近二十年來，隨著世界上多個衛星導航系統的建設運營，特別是北斗系統和伽利略系統的建設運營，可以毫不夸大地說，全世界進入了GNSS時代。美國卻在2004年把GPS稱之為天基PNT，而且在2008年發布了2025年的PNT總體架構，為衛星導航系統下一步系統集成和融合發展描繪出一幅遠景藍圖。在這幅藍圖中，定位、導航和授時（PNT）已經不單單是天基的事情，而是泛在的概念。在我們集中力量建設北斗系統的十多年內，美國已經在克服GPS脆弱性，開辟彈性可生存可確保的PNT方面取得了長足進步。那么，美國是不是已經進入PNT時代了？下面我們作一探討。

　　近些年來，美國在一些重要報告和官方文件中，涉及到GPS服務的，一般都以PNT服務加以代替，為了克服GPS脆弱性，提出保護、優化和增強（PTA）的政策舉措，提出彈性PNT的概念，在GPSIII衛星上增強抗干擾能力，添加固有的信號完好性功能。而這兩、三年來，美國政府、軍方和民方發布的文件可以認為是在為進入PNT時代背書。

　　2018年美國國防部提供了一份名為《國防部PNT戰略》的報告。報告指出，為了應對在動態威脅環境中保持彈性的挑戰，需要在許多不同的國防部武器系統應用中，實現新的PNT能力，而且要求達到迅速且可承受。該戰略考慮國防部所有構成中發揮并且指導聯合和固有的行動的可操作與經濟可行性，它要整合由現代化GPS與多種多樣的PNT信息附加資源提供的基礎能力，通過模塊化、開放性系統集成方法，以達到聯合軍事力量的彈性PNT效應。覆蓋國防部PNT使命的這些行動是滿足國家和國防部軍用戰略目標所必須的，該戰略旨在努力在現在和將來實現這些目標。國防部承諾在所有的戰斗范疇內保持和強化美國及其聯軍的軍用PNT優勢。

　　該報告強調美軍要在研發和運用PNT能力上繼續領先世界，該戰略所要求提供的和確保的PNT使命行動，相信能夠在PNT服務和能力上賦能現代戰爭的所有范圍，該戰略通過戰爭指揮也會賦能所有范圍的導航戰運作，保持美國軍隊的PNT先進性支持國家安全和戰略軍事目標。

　　PNT使命行動涵蓋管控、能力、應用及其效果，涉及到PNT信息源（全球的、區域的、本地的，和自然的與人為的），分發和管理PNT信息的手段，應用和實施探索多種多樣的PNT信息組合，以及在進行導航戰運作中利用PNT信息的效果。

　　2019年聯邦無線電導航計劃（FRP）的發布，又是美國推進PNT進入新時代的一個行動。該計劃是盤點美國的PNT資源，及其梳理下一步發展的思路。

　　在這里，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和遠景藍圖，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參考框架。自從《PNT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；四是合作協同組織機構-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。

　　2020年2月12日，美國總統發布了第13905號行政命令（EO），“通過負責任地使用定位、導航和授時服務來增強國家適應能力。” 該命令確立了美國政策，以確保PNT服務不被破壞或惡意操縱，保障其關鍵基礎設施的可靠和高效運行。該命令明確要求聯邦部門和機構為使用或依賴于PNT服務的所有關鍵基礎設施實施計劃、測試和配置文件。該命令試圖通過以下方法確保PNT服務的中斷或被惡意操縱不會損害關鍵基礎設施的可靠性或效率：一是提高對關鍵基礎架構在多大程度上依賴PNT服務的認知度；二是確保關鍵基礎架構可以承受PNT服務的破壞或被惡意操縱；三是與公共和私營部門合作，促進對PNT服務的負責任使用。第13905號行政長官分配了行政部門的職責，以提高人們對基礎設施對GPS和其他GNSS服務（包括運輸部門）的依賴的認識。職責包括開發描述部門特定機構（SSA）關鍵基礎結構的使用和依賴性的PNT概要文件，進行PNT服務的測試，并按照科學技術政策辦公室的指示，整合多個不依賴于GNSS的PNT服務。此外，本報告中描述的決策框架為GNSS提供了相關信息和候選功能獨立的PNT服務選項，可提高關鍵基礎設施對GPS中斷或操縱的適應能力。為了鼓勵主要利益相關者及時了解變化，美國政府采取了具體政策，以促進“關鍵基礎設施所有者和運營商對PNT服務的負責任使用。”在這種情況下，“負責任”是指“有意地，有風險意識地使用PNT服務，包括其獲取、集成和部署，以使PNT服務的中斷或操縱對國家安全，經濟，公共衛生和聯邦政府的職能危急情況的影響最小。根據行政命令，基于“負責任地使用PNT”的這些配置文件，應該包括標準、指南和“針對特定系統選擇的特定部門的要求一致，以解決PNT服務的潛在中斷或操縱”。隨著其他設備的可用，還需要并行努力，在所有者和運營商內部創造更多需求，以提供更安全，更具堅韌性的設備。在它們進行生命周期替換時，舊設備將被更新的設備取代。”歸根結底，這是關于更安全和更具堅韌性的關鍵基礎設施，而更安全和更具堅韌性的PNT就是其中的一部分。這些問題不可能在一夜之間得到解決，但確實希望看到能夠在未來幾年內取得重大的增量改進。

