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未来十年卫星导航做什么?

添加时间:2020-03-19 来源:环球新时空(北京)信息技术研究院 作者:曹 冲
  北斗三号全球组网将要完成,并且在今年提供全球服务。
 
  未来十年,卫星导航做什么?众所周知,随着卫星导航应用与服务不断广泛深入发展,卫星导航已经逐步成为现代信息社会的一种生活方式,渗透到国家安全、国民经济和社会民生的方方面面,卫星导航已经在我们的口袋中,在我们的掌心里。未来十年,卫星导航还有什么要做的?简单地说,就是要用好用足北斗,并且将其升级换代实现新时空体系的跨越发展。归根结底一句话,应该将卫星导航的两个“想不到”做到“极致”。从开头的GPS到现在的GNSS,人们一直在惊叹卫星导航的两个“想不到”:第一个“想不到”是卫星导航的应用如此广泛,乃至无限,其服务只受到人们想象力的限制,只有想不到,没有做不到的;第二个“想不到”是卫星导航的软肋如此明显,脆弱(漏洞)不堪,多种多样的日地空间的太阳黑子和耀斑与地磁等地球物理异常扰动变化,各式各样的物理阻隔、遮挡、屏蔽与多径和反射,以及层出不穷的自然的人为的与有意的无意的干扰威胁和扰乱欺骗攻击,都将会导致GNSS信号接收的异常中断和操纵失败,造成严重后果和生命财产损失。所以,必须从国家层面采取积极有效的应对措施,确保其应用与服务的可靠、可信、精准、安全、智能。
 
  未来十年的主要目标应该是把以上两个“想不到”做到“极致”,这就是说,要将第一个“想不到”的应用服务效益做到极大化,要将第二个“想不到”的脆弱漏洞影响做到极小化。这样的任务看似简单,实质上难度极大。但是,由于在这两个方面,我们已经有了以前十几年,甚至二十几年的发展基础,我们可以实现高起点高质量高速度的发展演变。这也就是说,我们不是重打锣鼓另开张,而是充分利用原有的技术与产业基础,在这上面盖高楼,做到更上一层楼。应该指出,由于我国近些年来的主要人力物力财力,重点放在北斗系统建设上,我们在应用服务效益极大化和脆弱漏洞影响极小化方面还有许许多多事情要做,特别是在后者,也就是在脆弱漏洞影响极小化方面,我们应该说是仅仅处在起步阶段,与欧美相比,特别是与处在国际领先水平的美国相比,我们还有较大的差距。美国在卫星导航领域,自始至终一直站在世界的最前列,其根本的诀窍是技术上的与时俱进和前沿领先。1995年GPS宣布投入正式的全面服务,翌年就声明开始GPS的现代化。2004年美国成立天基PNT委员会,2008年就提出《国家PNT发展规划总体架构(2025)》,并且在2010年推出相关的实施方案第一稿。近十多年来,美国一直在针对GPS的脆弱性问题,进行多种多样的备份和替代技术和系统解决方案的研究,同时推进PTA(保护、优化、增强)发展对策与策略,政府领军打造坚韧性PNT,平缓地逐步实现着从GPS向PNT的升级换代发展。从2013年开始,美国政府从政策文件、标准规范、检测测试多方面推进网络和关键基础设施安全保障行动,并且在2020年2月形成特朗普的《通过负责任地使用PNT服务加强国家的坚韧性》总统执行令,把时空信息服务提高到确保国家安全、经济安全和社会公共安全的坚韧性层面,并且要求相关政府部门机构负起责任,以期促进民用企事业的科技创新和应用服务推广。“负责任地使用”的关键内涵是服务的坚韧性,包括完好性、可靠性、可信度和精准度。

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  未来十年卫星导航应用服务效益的极大化和脆弱漏洞影响的极小化任务,其重点内容可以归纳为四大方面:
 
  (1)北斗/GNSS多星座多频率系统之系统再设计再利用再推广
 
  北斗/GNSS面临多星座多频率系统体系的消化吸收,再设计再创新再利用再推广,在用好用足北斗系统资源和优势能力的基础上,要充分用好用足GNSS资源和能力,实现融合创新,尤其是将我国的GNSS兼容互操作的后发优势和超前竞争力发扬广大,往深化实化精化方面进发,让技术与产业向高端进发引领全球发展;
 
  (2)GNSS向新时空(PNT)的技术与系统的升级换代
 
  GNSS最为核心的作用是高精度地提供无所不在的时空信息,必然推进天基地基、室内室外、导航通信等技术渗透和系统集成的多模融合,实现时空信息的泛在服务、精准服务、智能服务。这一任务的关键是多种技术和系统的跨界融合,尤其是导航与通信的融合,首先是目前天上要成千上万地发那么多卫星,不能仅仅是通信和遥感卫星,而更多的应该是卫星导航与它们的结合和融合,经过我们认真研究断言:只有导航卫星与通信真正融合之日,才是中国商业航天成功之时。不信,咱们走着瞧!
 
  (3)新时空技术体系政府工作重点是引领锤炼国家坚韧性
 
  从国家安全、经济安全和社会公共安全出发,网络安全和国家重大基础设施安全保障是关键,而负责任地使用新时空(PNT)服务是不可或缺的主要抓手,所以相关政府部门的重点应该是引领打造新时空服务的坚韧性(或者说是安全性),确保智能时空信息服务的完好性、可靠性、可信度与精准度。因此,必须认真建立防干扰、反欺骗的组织与行动体系,监测威胁攻击源,并且采取缓解消除行动措施,同时要通过技术创新与系统集成,形成抗衡干扰和欺骗威胁的集成融合系统,或者是备份替代系统,确保国家的网络与关键基础设施安全,确保国民经济与人民的生命和财产安全。
 
  (4)新时空服务体系产业重点是完善构建中国智能信息产业
 
  时间空间是人类的最为重要的参照系,北斗/GNSS一体化地提供了高精度的时空基准,所以它们会有这么大的影响力。而新时空服务体系大平台,能够通过时空这一主线把许多技术与系统、产业与社群有机地联系在一起,时空的总体性、基础性、通用性、精准性成为不可或缺、不可替代的粘合剂,成为当代智能信息产业的整体架构师,把当前流行的所有热门科技领域,如大数据、物联网、云计算、区块链、人工智能等等,统统集中于麾下,推动信息服务的数字化、网络化和智能化,形成智能信息产业群体的集群发展态势(涉及整体布局、国民经济、社会民生,包括城乡一体与均衡发展、基础设施与网络安全、应急救援与公共管理、科技创新与动能转换、智能交通与物流联运、智能制造与无人系统、教科文卫与协调成长、时空服务与精准施策、移动健康与数据支撑),推进无所不在的新时空(智能)服务,打造领先世界的中国服务国家品牌。

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