美國(guó)PTA計(jì)劃分析

● 文|中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十二研究所 劉鈍 吳健 甄衛(wèi)民

美國(guó)PTA計(jì)劃分析

● 文|中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十二研究所 劉鈍 吳健 甄衛(wèi)民

作為國(guó)家基礎(chǔ)信息系統(tǒng)，GNSS的重要性不斷凸現(xiàn)。電磁環(huán)境對(duì)GNSS的影響為國(guó)家定位、導(dǎo)航和授時(shí)（PNT）體系結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)提出了更高的要求。作為美國(guó)PNT體系結(jié)構(gòu)建設(shè)的最新發(fā)展，PTA計(jì)劃進(jìn)一步從法律法規(guī)、技術(shù)、系統(tǒng)建設(shè)等不同角度給出了PNT系統(tǒng)的發(fā)展建議。本文全面分析了美國(guó)PTA計(jì)劃，深入分析了PTA產(chǎn)生的背景，并從PNT體系結(jié)構(gòu)建設(shè)的角度分析了PTA計(jì)劃的優(yōu)勢(shì)與不足。

2014年11月，在捷克布拉格召開的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)國(guó)際委員會(huì)（ICG）第九屆大會(huì)期間，PNT咨詢委員會(huì)的Bradford Parkinson教授作了題為“確保PNT：美國(guó)PNT咨詢委員會(huì)的一項(xiàng)‘保護(hù)、強(qiáng)化和增強(qiáng)GNSS（PTA）’方案及有關(guān)建議”的主旨演講。其目的是為了減少日益增多的GNSS干擾對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)PNT服務(wù)帶來(lái)的影響，確保GPS作為PNT的核心地位。在2015年11月美國(guó)國(guó)家PNT會(huì)議中，Bradford Parkinson教授進(jìn)一步提出，美國(guó)在2017年前的一項(xiàng)重要工作就是推動(dòng)PTA計(jì)劃的實(shí)施。

在此之前，美國(guó)曾在2008年發(fā)布了《國(guó)家PNT體系結(jié)構(gòu)研究》報(bào)告（以下簡(jiǎn)稱《體系報(bào)告》），并在2010年發(fā)布了《國(guó)家PNT體系結(jié)構(gòu)實(shí)施計(jì)劃》（以下簡(jiǎn)稱《實(shí)施報(bào)告》），更早些時(shí)候，美國(guó)在2004年發(fā)布了新的GPS政策，并提出天基PNT概念。如何認(rèn)識(shí)美國(guó)發(fā)布的這些政策、計(jì)劃？它們之間的有機(jī)聯(lián)系是什么？認(rèn)清這些問(wèn)題對(duì)于我國(guó)目前正在開展的北斗系統(tǒng)建設(shè)及未來(lái)發(fā)展具有重要意義。

一、美國(guó)PTA計(jì)劃介紹

1.PTA計(jì)劃提出的原因

隨著GNSS在軍民領(lǐng)域的深入應(yīng)用，其安全性也受到了廣泛的關(guān)注，其中日益嚴(yán)重的電磁環(huán)境干擾已成為影響GNSS安全性的主要因素。ICG認(rèn)為電磁環(huán)境已成為制約GNSS實(shí)現(xiàn)其預(yù)定功能和性能的關(guān)鍵因素。為此，ICG還給出了電磁環(huán)境干擾因素的統(tǒng)一定義，如圖1所示。

圖1 ICG中定義的GNSS環(huán)境干擾影響

由此可見，影響GNSS安全性的電磁環(huán)境因素可以概括為：電磁干擾因素和空間環(huán)境擾動(dòng)因素。電磁干擾是指引起衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)性能降低的各種電磁干擾信號(hào)，包括非故意干擾與人為故意干擾；空間環(huán)境擾動(dòng)是指影響衛(wèi)星信號(hào)傳播環(huán)境要素的總稱，主要指電離層擾動(dòng)對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的影響。

