歐洲航天局新的導航負責人弗朗西斯科·哈維爾·本尼迪克托·魯伊斯（Francisco Javier Benedicto Ruiz）對GNSS的現狀和未來與《GNSS內參》雜志談了他對衛星導航、信號脆弱性和認證的看法，以及該機構與俄羅斯的工作關系。伽利略認證服務背后的技術團隊和開發替代定位、導航和授時解決方案的行業代表也分享了見解。

　　GNSS是當今定位、導航和授時的基礎技術，每天為數十億用戶提供服務，并為各種重要的公共、私人、工業、商業和金融應用提供支持數據。因此，必須繼續維護和發展GNSS的基本基礎設施，如系統星座和地面段。與此同時，這些系統的固有缺陷已得到承認，歐洲實體正在采取行動，確保可靠和精準的PNT在所有情況下以及在越來越多的場景中仍然可用。應該看到，這是GNSS向PNT的過渡階段必須要的條件和必須做的工作。

　　今年早些時候，本尼迪克托·魯伊斯成為歐洲航天局（ESA）的導航主任，負責該機構導航項目的定義、規劃和執行。談到他的新職責，本尼迪克托·魯伊斯說：“首先，我們需要繼續使用伽利略和EGNOS提供服務。它們是歐洲全球導航衛星系統的主干，并且提供了卓越的性能。我們還需要繼續改進系統，因此我們正在努力開發新的產品，以提高其穩健性并擴展其服務組合。”

　　具體地說，本尼迪克托·魯伊斯提到了三個全球導航衛星系統項目，其中一個項目是正在對人們期待已久的伽利略公共監管服務（PRS）進行最后潤色，他說，該服務的提供將很快開始。另一個項目是正在進行的第二代伽利略的研究開發。“我們在2022年為此做了很多工作，”他說。“它將在本十年的后半期提供擴展能力。”第三個項目是開發所謂的EGNOS V3，它將監測和增強伽利略以及GPS信號。歐空局能否做好這項工作，取決于其部長理事會是否會批準充足的預算，部長理事會每三年舉行一次會議，討論上述預算。下一次這樣的討論定于今年11月舉行。本尼迪克托·魯伊斯解釋說：“會議涉及歐空局所有成員國的部委，他們可能會訂閱不同的項目組成部分”。“今年，我們將開展一系列雄心勃勃的導航活動。” 他說，一個重要的因素將是擬議的導航創新和支持計劃（NAVISP）的擴展，該計劃本質上是一種為新的導航解決方案提供資金的機制，而不僅僅是使用全球導航衛星系統信號和數據。這可以包括發展具有競爭力的工業能力和新技術，以補充、升級或取代當前的PNT技術。

　　GNSS本身提供了寶貴的服務和數據，但GNSS信號微弱，無法穿過墻壁和其他物理障礙，容易受到有意和無意的電磁干擾。此外，包括空間衛星在內的許多GNSS物理基礎設施都沒有受到保護，因此容易發生事故或應對蓄意的敵對行動。“我們非常擔心我們的全球導航衛星系統資產及其提供的服務的脆弱性，”本尼迪克托·魯伊斯說。“因此，歐空局建議部長理事會提供必要的手段來保護我們的空間資產。衛星導航系統在全球范圍內是一個不斷增長的市場，滲透到所有應用領域。它是作為關鍵服務嵌入的一部分，因此衛星導航系統必須工作。”他繼續說：“我們將推動一系列舉措，其中之一是建立歐洲近地軌道衛星導航基礎設施，解決新頻段問題，以補充主干全球導航衛星系統，但也提供替代衛星導航方式。我們非常關注信號的彈性、潛在干擾、騷擾和欺騙，在這方面，我們也在開發伽利略認證服務。”

