔(dān)的自主特色，增強(qiáng)魯棒性；⑤特殊需求仍要求特殊的解決方法；⑥權(quán)衡對軍用PNT優(yōu)勢需求的提供或使能能力。

PNT體系結(jié)構(gòu)將用于：①為后續(xù)的從GPS向PNT的轉(zhuǎn)換提供信息；②是未來聯(lián)邦無線電導(dǎo)航規(guī)劃開發(fā)的基礎(chǔ)；③定義一個(gè)未來的PNT系統(tǒng)之系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)；④指導(dǎo)未來PNT系統(tǒng)的預(yù)算/投資決策；⑤評估新需求&新能力的框架依據(jù)；⑥對現(xiàn)有PNT規(guī)劃、要求、預(yù)算、進(jìn)度、合作伙伴、投資和政策進(jìn)行建議的依據(jù)；⑦是未來5年國家星基PNT規(guī)劃的關(guān)鍵輸入；⑧指導(dǎo)國防部和民用PNT科學(xué)技術(shù)路線圖的開發(fā)。

對GPS系統(tǒng)的影響和GPS的主要改進(jìn)活動

在星基PNT框架下，未來美國關(guān)于GPS的主要政策是：作為美國星基PNT體系的主要構(gòu)成系統(tǒng)，繼續(xù)提供卓越的星基PNT服務(wù)，領(lǐng)導(dǎo)未來的GNSS。PNT政策和項(xiàng)目的戰(zhàn)略重點(diǎn)之一是對GPS性能的持續(xù)改進(jìn)，通過增加M碼信號、增大發(fā)射功率等措施，以提高GPS軍用的保密性和抗干擾能力，提高阻止敵方利用民用GPS的能力。

為了保持在衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域的經(jīng)濟(jì)和軍事領(lǐng)先地位，美國一直在準(zhǔn)備發(fā)射GPS－3衛(wèi)星。GPS－3衛(wèi)星發(fā)射功率有望達(dá)到目前的500倍，以提升其抵抗干擾的能力；并將擁有第二和第三個(gè)頻率來包含民用信號，更強(qiáng)的信號傳輸，能夠?qū)崟r(shí)為地面物體提供1m以內(nèi)的精確定位。GPS-3衛(wèi)星將提高精確度、完整性和抗敵方干擾的能力，為軍方和民用客戶提供更佳的定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)。這些新能力將逐步在GPS-3系列衛(wèi)星中添加。首顆GPS-3衛(wèi)星計(jì)劃于2014年發(fā)射升空。美國新GPS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)將最終由此32顆衛(wèi)星組成。在GPS衛(wèi)星的操作控制部分，未來的工作重點(diǎn)是加強(qiáng)任務(wù)規(guī)劃和近實(shí)時(shí)的指揮控制。

在PNT政策和項(xiàng)目中，戰(zhàn)略重點(diǎn)除了GPS性能的持續(xù)改進(jìn)外，為了確保PNT的安全，2008年2月，美國宣布將eLoran作為GPS的備份。該建議由獨(dú)立評估組和PNT執(zhí)行委員會提出，資金由國土安全部（DHS）提供。這一措施進(jìn)一步表明了美國對于PNT作為國家基礎(chǔ)設(shè)施的重視程度，美國希望eLoran能在技術(shù)性能和系統(tǒng)功能上成為GPS的真正備用系統(tǒng)，在GPS由于人為干擾不能滿足民用用戶的某些需求的情況下提供技術(shù)支持。

5 結(jié)束語

GNSS作為一種國家基礎(chǔ)設(shè)施，正在發(fā)揮越來越重要的作用，美國希望通過發(fā)布PNT政策，推進(jìn)PNT的建設(shè)，確保其在該領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位，并從反對其他國家建設(shè)GNSS到積極推進(jìn)GNSS雙邊合作，以合作的方式施加影響，希望在國際合作中居于引領(lǐng)地位。

回顧美國從GPS到PNT的發(fā)展歷程，分析解讀PNT政策和項(xiàng)目的要點(diǎn)，中國需要關(guān)注和深思的課題是，在國際競爭與合作大趨勢的引領(lǐng)下，如何借鑒已有成熟系統(tǒng)發(fā)展過程中的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)，在技術(shù)發(fā)展的推動下，從國家基礎(chǔ)設(shè)施的層面，規(guī)劃和建設(shè)好中國的PNT。