發(fā)生在2010年初的紐瓦克自由國(guó)際機(jī)場(chǎng)事件證明了民用GPS基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)干擾影響的脆弱性。由于未知射頻源的影響，機(jī)場(chǎng)內(nèi)部提供精密進(jìn)近服務(wù)的GPS地基增強(qiáng)系統(tǒng)多次出現(xiàn)故障。通過(guò)數(shù)月調(diào)查，“兇手”為一個(gè)隨處可見的，用車載點(diǎn)煙器即可供電的廉價(jià)GPS干擾器。

在美國(guó)，影響較大的另一個(gè)事件是光平方（LightSquared）系統(tǒng)對(duì)GPS造成影響，原因是LightSquared占用的頻譜和GPS接收機(jī)接收信號(hào)的頻譜發(fā)生了混疊。對(duì)這個(gè)事件的研究結(jié)果直接導(dǎo)致北京時(shí)間2012年2月15日，美國(guó)聯(lián)邦通訊委員會(huì)（FCC）否決了LightSquared提出建設(shè)全國(guó)性4G-LTE網(wǎng)絡(luò)的提議。

南美地區(qū)是電離層擾動(dòng)影響高發(fā)區(qū)，嚴(yán)重的擾動(dòng)影響一度限制了WAAS系統(tǒng)向南美地區(qū)的擴(kuò)展應(yīng)用。Galileo系統(tǒng)建設(shè)同時(shí)，歐洲與巴西等國(guó)家聯(lián)合開展了針對(duì)南美地區(qū)電離層擾動(dòng)影響研究的CIGALA項(xiàng)目，旨在提高Galileo系統(tǒng)的全球性能。

針對(duì)GNSS系統(tǒng)的電磁環(huán)境干擾問(wèn)題，美國(guó)PNT咨詢委員會(huì)一方面發(fā)起GPS應(yīng)用價(jià)值研究，對(duì)關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施中的PNT應(yīng)用影響情況進(jìn)行正式的威脅評(píng)估，以提高用戶對(duì)GPS系統(tǒng)重要性及其脆弱性的認(rèn)識(shí)。另一方面，美國(guó)PNT咨詢委員會(huì)建議實(shí)施PTA計(jì)劃，以滿足用戶對(duì)PNT服務(wù)的需求。

2.美國(guó)PTA計(jì)劃主要內(nèi)容

美國(guó)開展PTA計(jì)劃的目的是為了確保GPS PNT的可用性，它的實(shí)施包含三方面的內(nèi)容：保護(hù)（Protect）、強(qiáng)化（Toughen）和增強(qiáng)（Augment）。

（1）保護(hù)

保護(hù)是指保護(hù)GPS系統(tǒng)和信號(hào)，以便用戶能夠接收到真實(shí)可用的GPS信號(hào)。此外，干擾檢測(cè)與削弱也是保護(hù)的核心內(nèi)容。對(duì)GPS系統(tǒng)和信號(hào)的保護(hù)包含兩個(gè)方面的內(nèi)容：

1）加強(qiáng)立法，對(duì)GPS頻譜進(jìn)行保護(hù)，打擊非法GPS干擾器

目前在GPS的頻段內(nèi)有多種業(yè)務(wù)共存，這些同頻業(yè)務(wù)與GPS之間的兼容性就成為影響GPS信號(hào)可靠性的最重要因素之一。此外，隨著新型GNSS信號(hào)的面世，GPS頻段內(nèi)將變得更為擁擠。由于這些新型GNSS信號(hào)的頻譜更寬，它們之間以及它們與鄰近頻段信號(hào)的兼容性也必將成為一個(gè)潛在的問(wèn)題。

GNSS非法干擾器也是頻譜保護(hù)工作的一個(gè)巨大威脅。這也迫切需要各國(guó)政府嚴(yán)格立法禁止生產(chǎn)、銷售、使用、出口和擁有GPS干擾器。