　　OSNMA更新。伽利略開放服務導航電文認證（OSNMA），旨在保護伽利略信號免受欺騙攻擊。OSNMA開發計劃，包括GNSS信號認證協議的定義、接收機邏輯和修改的密碼協議和功能。初始服務計劃于2023年推出。歐盟太空計劃署（EUSPA）的市場下游和創新官員弗拉維奧·斯巴德拉蒂（Flavio Sbardellati）說：“OSNMA是伽利略的一個獨特之處，它明確地滿足了用戶對更強大和可靠的全球導航衛星系統解決方案的需求。”。“對于各種應用程序，用戶將能夠驗證導航電文是來自真正的伽利略衛星還是來自潛在的惡意來源。”許多GNSS設備制造商已經擁有具有OSNMA功能的原型接收機，包括u-blox、意法半導體、弗勞恩霍夫、奧羅里亞、Septentrio、Spirent和其他等等。此外，一些智能手機GNSS芯片制造商正在向應用層提供連續導航比特流，從而在智能手機中實現OSNMA數據認證和信號回放檢測功能。斯巴德拉蒂說：“OSNMA是實現應用程序所需整體安全性的重要因素，但預計在大多數用例中，它將與其他基于接收機或外部技術結合使用，以降低欺騙攻擊成功的可能性，從而提高PNT級別的整體安全性。”一個受監管的應用的智能數字行車記錄儀，旨在提高歐盟道路的安全性，已經被授權使用OSNMA。

　　“其他相關應用包括物流，例如交付證明、保險遠程信息處理、道路用戶充電、資產/車隊管理、自動駕駛、能源、金融和電信網絡的定時和同步”，“還有其他方面，如支持農業領域的上限政策。此外，如果開發使用概念以確保與大眾市場解決方案兼容，移動支付和物聯網等其他應用程序可能會采用OSNMA。”EUSPA服務設計工程師佳維爾 西蒙提供了更多的技術細節，他說：“OSNMA驗證了伽利略導航電文的不同元素。”特別是，在OSNMA測試階段，正在測試以下驗證類型：ADKD0型，用于伽利略I/NAV軌道和時鐘校正數據；ADKD4型，用于Galileo GST-UTC和GST-GPS轉換參數；ADKD12型，用于針對同步要求低的接收機的伽利略L/NAV數據和時鐘校正數據。“對于這些認證類型，”西蒙說，“正在監測認證數據的可用性和標簽認證的成功率，并在伽利略系統公共性能報告中加以報道。他說：“OSNMA的最終目標是為用戶提供身份驗證功能，相對于未應用OSNMA系統的用戶而言，不會降低PVT解決方案的性能。”。“已確定并正在為服務提供階段開發若干演變。”例如，將進一步改進通過歐洲全球導航衛星系統服務中心（GSC）交付公共密碼材料的接口，通過空間信號（SiS）提供適用的公鑰，以更好地支持非連接設備，并優化用戶性能，即使用經過驗證的數據首次定位的時間。西蒙說：“按照測試階段OSNMA接收機指南的規定，用戶端處理OSNMA的主要要求不會改變，這意味著密碼材料和功能的時間同步和完好性。”歐洲委員會伽利略認證和高精度經理伊格納西奧·費爾南德斯（Ignacio Fernandez）自伽利略OSNMA提出以來一直是其背后的驅動力。他說：“考慮到我們尚未投入運營，測試ICD僅在幾個月前發布，我們的觀點是，市場占有率正在良好發展。”同時，一些接收機根據功性能指標、信號質量或測量一致性，使用當前未經驗證的GNSS信號，巧妙地開發了反欺騙功能。費爾南德斯說：“我們認為OSNMA是對這一點的補充，相對容易實施”。“因此，這應該是朝著正確方向邁出的明顯一步：我們現在使用的大多數數字信息都經過身份驗證，因此全球導航衛星系統未經身份驗證的數據是一個例外。所有受益于衛星導航的應用程序，如GPS或其他全球導航衛星提供的當前軍用信號，都將受益于OSNMA。

　　演示驗證替代PNT（AltPNT）。2020年，歐盟委員會發布了非GNSS PNT技術演示招標。這些將完全獨立于全球導航衛星系統，與該技術沒有共同的故障點。該倡議類似于美國交通部在2020年組織的倡議。歐盟倡議的結果于5月在伊斯普拉的聯合研究中心（JRC）上公布，該倡議向包括美國在內的歐盟以外的公司開放。JRC的PNT和GNSS彈性專家盧卡斯·博南伯格（Lukasz Bonenberg）在活動上說， “我們目前在社會上看到的是對全球導航衛星系統的過度依賴。我們需要一個備用系統，以便在發生故障時做好準備，以提高歐盟經濟的彈性。開發和實施此類技術也有潛在的經濟利益。招標的目的是幫助我們更好地了解能夠提供定位的成熟技術獨立于GNSS的授時和/或定時信息，對GNSS故障模式和漏洞具有彈性。解決方案應能夠覆蓋所有歐洲領土，包括陸地水域，并在可能的情況下，將PNT條款擴展到全球導航衛星系統無法提供的環境。”除了演示他們的系統外，參與者還深入描述了支持技術和環境以及許可要求，并報告了在歐盟部署技術的成本和時間表細節。JRC是布魯塞爾和盧森堡以外最大的歐盟設施，為演示提供了一系列室內和室外測試平臺。選定的參與者包括OPNT、Seven Solutions、SCPTime、GMV、Satelles、Locata和NextNav。

