早在本世紀初,隨著GPS應用日益深入廣泛,人們就提出其脆弱性問題,近些年來由于伊朗劫持美國軍用無人機等事件的先后發生,終于發現GPS的防干擾、防欺騙等方面存在明顯的漏洞,于是提出堅強(或者曰彈性)PNT議題。近年來,也有提出來利用eLORAN(LORAN-C)作為GPS/GNSS的備份系統,以備應急和不時之需。eLORAN是增強羅蘭。英國專家估計,如果GNSS停止工作5天會造成該國的經濟損失達71億美元,其中主要受影響的部門是與陸海交通運輸有關。如下圖所示,不同行業所受影響有所不同。
GNSS兼容互操作,是增強可用性,提高連續性和精度,提供更好的完好性的重大舉措。由于兼容互操作似乎是順利成章的事情,所以它對于衛星導航產業的影響力,往往被人們忽視,其貢獻之大應該說是空前的,許多人沒有從GNSS系統之系統的概念去理解,沒有真正從量變到質變的角度,去研究其實質性的轉變。這種戰略性的支撐技術的群體作用,是現代信息社會經常出現的現象。可是,能夠抓住這樣的機遇卻并不很多,跨界融合的機遇只有少數人能夠深刻認識到,常人是可遇而不可求。
一種既主動又被動的辦法是利用行之有效的備份系統,現在公認的是eLORAN,這是原來的LORAN系統的增強改進型,可以實現區域性的遠距離導航和授時。LORAN是遠程導航的縮寫,是二戰期間在美國開發的雙曲線無線電導航系統。它首先用于穿越大西洋的艦隊,后來用于遠程巡邏機。美國海軍后又開始研制羅蘭-B,它提供了幾十英尺的精度,但遇到了重大的技術問題。美國空軍曾研究過一個不同的概念,海軍將其稱為羅蘭-C。羅蘭C提供比羅蘭更遠的距離和數百英尺的精度。美國海岸警衛隊于1958年接管了這兩個系統的運行。
由于GNSS系統的脆弱性及其自身的傳播和接收限制,近些年來對LORAN應用和開發的興趣重新出現。增強型LORAN,也被稱為eLORAN或E-LORAN,包括接收機設計和傳輸特性的進步,這提高了傳統LORAN的準確性和實用性。據報道,精度高達±8米,該系統與未增強的GPS相比具有一定的很不幸和競爭力。 eLORAN還包括附加的脈沖,可以傳輸輔助數據,如DGPS校正。 LORAN中的這些增強功能使其成為GPS無法使用或應用性能嚴重惡化的場景的可能替代品。
應該指出,定位、導航、授時(PNT)是現代社會的不可或缺的基本能力,如果這樣能力的喪失可能導致災難性的后果。現在GNSS成為多國提供商的重要基礎設施,它們成為重要的依靠,但易受攻擊,或者說是沖擊,主要原因是衛星信號微弱而容易受到干擾,為此需要有備份系統,如果GNSS信號不可用時,能夠額外有所支撐,不至于PNT系統“全軍覆沒”,尤其是與關鍵基礎設施有關的授時、時間傳遞、守時、和時間保持與更新,這些可以是保證能力的空間組成部分,也可以來源于地面的eLORAN,后者是低頻或者甚低頻系統,經過良好測試和可靠的驗證,形成完整備份系統的地面部分。當然,單獨使用eLORAN和GPS都不夠理想,形成互補才是正道。
這些年來,美國在克服GPS脆弱性,和強化堅韌PNT方面,一直在做三方面的工作:一是進行鄰道頻率干擾的測試;二是開展基礎設施的GPS應用系列行動;三是提出保護、優化、增強(PTA)對應策略原則。我們會對于這些戰略策略原則,將逐步分別加以介紹。