為此，早在2012年1月13日，美國(guó)國(guó)家天基PNT執(zhí)行委員會(huì)的聯(lián)合主席就曾建議國(guó)家電信和信息管理部門（NTIA）起草新的GPS頻譜干擾標(biāo)準(zhǔn)。新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃了未來(lái)GPS信號(hào)鄰近頻段內(nèi)地面、商業(yè)應(yīng)用的無(wú)線電頻譜，并確保這些應(yīng)用在實(shí)施過(guò)程中不會(huì)對(duì)現(xiàn)有的，關(guān)系到經(jīng)濟(jì)、公共安全、科研和國(guó)家安全需要的天基PNT服務(wù)造成影響。

2）建設(shè)干擾檢測(cè)與削弱系統(tǒng)

建立干擾檢測(cè)與削弱系統(tǒng)是保護(hù)GPS信號(hào)和系統(tǒng)的一個(gè)最重要的舉措。干擾檢測(cè)與削弱系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的建立標(biāo)志著干擾檢測(cè)與削弱系統(tǒng)的初步建成。美國(guó)的干擾檢測(cè)與削弱系統(tǒng)由美國(guó)國(guó)土安全部（DHS）負(fù)責(zé)，其下屬的海岸警衛(wèi)隊(duì)負(fù)責(zé)的民用系統(tǒng)是干擾檢測(cè)與削弱系統(tǒng)的核心系統(tǒng)，它能接收來(lái)自全球的GPS異常報(bào)告，并能實(shí)現(xiàn)對(duì)GPS干擾進(jìn)行快速檢測(cè)、定位、上報(bào)和歸類的能力。

干擾發(fā)生前開展的三個(gè)行動(dòng)步驟包括頻譜保護(hù)、立法和打擊非法GPS干擾設(shè)備等內(nèi)容。干擾發(fā)生后包含四個(gè)行動(dòng)步驟，總體而言就是：與通信和執(zhí)法部門合作，改善干擾識(shí)別的時(shí)效性和準(zhǔn)確性，同時(shí)在國(guó)家安全基礎(chǔ)設(shè)施的支持下，開發(fā)檢測(cè)、測(cè)量、定位、削弱無(wú)線電干擾的方法。

（2）強(qiáng)化

強(qiáng)化是指強(qiáng)化GPS接收機(jī)的能力。

在PTA計(jì)劃中，強(qiáng)化包含兩個(gè)方面的內(nèi)容：

1）對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的強(qiáng)化

由于GPS衛(wèi)星信號(hào)發(fā)射功率較低，載波頻率卻達(dá)到GHz的量級(jí)，使得信號(hào)在自由空間傳播時(shí)產(chǎn)生的損耗較大，這種信號(hào)體制造成了GPS信號(hào)易受干擾的事實(shí)。

新型GPS信號(hào)中采取了最新的信號(hào)設(shè)計(jì)，其中包括增加GPS信號(hào)發(fā)射功率、采取引導(dǎo)信號(hào)提高接收機(jī)跟蹤能力、采取前向糾錯(cuò)控制技術(shù)以進(jìn)一步降低數(shù)據(jù)解調(diào)門限、采用更大帶寬的擴(kuò)頻調(diào)制信號(hào)和對(duì)信號(hào)進(jìn)行加密/數(shù)字特征認(rèn)證處理。其中導(dǎo)航信息認(rèn)證（NMA）是數(shù)字特征認(rèn)證的一種，它是美國(guó)PNT咨詢委員會(huì)最新關(guān)注的焦點(diǎn)，有助于接收機(jī)抵抗欺騙式干擾的影響。

2）強(qiáng)化接收機(jī)的抗干擾能力

除了對(duì)衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行強(qiáng)化以外，強(qiáng)化的另一個(gè)方面體現(xiàn)在強(qiáng)化接收機(jī)的抗干擾性能，下面列舉了部分強(qiáng)化接收機(jī)抗干擾性能的措施：