　　OPNT聯合創始人Marco Gorter介紹了其位于阿姆斯特丹的公司的時間和頻率解決方案，該解決方案在現有的光學基礎設施上使用了白兔技術。白兔（White Rabbit）本質上是以太網的擴展，在1Gps以太網上提供亞納秒同步。許多的時間網絡同步解決方案使用能夠使用第二代精確時間協議（PTPv2）分配時間的電信設備，該協議參考GNSS定時接收機，用于跟蹤協調世界時（UTC）。歐洲核研究中心（CERN）開發的白兔協議大大改進了PTPv2，允許亞納秒網絡同步，其精度和可靠性超越GPS。OPNT白兔/PTPv2解決方案將核心和城域核心網絡轉變為“精準”UTC的分布式源。“我們相信，我們已經證明了在遠距離傳輸時間和頻率的能力，精度優于1納秒，”Gorter說。“我們可以在故障情況下在時間源之間進行無縫切換，檢測出不符合規格的時間源，并切換到有效的時間源。我們可以通過監測無線電信號來監測和糾正具有漂移的時間源設備，其精度優于正負200納秒。”SCPTime是法國對血腥計時的衍生產品。該公司首席運營官Sebastien Teot介紹了一種新的、經認證的、精確的和可追蹤的全球時間信號：“我們可以通過與法國國家計量研究所設計并與合法UTC鏈接的獨特架構來傳遞此信號”。JRC Ispra的OPNT測試側重于計時精度。Teot還介紹了在法國進行的測試，該測試提供了該國SCPTime基礎設施的更全面的視圖，以及網絡彈性和SCPTime定時服務可用性。當全球導航衛星系統24小時不可用時，SCPTime解決方案顯示漂移小于1?s。當全球導航衛星系統14天不可用時，觀察到的漂移為35.9?s。在巴黎和格勒諾布爾進行的彈性和網絡監測測試證明了定時服務在網絡故障或設備故障的不同場景中的連續性。“我們的管理系統界面允許從UTC到最終用戶設備的時間信號的完全可追溯性，并記錄了端到端傳輸的數據記錄，”Teot說，“因此這可以成為安全可靠時間的關鍵促成因素。”NextNav負責網絡運營和部署的高級副總裁大衛·克努森（DavidKnutson）為其美國公司的TerraPoiNT（所謂的地面GPS）做了系統陳述：“我們的地面廣播信標提供廣域、宏或校園覆蓋。我們抗欺騙和干擾，信號強度是GPS的10萬倍，我們提供加密信號。TerrPoiNT獨立于GPS，我們擁有內置原子鐘，能夠與絕對時間源自同步達納秒同步。”NextNav已經擁有一些知名的合作伙伴，包括美國宇航局，該局在蘭利研究中心雇傭TerraPoiNT作為特定項目的一部分，支持無人機和城市空中機動性測試。TerraPoiNT以最低或零成本集成到GNSS/LTE/5G芯片組中，并且頻率靈活。在JRC上，使用三個信標并僅對時間同步和z軸垂直定位進行測試，NextNav在整個測試中證明了在網絡和終端接收器上15 ns（ 90%的時間內）的定時穩定性，以及在+/-1m （90%時間內）的垂直定位精度。另一家美國公司Satelles正在開發一種稱為衛星定時和定位（STL）的PNT服務，該服務基于低軌衛星。Satelles首席執行官邁克爾·奧康納（MichaelO'Connor）表示：“低軌衛星距離地球的距離是典型的中地球軌道（MEO）全球導航衛星系統（GNSS）衛星的25倍，它們發出的信號強度是1000倍。這種高信號功率使我們能夠深入到室內GNSS無法到達的地方。”提供信號的衛星由銥星公司擁有和運營，衛星公司與銥星公司有獨家合作關系。與MEO系統相比，低軌衛星具有不同的操作特征和性能特征。它們以高達27000 kpm的速度行駛，由于多普勒效應導致載波頻率變化。基于LEO的解決方案本質上是全球性的，能夠為地球上的每一個地點帶來精確的計時和2D與3D定位。即使在全球導航衛星系統信號較弱的兩極，極地軌道也能確保真正的全球覆蓋。由于快速通過的軌道，天空中的視角不斷變化，使得信號能夠到達具有挑戰性的位置接收機。“STL的評級為TRL9，”O'Conner說，“這是最高的技術準備水平，并已得到美國交通部和其他權威機構的驗證。”不用說，在Ispra的測試活動表明，Satelles系統在室內和室外計時和定位試驗中表現非常出色。總的來說，JRC試驗表明，有一系列替代PNT技術解決方案可供部署，和/或已成功部署為全球導航衛星系統的備份系統。我們只需要進行選擇。

