四個全球衛星導航服務提供商中,有美俄歐三家,都在最近推出其無線電導航計劃,美國法定每隔兩年就要發布其《聯邦無線電導航計劃》,但是從上一次2010發布至今,差不多十年過去了,在今年初又一次發布其《聯邦無線電導航計劃-2019》。歐洲是在2018年首次發布其《歐洲無線電導航計劃》。而俄羅斯與獨聯體國家在2019年,發布了《2019-2024無線電導航計劃》。以上所提到的三個無線電導航計劃發布的突出特點至少有三個:一是它們都梳理了其當前的PNT需求和能力,及其重要性;二是指出了無線電導航體系架構中存在的問題和解決對策舉措;三是對于今后相當長時間內作出規劃與部署,成為空間發展戰略的最為重要的組成部分。顯然,2020年對于全球導航衛星系統而言,是個重要的里程碑節點,而且也是PNT體系架構融合發展的轉折點。應該說,在國家層面上探討無線電導航計劃,我國還沒有開展,這就是差距,需要迎頭趕上,急起直追,強化戰略層面的研究支撐和運作,奠定相關領域的“十四五規劃“的基礎和決策依據。
長期以來,依賴無線電導航和授時系統的服務,一直是多領域,尤其是時空信息領域的經濟增長的引擎。無線電導航和授時系統在支持各個國家關鍵基礎設施的多個部門中也發揮著關鍵作用。在民用和商業應用中,對無線電導航和授時系統的依賴日益增長,同時它們在國防、國家安全和生命安全運營方面也發揮著越來越重要的作用。
地基無線電導航系統和天基無線電導航系統一起構成并且支撐了世界各國的無線電導航領域的應用運作和服務。多年來,地面系統在與GNSS全球導航衛星系統結合或獨立于GNSS的方面,在增強和加強定位、導航和授時服務方面發揮了關鍵作用。近年來,基于現有星座的演進和新星座的出現,GNSS的使用已遍及更多更廣更深的許許多多領域。根據相關機構的分析,如今約有10%的全球經濟貢獻依靠GNSS系統的應用與服務,并且趨勢表明這種情況只會日益增加。總體而言,行業內和跨行業的時空信息應用服務具有巨大的潛力,可以更好地利用GNSS服務,并從GNSS提供的卓越性能中獲益。
GNSS解決方案的采用和發展為退役或合理化一些原有的基于地面的無線電導航系統提供了可能性。這樣可以節省地面基礎設施的安裝、運行和維護成本。而且還將釋放相關的電磁無線電頻譜。但是,GNSS信號容易受到自然和人為電磁干擾的影響,并且容易受到諸如騷擾、干擾和欺騙之類的故意攻擊。因此,對于諸如運輸或關鍵基礎設施保護之類的關鍵應用,廣為接受的概念是,GNSS,即使是多星座和多頻率,也不應成為時間與位置信息的唯一來源。對于那些應用,應維持或開發一種互補的,可替代的或備用的解決方案,而不必拘泥于衛星導航技術,或者是單一的無線電技術。
在這里,我們重點介紹美國的《聯邦無線電導航計劃-2019》的第六章PNT體系架構的評估與演變的簡要內容。開發國家PNT體系架構是一項前瞻性計劃,旨在幫助美國有效、高效地提供政府PNT系統和服務。該體系架構的指導原則代表了美國在PNT中的角色的總體構想,實現該構想的體系架構策略,并且可以在PNT體系架構最終報告及其相關的國家PNT體系架構中找到實施計劃所必不可少的四個提供指導的支撐向量。PNT體系架構展示了企事業界對未來PNT環境的看法,可以作為參與USG的部門和機構采取單獨行動的框架。自從《體系架構報告和實施計劃》發布以來,各個部門和機構正在不同程度地實施愿景、戰略和指導,該過程將繼續。如果這些努力導致將來更改由聯邦提供的PNT系統和服務,則這些更改的計劃將記錄在《聯邦無線電導航計劃》后續版本中。
該體系架構策略被稱為“最大公約數”原則,旨在使更多的通用核心功能可用于無限數量的用戶,同時通過自定義解決方案滿足特殊用戶的獨特需求。架構研究發現,大量的PNT用戶具有一組共同的需求,與多個定制系統相比,標準解決方案可以更有效地滿足這些需求。因此,該策略的關鍵要素是利用GPS現代化,從而為無限數量的用戶在全球范圍內提供增強的功能。支持此策略的是以下歸納出來的四個支撐向量:一是多種現象學-多種現象學是指各種物理現象,例如射頻,慣性傳感器和場景映射,以及使用這些物理現象的各種源和數據路徑(例如,多個無線電頻率),以向用戶提供可互換的解決方案以確保功能強大的可用性;二是可互換的解決方案-可互換的解決方案或具有高度互操作性的解決方案,意味著能夠將來自多個數據源的信號組合到單個PNT解決方案中,以及在沒有主要來源的情況下能夠從替代來源提供解決方案的可用能力;三是PNT與通信的融合協同作用-數據通信網絡可以通過提供PNT輔助和增強數據、地理空間信息等來支持PNT功能。但是,與功能更強大的通信網絡的連接性的增強也提供了將這些網絡用作PNT來源的機會,而不僅僅是作為PNT輔助和增強數據的數據通道;四是合作組織結構-促進機構間的協調與合作,以確保有效的運營、有效的獲取和相關的科學技術應用服務開發。隨著PNT解決方案更多地依賴于多個PNT來源的集成,提供商之間的合作變得更加重要。