①對(duì)天線進(jìn)行改造，如采用調(diào)零天線或者自適應(yīng)抗干擾天線；②研制能夠接收多頻段/多系統(tǒng)GNSS信號(hào)的接收機(jī)；③在現(xiàn)有接收機(jī)中加入慣導(dǎo)裝置；④接收機(jī)欺騙干擾識(shí)別技術(shù)和信號(hào)認(rèn)證技術(shù)；⑤接收機(jī)時(shí)頻干擾剔除技術(shù)；⑥接收機(jī)接收信號(hào)的完好性監(jiān)測(cè)和交叉檢測(cè)技術(shù)；⑦更強(qiáng)壯（Robust）的接收機(jī)信號(hào)捕獲和跟蹤技術(shù)。

美國(guó)PNT咨詢委員會(huì)將強(qiáng)化GPS接收機(jī)抗干擾性能的行動(dòng)分為兩部分：

1）針對(duì)接收機(jī)抗干擾技術(shù)或措施，開發(fā)相關(guān)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（ICAO/RTCA/RTCM），如：

①GNSS與慣導(dǎo)組合標(biāo)準(zhǔn)；②數(shù)字波束天線標(biāo)準(zhǔn)；③多GNSS系統(tǒng)導(dǎo)航接收機(jī)標(biāo)準(zhǔn)。

2）鼓勵(lì)用戶使用強(qiáng)化的GPS接收機(jī)

政府部門應(yīng)幫助和鼓勵(lì)生產(chǎn)商加速研發(fā)和提供新型GPS抗干擾接收機(jī)，特別是針對(duì)一些生命安全相關(guān)領(lǐng)域（民航和海事）的應(yīng)用。

（3）增強(qiáng)

PTA計(jì)劃中的最后一個(gè)要素就是增強(qiáng)或者替代現(xiàn)有的PNT源，具體包括以下內(nèi)容：

1）增強(qiáng)空間可用衛(wèi)星的密度和多樣性

使用多GNSS系統(tǒng)接收機(jī)可以通過(guò)接收多頻段和多系統(tǒng)衛(wèi)星信號(hào)來(lái)減少被干擾的可能性，同時(shí)還可以通過(guò)增加接收衛(wèi)星的數(shù)量來(lái)提升服務(wù)性能。同時(shí)，利用多個(gè)星座的衛(wèi)星可以滿足用戶對(duì)完好性的需求。如果需要接收其他GNSS星座的衛(wèi)星信號(hào)，還需要在不同系統(tǒng)間開展兼容性、互操作性以及互換性三個(gè)方面的合作。

2）使用互補(bǔ)的PNT源

在GPS PNT服務(wù)中斷的時(shí)候，可以通過(guò)借助其他輔助系統(tǒng)來(lái)提升GPS的服務(wù)性能。其中偽衛(wèi)星、測(cè)距器和e-Loran都是非常有效的方式。

美國(guó)PNT咨詢委員會(huì)將增強(qiáng)GPS系統(tǒng)的行動(dòng)分為兩部分開展：

第一部分：開展GPS信號(hào)的全球完好性監(jiān)測(cè)。

①建設(shè)GPS增強(qiáng)系統(tǒng)。目前，美國(guó)和歐洲分別利用天基增強(qiáng)系統(tǒng)WAAS和EGNOS來(lái)監(jiān)測(cè)GPS L1 C/A信號(hào)。建立GPS增強(qiáng)系統(tǒng)的目的是要在廣大的范圍內(nèi)使GPS服務(wù)的精度、完好性、連續(xù)性和可用性達(dá)到一定的要求；②開展接收機(jī)自主完好性監(jiān)測(cè)。對(duì)于接收機(jī)而言，如果GPS接收機(jī)視線范圍內(nèi)同時(shí)存在6顆以上GPS衛(wèi)星，可以通過(guò)接收機(jī)自主完好性監(jiān)測(cè)（RAIM）技術(shù)來(lái)發(fā)現(xiàn)有問(wèn)題的GPS衛(wèi)星。這對(duì)欺騙式干擾檢測(cè)尤為有效；③借助其他網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。GPS全球差分網(wǎng)絡(luò)（GDGPS）是一個(gè)獨(dú)立、實(shí)時(shí)的觀測(cè)站網(wǎng)，共有超過(guò)200個(gè)監(jiān)測(cè)站。該網(wǎng)絡(luò)的主要任務(wù)之一是對(duì)GPS系統(tǒng)本身進(jìn)行完好性監(jiān)測(cè)。