　　2020年12月9日美國白宮以總統令方式發布了新版的第七號《國家空間政策》文件，與上一版奧巴馬政府頒布的國家空間政策相隔整整十年。該文件著重強調了美國如今對全球衛星導航系統的強烈依賴，并提出美國應因此做出一些準備以應對某天GPS無法正常使用的情況。 美國太空軍運行了一個由31顆GPS衛星組成的星座，該星座通過無線電導航向全球的軍事和民用用戶提供位置、導航和授時信息。太空中的衛星也依賴于GPS來進行導航、姿控、空間態勢感知以及包括無線電掩星在內的多種新型科學應用。 該指令文件還強調了美國對基于天基的定位、導航、授時服務與日俱增的依賴。然而，由于GPS信號容易受到干擾，所以政府部門和商業機構都應掌握備用的PNT技術來應對未知的問題。 文件提到，軍事、民用和商業應用對GPS激增的依賴也凸顯了GPS系統的脆弱性，文件強調“GPS用戶應該做出備用方案以應對可能發生的信號中斷，建立規范的程序來檢驗接收到的GPS信號和測距信號的完好性。對于那些一旦發生一些小故障就有可能引發生命財產損失的應用領域，這些舉措更是不可或缺的。” 文件強調，美國“鼓勵開發能夠融入新技術和服務的PNT服務與保障的替代技術，比如量子傳感、相對導航以及由政府或私人所有和運行的PNT替代服務。” 文件還提到，美國支持使用國外衛星導航系統及服務來補充GPS。新服務的融入可以改善GPS的精度、可用度和恢復力。然而，該文件強調，美國政府“并不確保國外衛星導航系統及服務的可靠性和真實性”。“接收機制造商應持續提升產品的產品的安全性、完好性和恢復力，以此來應對日益嚴重的網絡威脅”。

　　2021年1月美國運輸部發布了《互補PNT和GPS備份技術演示驗證報告》，這一演示驗證行動計劃是2017年就開始授權的。該文件指出，安全是美國運輸部（DOT）的頭等大事。DOT必須確保提供精準與可靠的定位、導航和授時（PNT）源，例如全球定位系統（GPS），以滿足當前和新興的應用，以及支持的基礎設施（例如，通信、能源和信息系統），以減少所有運輸方式中的死亡和傷害，確保美國的運輸網絡繼續保持安全和技術先進，并總體上保護依賴可靠PNT服務的所有關鍵基礎設施。PNT技術的研發對于所有運輸方式的效率和安全性至關重要。諸如通信、銀行、電網和水壩等關鍵基礎設施部門的安全性，取決于對PNT技術精度和彈性的提高的承諾。為了自主平臺（例如自動車輛（AV）和無人機系統（UAS））的安全，還需要包括天基技術和地面技術有所改進的PNT系統。基礎設施和運輸安全還取決于合理、有效的頻譜管理策略，從而允許各種通信和PNT系統和諧共存。彈性PNT不僅對支持運輸部門的關鍵基礎設施很重要，而且對國家和經濟安全也至關重要。支持關鍵基礎架構的主要且最知名的PNT服務是GPS。但是，由于GPS依賴于中地軌道（MEO）中的衛星廣播的信號，因此接收機處的信號強度較低，因此容易受到有意和無意的干擾，顯示出其脆弱性弱點。

　　參與這次演示驗證測試的公司共有11家，主要圍繞泛在定位和授時兩個方面進行，有四個關鍵發現：一是所有符合技術實現水平（TRL）資格的供應商都展示了PNT的某些價值表現，但是只有一個供應商下一代導航（NextNav）在所有適用的用例場景中都得到了展示；二是兩種eLORAN技術都無法在充滿挑戰的環境“地下室”授時方案中獲得成功；三是中頻（MF）頻帶中的一種技術R-Mode不滿足最低TRL；四是部署工作和覆蓋范圍（每單位面積的基礎設施）都是重要的成本因素。

OPNT的蒙蒂·約翰遜演示驗證了通過100公里纏繞的光纜的精確時間傳輸。

　　該演示驗證測試表明存在合適的、成熟的和可商用的技術來備份或補充GPS提供的授時服務。但是，該演示還表明，沒有一個系統可以通用地備份GPS及其增強功能提供的定位和導航功能。關鍵的基礎設施定位和導航要求千差萬別，因此需要功能齊全、應用可行以及滿足最終用戶需求的特定的定位和導航解決方案。這需要多種多樣的定位和導航技術相互融合。此外，成本是任何PNT投資決策中的核心考慮因素。該演示還產生了足夠的信息，可以估算每種技術的基礎設施與覆蓋區域關系的線性模型。同樣，關鍵基礎設施的所有者和運營商可以使用合適且成熟的技術來加入補充的PNT服務，作為GPS的備份。基于此演示，這些技術是用于PNT功能的LF和UHF地面和L波段衛星廣播，并支持對發射機/控制段的光纖授時服務。從該演示中提出了兩項建議：一是DOT應該為支持安全關鍵服務的PNT功能制定系統要求；二是DOT應該制定標準，測試程序和監測能力，以確保PNT服務以及使用它們的設備達到確定的必要的安全性和彈性水平。認識到運輸部門在精度、完好性、可用性和可靠性方面具有最嚴格的性能要求，因此開發側重于安全性和彈性的系統要求，將能夠確定當前功能滿足了哪些要求，以及哪些要求可能需要進一步的商業創新。DOT支持開放的安全標準，以促進私營部門創新和商業產品開發。