在確認PNT方案之前,我們先看看包括GPS在內的GNSS存在于哪些PNT服務中。圖10.2描述了全球PNT系統之系統框架圖,GNSS只是其中的組成部分,但它是最基礎的核心。圖中每一個系統元素都已經在前面的文章中進行過定義。但是我們的描述是提供一個整體的概念,所有的系統元素組成了一個全球PNT體系結構框架。
全球PNT系統的系統,包含了全世界人們所能接觸的定位、導航和授時元素,如:系統、服務、模塊和應用等。這種“系統之系統”結構包含了很多不同功能的獨立部分,這些組成部分可能都是國家或地區最初獨立設計開發的單一系統或服務。但是,隨著這些組成部分間兼容和互操作的連接,構建起了一個完整的“系統”,以用戶和應用為對象,形成一個強大高精度的全球PNT服務。
全球導航衛星系統(GNSS):目前,有四個獨立的天基系統提供或即將提供連續的全球PNT服務。其他系統也可能加入進來。GNSS信號根據不同無線電頻率頻譜進行信號的傳播,提供無線電導航衛星服務(天空向地球的RNSS),無線電頻譜的定義和使用通過國際電信聯盟(ITU)進行協調。
GNSS信號的區域系統也在全球相當大范圍內提供天基PNT服務。這些天基增強系統和區域導航系統,是不大一樣的,天基增強系統,是為某個GNSS服務,如WAAS與EGNOS,是分別為GPS和伽利略系統增強服務的,而區域導航系統則是可以獨立運營的天基PNT系統,如QZSS與IRNSS,不過其服務區域是有一定的覆蓋限制。
地基增強系統(GBAS):這些地面PNT系統,是通過本地增強服務來提高GNSS服務的能力與水平,這些本地服務受到了地理條件的限制。需要特別提到的是,很多GBAS都可以提供多種測距信號,這些測距信號必須與GNSS信號實現互操作,共同提供定位和授時服務。但是GNSS信號只能在分配到規定的無線電頻譜波段內工作。地基(或機載)偽衛星就是一個GBAS的例子,美國的國家差分GPS系統(NDGPS)就需要額外的測量信號,提取GPS差分改正信息。
地基PNT系統:還有一些獨立的地基PNT系統提供區域的PNT服務,它們都是獨立于GNSS服務之外的,但是地理信息和時間信息與GNSS同步。一個地基PNT系統,必須能夠提供獨特的授時和/或與GNSS兼容可操作的測距信號,或者提供一個有效的PNT信號,而不是一個簡單的GNSS下級子系統。eLORAN系統,就是一個地基PNT系統,它提供一個一定精度的授時和測距信號,目前在歐洲、沙特阿拉伯、韓國和日本地區都還使用這種系統。俄羅斯也有類似的LORAN系統。
組合及自主的PNT系統:這些系統可能是單一的技術或者是元部件,通過特殊的機制提供PNT服務,這些系統可能具備獨立的能力,也有可能結合前面提到的系統一起工作。
組合系統是一種互相協作的結合體,把PNT系統和其他電子信息系統,如通信或數字數據網絡等結合在一起的系統,可以同時提高兩種系統的功效。自主系統及組成部分可以作為補充組件來提高PNT服務的效率和精度,或者作為獨立的部分在一段時間內提供單機的PNT服務。
充分利用這些PNT技術,全球PNT系統及其組件結合起來,可以提供連續的泛在PNT服務。雖然不是所有的系統都可以最終生存下來,但是我們可以找到最有效的方法集成到用戶的終端中,并且提供給用戶關鍵和連續的PNT服務。這也是全球PNT系統是全球信息基礎設施作用的體現。
圖10.2 全球PNT“系統的系統”
圖10.2和之前提到的PNT源分類,在2008年美國國家PNT體系結構報告中都有更為詳盡的解釋,這個體系結構是基于產業模式的,結合超過30個聯邦政府部門的意見,歸納總結了一個“更大公分母”策略,這個策略反映了PNT用戶的最大需求,明確表示需要一個穩定常態化應用的PNT源來滿足這些需求。
然而,國家PNT體系結構報告中還提到,這些常用PNT源并不能完全提供所有的PNT服務,即使GPS是它們的基石。聯合工作小組研究表明還需要一些其他的頻段的PNT源和相關技術來補充提供PNT服務,而這些PNT源最初并不是為提供PNT而設計。另外,PNT和通信系統的同步發展也是可以令雙方收益。
雖然在2008年的美國PNT演變計劃報告中沒有明確提出,誰將成為“最終的贏家”,也沒有確定一個即將實施的終極“系統的系統”,但是目前還是有很多工作需要進行,這其中包括評估和選擇目前使用和即將使用的PNT技術,它們將會成為未來長期體系結構中的關鍵組成部分。在2010年7月公布的國家PNT體系結構實施計劃中已經規定這些工作的啟動。其中論述的部分最終歸納總結,并且指出了未來美國全球PNT系統之系統的發展之路。