第二部分：尋找GPS PNT的備份系統(tǒng)。

針對(duì)航空用戶而言，偽衛(wèi)星、測(cè)距器和e-Loran系統(tǒng)都是目前較為常用的PNT源：①偽衛(wèi)星通過(guò)播發(fā)與GPS類似的信號(hào)進(jìn)行距離修正，但是它可能形成對(duì)GPS的潛在干擾；②現(xiàn)代化的測(cè)距器對(duì)航空用戶仍具有重要意義，并被FAA作為GPS系統(tǒng)的補(bǔ)充手段；③e-Loran的信號(hào)體制與GNSS完全不同，相較于GNSS而言，它更難受到干擾，因此在組合導(dǎo)航中，該系統(tǒng)尤為重要。

通過(guò)上述目前使用范圍比較廣泛的PNT輔助手段，可以在GPS服務(wù)中斷時(shí)提供與GPS相當(dāng)?shù)腜NT服務(wù)。

二、美國(guó)PTA計(jì)劃的深入分析

1.PTA計(jì)劃與PNT政策的關(guān)系

無(wú)論是美國(guó)的天基PNT政策還是國(guó)家PNT體系結(jié)構(gòu)研究，以及最新的PTA計(jì)劃，從根本上講，都是美國(guó)PNT政策發(fā)展與完善的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程不僅僅體現(xiàn)了美國(guó)國(guó)家PNT政策的發(fā)展，更體現(xiàn)了美國(guó)對(duì)以GPS系統(tǒng)為主的PNT系統(tǒng)和技術(shù)深入認(rèn)識(shí)的過(guò)程。通過(guò)回顧美國(guó)GPS政策的發(fā)展歷程，可以發(fā)現(xiàn)美國(guó)的GPS政策有如下幾個(gè)特點(diǎn)。

（1）美國(guó)的GPS政策制訂是一個(gè)不斷發(fā)展與完善的過(guò)程，也是對(duì)GPS系統(tǒng)應(yīng)用不斷深入認(rèn)識(shí)的過(guò)程

早在1996年，隨著GPS系統(tǒng)的建成和運(yùn)行，美國(guó)成立GPS協(xié)調(diào)委員會(huì)推進(jìn)GPS系統(tǒng)的應(yīng)用發(fā)展，并規(guī)定由國(guó)防部和交通運(yùn)輸部分別負(fù)責(zé)GPS系統(tǒng)的軍、民用開發(fā)。隨著俄羅斯GLONASS系統(tǒng)的建設(shè)，以及歐洲開始自主的Galileo系統(tǒng)論證，美國(guó)為了提高GPS系統(tǒng)在全球的地位，發(fā)布了多項(xiàng)旨在提高GPS系統(tǒng)在全球應(yīng)用的總統(tǒng)令，如2000年的取消SA政策的總統(tǒng)令等。隨著歐洲Galileo系統(tǒng)的發(fā)展，以及我國(guó)北斗系統(tǒng)的建設(shè)，全球多個(gè)GNSS系統(tǒng)競(jìng)爭(zhēng)的局面不可避免，美國(guó)為此在2004年發(fā)布了更新的GPS政策，其中提出了天基PNT系統(tǒng)概念，并進(jìn)一步提出應(yīng)對(duì)干擾與多GNSS系統(tǒng)兼容互操作等發(fā)展內(nèi)容。為了更全面地規(guī)劃GPS系統(tǒng)的發(fā)展，應(yīng)對(duì)應(yīng)用中出現(xiàn)的問(wèn)題，2006年1月美國(guó)進(jìn)一步啟動(dòng)了國(guó)家PNT體系結(jié)構(gòu)研究，并于2008年9月發(fā)布《國(guó)家PNT體系結(jié)構(gòu)研究》報(bào)告，其中明確提出了建設(shè)以GPS系統(tǒng)為基石的國(guó)家PNT體系，并提出了國(guó)家PNT體系建設(shè)應(yīng)遵循的發(fā)展策略和發(fā)展方向，以及為實(shí)現(xiàn)國(guó)家PNT體系而從19個(gè)方面提出的建設(shè)建議。2010年發(fā)布的《國(guó)家PNT體系結(jié)構(gòu)實(shí)施計(jì)劃》提出每?jī)赡陮?duì)國(guó)家PNT體系結(jié)構(gòu)的實(shí)施情況進(jìn)行評(píng)估。