　　其他戰區。回到歐空局話題，本尼迪克托·魯伊斯談到了導航部分的更多問題和優先事項。他說：“另一個新的節目是Moonlight，它引起了很多人的關注。”。“這是關于將導航帶到月球的問題。有一個非常重要的國際合作層面，特別是與美國宇航局的合作，但我們對與其他太空機構的合作以及將在未來月球經濟框架內運作的私人倡議持開放態度。”盡管英國已脫離歐盟，但它仍是歐空局導航的核心合作伙伴。本尼迪克托·魯伊斯說：“我認為英國不再是歐盟的一方，這是一個巨大的遺憾。”。“在我看來，這對歐盟來說是一個巨大的損失。這確實會對他們參與一些歐盟戰略項目，尤其是伽利略計劃產生影響。”歐空局必須在歐盟成員國發展新的能力，復制以前在英國所做的一些工作。本尼迪克托·魯伊斯（BenedictoRuiz）說：“這已經過去，現在我們展望未來。”。“英國是歐空局的一個非常強大的成員，也是一個非常重要的戰略伙伴。我們的歐空局歐洲空間應用和電信中心（ECSAT）英國也是NAVISP計劃的主要贊助者，并將很快設立一個國家PNT辦公室。我們期待著通過PNT辦公室進行非常密切的合作。英國工業集團以及諾丁漢大學等大學的競爭力都非常出色。SSTL（薩里衛星技術）當然是空中客車集團的一部分，我們與該集團合作得很好。”SSTL成立了一家分支公司，專門從事月球探索，并與歐空局合作開展月球探路者項目，該項目將在2025年的時間框架內首次搭載全球導航衛星系統接收機。“我們將演示在月球周圍接收全球導航衛星系統信號的情況，”本尼迪克托·魯伊斯說，“以及使用伽利略和全球定位系統在那里建立定位的可能性。”

　　然后就是俄羅斯。隸屬關系和伙伴關系是歐空局的核心原則，但伙伴關系可能會惡化，正如近幾個月在歐洲非常粗魯地表明的那樣。“歐空局遵循其成員國的指示和政治方向，”本尼迪克托·魯伊斯說。“在歐空局理事會內，成員國舉行會議，并以協商一致的方式作出決定。我們通常非常贊同歐盟的政策。在這方面，不幸的是，俄羅斯入侵烏克蘭惡化了我們的關系。我們看到我們的俄羅斯同事多年來一直在法屬圭亞那的歐洲航天港提供出色的發射服務，非常有效地移植了伽利略星座的部署，我們在幾個月前看到他們離開了。這使得下一顆伽利略衛星的發射暫停，現在必須等待阿麗亞娜6號。”人類和機器人探索的其他項目也遇到了重大挫折，例如火星上的外生物學（EXOMARS）任務。本尼迪克托說：“有些活動我們不能再繼續下去了，因此有很多影響。”。“伽利略計劃于去年4月（2022年）發射已取消。我們有10顆第一代伽利略衛星，已完成生產，準備發射或即將發射。因此，這些衛星將不得不等待。阿麗亞娜6號定于明年首次升空，伽利略號將是其首批乘客之一。顯然，我們期待著這場戰爭的結束，并希望在未來能夠與俄羅斯重新建立富有成果的合作，俄羅斯一直是歐洲以及美國和其他國家在國際一級空間活動中的良好伙伴。”

　　最終的想法。當被問及是否對《GNSS內參》讀者說了最后一句話時，本尼迪克托·魯伊斯說， “過去近30年來，我一直致力于衛星導航，回顧過去，我可以看到衛星導航的總體發展情況，以及歐洲通過我們的PNT解決方案開發了自己的基礎設施并為全球經濟做出了多大貢獻。我們相信，衛星導航現在是，將來也仍然是我們經濟和社會的重要組成部分。這是一個巨大的挑戰，既是挑戰，也是機遇。”