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为什么美俄欧都推出无线电导航计划?

添加时间:2020-08-31 来源:斗室智库 作者:曹冲
  四个全球卫星导航服务提供商中,有美俄欧三家,都在最近推出其无线电导航计划,美国法定每隔两年就要发布其《联邦无线电导航计划》,但是从上一次2010发布至今,差不多十年过去了,在今年初又一次发布其《联邦无线电导航计划-2019》。欧洲是在2018年首次发布其《欧洲无线电导航计划》。而俄罗斯与独联体国家在2019年,发布了《2019-2024无线电导航计划》。以上所提到的三个无线电导航计划发布的突出特点至少有三个:一是它们都梳理了其当前的PNT需求和能力,及其重要性;二是指出了无线电导航体系架构中存在的问题和解决对策举措;三是对于今后相当长时间内作出规划与部署,成为空间发展战略的最为重要的组成部分。显然,2020年对于全球导航卫星系统而言,是个重要的里程碑节点,而且也是PNT体系架构融合发展的转折点。应该说,在国家层面上探讨无线电导航计划,我国还没有开展,这就是差距,需要迎头赶上,急起直追,强化战略层面的研究支撑和运作,奠定相关领域的“十四五规划“的基础和决策依据。
  长期以来,依赖无线电导航和授时系统的服务,一直是多领域,尤其是时空信息领域的经济增长的引擎。无线电导航和授时系统在支持各个国家关键基础设施的多个部门中也发挥着关键作用。在民用和商业应用中,对无线电导航和授时系统的依赖日益增长,同时它们在国防、国家安全和生命安全运营方面也发挥着越来越重要的作用。
  地基无线电导航系统和天基无线电导航系统一起构成并且支撑了世界各国的无线电导航领域的应用运作和服务。多年来,地面系统在与GNSS全球导航卫星系统结合或独立于GNSS的方面,在增强和加强定位、导航和授时服务方面发挥了关键作用。近年来,基于现有星座的演进和新星座的出现,GNSS的使用已遍及更多更广更深的许许多多领域。根据相关机构的分析,如今约有10%的全球经济贡献依靠GNSS系统的应用与服务,并且趋势表明这种情况只会日益增加。总体而言,行业内和跨行业的时空信息应用服务具有巨大的潜力,可以更好地利用GNSS服务,并从GNSS提供的卓越性能中获益。
  GNSS解决方案的采用和发展为退役或合理化一些原有的基于地面的无线电导航系统提供了可能性。这样可以节省地面基础设施的安装、运行和维护成本。而且还将释放相关的电磁无线电频谱。但是,GNSS信号容易受到自然和人为电磁干扰的影响,并且容易受到诸如骚扰、干扰和欺骗之类的故意攻击。因此,对于诸如运输或关键基础设施保护之类的关键应用,广为接受的概念是,GNSS,即使是多星座和多频率,也不应成为时间与位置信息的唯一来源。对于那些应用,应维持或开发一种互补的,可替代的或备用的解决方案,而不必拘泥于卫星导航技术,或者是单一的无线电技术。
  在这里,我们重点介绍美国的《联邦无线电导航计划-2019》的第六章PNT体系架构的评估与演变的简要内容。开发国家PNT体系架构是一项前瞻性计划,旨在帮助美国有效、高效地提供政府PNT系统和服务。该体系架构的指导原则代表了美国在PNT中的角色的总体构想,实现该构想的体系架构策略,并且可以在PNT体系架构最终报告及其相关的国家PNT体系架构中找到实施计划所必不可少的四个提供指导的支撑向量。PNT体系架构展示了企事业界对未来PNT环境的看法,可以作为参与USG的部门和机构采取单独行动的框架。自从《体系架构报告和实施计划》发布以来,各个部门和机构正在不同程度地实施愿景、战略和指导,该过程将继续。如果这些努力导致将来更改由联邦提供的PNT系统和服务,则这些更改的计划将记录在《联邦无线电导航计划》后续版本中。
  该体系架构策略被称为“最大公约数”原则,旨在使更多的通用核心功能可用于无限数量的用户,同时通过自定义解决方案满足特殊用户的独特需求。架构研究发现,大量的PNT用户具有一组共同的需求,与多个定制系统相比,标准解决方案可以更有效地满足这些需求。因此,该策略的关键要素是利用GPS现代化,从而为无限数量的用户在全球范围内提供增强的功能。支持此策略的是以下归纳出来的四个支撑向量:一是多种现象学-多种现象学是指各种物理现象,例如射频,惯性传感器和场景映射,以及使用这些物理现象的各种源和数据路径(例如,多个无线电频率),以向用户提供可互换的解决方案以确保功能强大的可用性;二是可互换的解决方案-可互换的解决方案或具有高度互操作性的解决方案,意味着能够将来自多个数据源的信号组合到单个PNT解决方案中,以及在没有主要来源的情况下能够从替代来源提供解决方案的可用能力;三是PNT与通信的融合协同作用-数据通信网络可以通过提供PNT辅助和增强数据、地理空间信息等来支持PNT功能。但是,与功能更强大的通信网络的连接性的增强也提供了将这些网络用作PNT来源的机会,而不仅仅是作为PNT辅助和增强数据的数据通道;四是合作组织结构-促进机构间的协调与合作,以确保有效的运营、有效的获取和相关的科学技术应用服务开发。随着PNT解决方案更多地依赖于多个PNT来源的集成,提供商之间的合作变得更加重要。
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