由此可見，美國(guó)GPS政策的發(fā)展經(jīng)歷了一個(gè)從單一GPS系統(tǒng)到PNT體系的發(fā)展過(guò)程，這個(gè)過(guò)程體現(xiàn)出美國(guó)對(duì)GPS系統(tǒng)應(yīng)用認(rèn)識(shí)不斷深入的過(guò)程。

（2）PNT體系結(jié)構(gòu)研究是美國(guó)GPS政策深入發(fā)展的里程碑標(biāo)志

PNT體系結(jié)構(gòu)研究是美國(guó)GPS政策發(fā)展中的一個(gè)里程碑。它首次將體系結(jié)構(gòu)的概念及其研究方法用于國(guó)家PNT系統(tǒng)的規(guī)劃建設(shè)。體系結(jié)構(gòu)是“在不確定性環(huán)境下，為了完成特定使命或任務(wù)，由大量功能上相互獨(dú)立、操作上具有較強(qiáng)交互性的系統(tǒng)，在一定約束條件下，按照某種模式或方式組合而成的全新系統(tǒng)”。而PNT體系結(jié)構(gòu)則是在GNSS系統(tǒng)為主的PNT技術(shù)及其應(yīng)用迅速發(fā)展背景下，應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)研究方法對(duì)PNT系統(tǒng)進(jìn)行的設(shè)計(jì)分析和規(guī)劃工作，其目的是從國(guó)家層面上提出不同PNT技術(shù)領(lǐng)域協(xié)同發(fā)展的指導(dǎo)原則和發(fā)展建議，為國(guó)家政策制定、組織管理實(shí)施提供支持依據(jù)。

具體到GPS系統(tǒng)而言，美國(guó)首次將GPS系統(tǒng)提高到PNT的高度，即美國(guó)對(duì)GPS的需求本質(zhì)上是一種PNT的能力需求，而GPS系統(tǒng)是滿足PNT能力需求的一種手段。進(jìn)一步的，從PNT能力需求而言，美國(guó)需要解決在復(fù)雜電磁環(huán)境干擾、物理遮蔽環(huán)境等條件下的高精度、高可靠性（包括系統(tǒng)服務(wù)的可靠性，即系統(tǒng)的完好性）等PNT能力的實(shí)現(xiàn)問(wèn)題。

基于上述能力需求，以及可能的解決措施（如衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、基于地球物理參量的導(dǎo)航手段等），美國(guó)利用體系結(jié)構(gòu)研究方法，開展了PNT體系結(jié)構(gòu)研究，其目的在于規(guī)劃未來(lái)PNT能力實(shí)現(xiàn)所可能依賴的方法或手段，具體表現(xiàn)為PNT系統(tǒng)建設(shè)所應(yīng)遵循的策略和發(fā)展方向，以及具體的發(fā)展建議。這也就是《體系報(bào)告》中提出了最佳準(zhǔn)則，多手段PNT實(shí)現(xiàn)、PNT系統(tǒng)與通信系統(tǒng)的融合、具有互交換能力的解決方法等可能的發(fā)展方向，以及在此基礎(chǔ)上提出了19項(xiàng)發(fā)展建議。在這些建議中，明確提出了GPS作為PNT體系結(jié)構(gòu)的基石，并強(qiáng)調(diào)了干擾應(yīng)對(duì)、多GNSS系統(tǒng)兼容互操作、GNSS性能監(jiān)測(cè)等多個(gè)技術(shù)問(wèn)題，以及統(tǒng)一的PNT管理機(jī)構(gòu)、PNT相關(guān)的法律法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)際合作以及基礎(chǔ)技術(shù)等相關(guān)內(nèi)容。

（3）PTA計(jì)劃可以看作是美國(guó)PNT體系實(shí)施計(jì)劃中的一個(gè)具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程

美國(guó)PNT體系結(jié)構(gòu)研究中提出PNT能力需求所面臨的問(wèn)題，尤其是復(fù)雜電磁環(huán)境對(duì)PNT能力實(shí)現(xiàn)的影響問(wèn)題，以及在GPS實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)的干擾問(wèn)題（如紐瓦克機(jī)場(chǎng)的干擾問(wèn)題，以及“光平方”事件），使得美國(guó)在2010年左右開始出現(xiàn)了一種尋求可替代PNT（APNT）的思潮。如美國(guó)國(guó)防先進(jìn)研究項(xiàng)目局（DARPA）提出的微PNT（Micro PNT）等概念并開展相關(guān)的研究工作；美國(guó)空軍計(jì)劃在Locata系統(tǒng)基礎(chǔ)上建立不依賴于GPS系統(tǒng)的下一代超高精度參考系統(tǒng)（UHARS）；2011年，國(guó)際民航組織（ICAO）導(dǎo)航系統(tǒng)工作組提出，考慮到GNSS系統(tǒng)的易受干擾性，應(yīng)重新審視將衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)作為唯一導(dǎo)航手段的可能性，并提出利用Locata系統(tǒng)、eLoran系統(tǒng)等建立可替代PNT系統(tǒng)的可能性。

正是為了回應(yīng)大眾對(duì)GPS作為PNT基石的質(zhì)疑，美國(guó)PNT咨詢委員會(huì)提出了PTA計(jì)劃，旨在通過(guò)保護(hù)、強(qiáng)化和增強(qiáng)GPS來(lái)滿足用戶的PNT需求。

由此可以看出，無(wú)論是美國(guó)早些時(shí)候的天基PNT政策，還是國(guó)家PNT體系結(jié)構(gòu)研究，以及最新提出的PTA計(jì)劃，其最終目的是實(shí)現(xiàn)美國(guó)國(guó)家層面上更為合理的PNT能力實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)。其中， GPS系統(tǒng)（廣而言之是國(guó)家PNT系統(tǒng)）發(fā)展政策的制訂與實(shí)施是最終目的；為了達(dá)到這一目的，美國(guó)將體系結(jié)構(gòu)方法應(yīng)用于PNT系統(tǒng)體系研究，使得對(duì)國(guó)家PNT政策的制訂、規(guī)劃建立在更為合理可行的基礎(chǔ)上；PTA的提出，則是在PNT體系結(jié)構(gòu)實(shí)施計(jì)劃基礎(chǔ)上更進(jìn)一步的階段性實(shí)施計(jì)劃。

2.PTA計(jì)劃的優(yōu)點(diǎn)與不足

從美國(guó)國(guó)家PNT政策的發(fā)展角度分析，PTA計(jì)劃具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，可以說(shuō)PTA是國(guó)家PNT體系結(jié)構(gòu)實(shí)施計(jì)劃中更具有可行性的一個(gè)前進(jìn)步驟。

美國(guó)在2008年發(fā)布的《體系報(bào)告》僅給出了PNT系統(tǒng)的發(fā)展建議，而在2010年發(fā)布的《實(shí)施報(bào)告》也只是針對(duì)不同系統(tǒng)的發(fā)展建議，“每?jī)赡赀M(jìn)行一次PNT系統(tǒng)能力實(shí)現(xiàn)的分析，以保證國(guó)家PNT系統(tǒng)建設(shè)沿著既定的方向前進(jìn)”。但PNT體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展建議如何具體實(shí)施并沒(méi)有給出確定性的形式。此外，《體系報(bào)告》中還指出，PNT體系結(jié)構(gòu)的建設(shè)，還需要政策、法律法規(guī)、國(guó)際合作等方面的工作。這些“軟”方面的工作如何具體實(shí)現(xiàn)，也沒(méi)有明確的結(jié)論。

最新的PTA計(jì)劃的提出，則給出了國(guó)家PNT體系結(jié)構(gòu)建設(shè)在最近一個(gè)時(shí)期內(nèi)發(fā)展的具體措施。其中包括了政策、法律法規(guī)方面的考慮，如對(duì)GPS干擾的法律定義、從無(wú)線電頻譜上對(duì)GPS信號(hào)的保護(hù)等；從技術(shù)上，體現(xiàn)了國(guó)家PNT體系發(fā)展建議中的多項(xiàng)內(nèi)容，如對(duì)GNSS干擾的監(jiān)測(cè)與減緩、GPS系統(tǒng)的增強(qiáng)系統(tǒng)建設(shè)、GPS系統(tǒng)性能監(jiān)測(cè)、多GNSS系統(tǒng)的兼容互操作，以及隨之而來(lái)的國(guó)際合作，等等。

但同時(shí)也需看出，與美國(guó)規(guī)劃的國(guó)家PNT體系結(jié)構(gòu)相比，PTA計(jì)劃更多的集中在圍繞GPS系統(tǒng)開展國(guó)家PNT系統(tǒng)建設(shè)上。盡管PTA中也強(qiáng)調(diào)進(jìn)行GPS系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的組合（增強(qiáng)方面），但與PNT體系結(jié)構(gòu)規(guī)劃中要求的“滿足復(fù)雜電磁環(huán)境、物理遮蔽環(huán)境下”的PNT能力實(shí)現(xiàn)而言仍具有差距。如對(duì)于水下導(dǎo)航等特殊應(yīng)用需求，以及越來(lái)越廣泛關(guān)注的室內(nèi)導(dǎo)航定位，就PTA規(guī)劃的技術(shù)實(shí)現(xiàn)途徑而言，顯然不能滿足實(shí)際應(yīng)用需求。

因此，可以認(rèn)為，PTA計(jì)劃是美國(guó)國(guó)家PNT體系結(jié)構(gòu)實(shí)施計(jì)劃在近一個(gè)時(shí)期內(nèi)的具體實(shí)現(xiàn)形式，它從頻譜保護(hù)、干擾檢測(cè)與應(yīng)用等政策、法律法規(guī)層面和GPS強(qiáng)化、增強(qiáng)等技術(shù)層面上，提出更為細(xì)致可行的國(guó)家PNT體系結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)途徑。但是，由于PTA計(jì)劃更多的是從GPS為基石的天基PNT體系結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)出發(fā)考慮問(wèn)題，反映了美國(guó)對(duì)于以GPS為國(guó)家PNT系統(tǒng)基石的爭(zhēng)論，因此，沒(méi)有全面反映出美國(guó)國(guó)家PNT體系結(jié)構(gòu)研究中所期望的多導(dǎo)航手段的全面發(fā)展要求。

三、結(jié)論

PTA計(jì)劃是美國(guó)PNT咨詢委員會(huì)提出的一項(xiàng)保障用戶PNT需求的最新舉措。PTA計(jì)劃可以看作是美國(guó)PNT體系結(jié)構(gòu)實(shí)施計(jì)劃的一個(gè)階段性實(shí)現(xiàn)形式。

隨著我國(guó)北斗系統(tǒng)的建設(shè)深入，我國(guó)應(yīng)從PNT系統(tǒng)的高度，從體系結(jié)構(gòu)的角度，開展我國(guó)的PNT體系結(jié)構(gòu)研究與規(guī)劃工作，并根據(jù)我國(guó)北斗系統(tǒng)的建設(shè)進(jìn)展，進(jìn)一步提出具有可行性的階段性實(shí)施計(jì)劃。

[1]Brad Parkinson, Assured PNT for Our Future: PTA[N/OL], 2014-09-01, [2014-11-03]. http:// gpsworld.com/assured-pnt-for-our-future-pta/.

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