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欧洲推出的第一个《无线电导航计划》

添加时间:2020-09-30 来源:斗室智库 作者:曹冲
  欧洲在紧锣密鼓建设完成欧洲GNSS(伽利略)全球组网的同时,2018年11月欧洲委员会又不失时机地推出其第一个无线电导航计划。如同我们前面提到的那样,美国和俄罗斯与独联体国家在这两年也先后推出无线电导航计划。凡此种种,皆因为GNSS多星座在2020年是个全面建设完成投入服务的关键节点,其后将是以GNSS为主,全面协调时空(PNT)信息服务的多系统融合发展的重大机遇期。相关国家都在摸清家底,梳理问题,找到途径,优化体系,为实现升级换代和跨越发展做准备。这些文件可为我们制定“十四五”规划参考。
  这里将《欧洲无线电导航计划》作一简单介绍,供参考思考备考。
  这是欧洲第一版《欧洲无线电导航计划(ERNP)》,介绍了欧洲无线电导航的特点。它提供了现有和新兴无线电导航系统的清单列表,并且预见了现代化计划,详细介绍了用户需求,列出了主要利益相关者,并概述了欧盟有关无线电导航的相关法规。制定导航计划这项举措,是遵循了欧洲委员会的承诺,即按照“欧洲空间战略”的规定“发布欧洲无线电导航计划,以促进将全球导航卫星系统应用引入部门的政策”。考虑到这一点,该ERNP的总体目标是向决策者和利益相关者提供有关欧洲各个部门充分利用欧洲GNSS(伽利略和EGNOS)的潜在途径信息。
  更具体地说,《欧洲无线电导航计划》的发布可能目标是:
  #  允许统一使用欧洲可用的无线电导航系统套件。
  #  提供激励措施,以简化对地面定位、导航和授时(PNT)基础设施的投资,同时提高整个PNT格局(对于空间和地面系统)的安全性、鲁棒性和保全性。
  #  最终促进对整个欧洲的传统无线电导航基础设施,进行合理化协调配置。
  #  支持定义无线电导航服务的最佳组合,以满足主要用户细分市场(例如,海事、民航、铁路、自动驾驶汽车,和智能交通系统)的健壮性和安全性需求,从而实现符合安全性高标准的具有成本效益的解决方案。
  # 减少欧洲对非欧洲PNT系统的依赖。
  #  提供有关欧洲无线电导航系统和基础设施不断发展的生态系统的前瞻性观点。
  #  促进采用欧盟GNSS服务并帮助定义其现代化计划。
  # 建立部门之间的协同作用,并促进某个部门以前采用的措施在另一部门中的采用。
  #  支持在关键政策领域(例如运输,安全和太空)中定义一致的欧洲长期战略。
  #  支持研究和创新方面的突破。
  一、ERNP的范围
  优化欧洲未来无线电导航环境的过程是一项集体努力,必须与用户的需求,要提供服务的质量,和备用服务的需求,以及所需的投资水平等密切相关。ERNP提供了一种包容性方法来解决依赖无线电导航服务的以下用户段或部门:
  #  民航
  # 海上和内河航道
  #  公路运输
  #  农业
  # 测绘
  #  基于位置的服务
  #  铁路交通
  #  太空用户
  #  精准的授时和同步
  #  新兴应用
  #  安全与国防
  ERNP考虑了以上列出的部门中使用的无线电导航系统,包括GNSS及其增强系统,NDB、VOR、DME、ILS、MLS5、Loran-C6、DCF777,和移动蜂窝网络,以及卫星授时和定位。
  二、主要发现
  不同的部门,包括航空和海事等受到严格管制的部门,对无线电导航辅助设备有共同的理解:
  # GNSS及其增强系统的出现引起了无线电导航的一场革命。GNSS已成为该领域的主导者,允许在以前不可能的位置和条件下进行操作。例如,在低能见度的环境、恶劣的天气和繁忙的交通情况下,允许近乎正常的活动。
  #  GNSS可以为欧洲的所有部门带来好处,简化新的,更有效,更快,更具成本效益且对环境影响较小的路线。GNSS还可以提高容量并更好地利用传输网络。
  # 在未来几年中,至少将运行四个GNSS系统(GPS,Galileo,GLONASS和北斗),它们都将具有多频功能。增强系统将支持多星座/多频率环境。这将为欧洲最终用户增强GNSS服务的性能。
  #  对于航空部门,由于GNSS及其扩展系统的激增,将有可能使诸如NDB和VOR之类的经典无线电导航基础设施合理化。在海运领域,Loran-C已在欧洲关闭。
  #  上述进展导致对卫星导航系统的依赖增加。GNSS现在支持绝大多数用户PNT设备。考虑到这一点,至关重要的是,应尽一切努力保护GNSS信号频段,并使其尽可能强大和有弹性(通过改善信号设计、信号强度、天线和接收器设计、认证功能,和空间使用,以及时间和频率分集等)。
  #  Galileo已经提高了GNSS的鲁棒性和弹性,为多星座现实做出了贡献(在给定的时间和困难的环境中可以看到更多的卫星),并且可以在多个频率上运行(精度更高,抗干扰弹性更好,更好的多径效应抑制)。伽利略将成为第一个提供信号认证验证的GNSS系统(使其更具抗欺骗性的能力)。
  #  在某些特定情况下,例如对于既需要连续可用性又需要故障安全操作的关键应用(即“生命安全”导航的关键阶段和场合),GNSS不能成为PNT信息的唯一手段。必须针对此类情况制定应急计划,并采用冗余、容错、恢复程序和/或独立的备用PNT解决方案。重要的是,提供足够冗余所需的其他技术手段,通常是特定于部门的,不一定是基于无线电的。
  #  在这方面,航空界计划保持DME的优化网络(用于基于性能的导航)与ILS / MLS(用于精密进近和着陆)的补充,以在GNSS发生故障时提供基本的导航功能。VOR的最低运营网络也将保留。
  #  海事界拥护“集成PNT系统”的概念,该概念由基于卫星,基于岸基和机载组件的叠加组成,以在船舶航行的各个阶段提供可恢复的PNT数据。此外,正在进行研究,以基于现有IALA9信标站,AIS10基站(包括海事和内陆社区)和Loran-C发射器或现有IALA9信标站的信号的三边测量技术,测试用于GNSS的备用PNT系统的可行性。
  三、主要挑战
  尽管在欧洲的许多部门中使用GNSS具有吸引力,但仍需要解决许多挑战,例如:
  #  所有无线电导航信号都容易受到自然和人为干扰的影响,以极低功率接收的GNSS信号也不免除这些风险。为了满足用户当前和未来的需求,以及GNSS系统克服与责任和生命安全应用相关的担忧,GNSS服务需要提供更高的精度、更高的可用性和更高的可靠性。此外,对GNSS信号的故意攻击(如干扰和欺骗)正变得越来越复杂。
  # 在航空、海事和铁路等特定部门中使用传统基础设施,以及为用户升级设备的相关费用,可能会限制GNSS服务的使用。
  # 确保伽利略和其他GNSS之间,以及伽利略和其他定位技术(例如,卫星导航系统)之间的互操作性是至关重要的。雷达、激光雷达、传感器、4G / 5G、Wi-Fi,在不久的将来可能会与GNSS集成,集成在多源终端中。
  #  在非常苛刻的GNSS信号场景中,不同部门的许多应用都发生在:隧道、坑道、城市峡谷、室内区域、堆站和桥梁处等。在所有这些环境中,必须对GNSS信号的传播和性能进行表征。
  该无线电导航计划显示了欧洲无线电导航的现状,并为继续分析奠定了基础,这些分析可以用作克服已查明挑战的输入;确定需要保留的系统的适当组合,并确定未来投资和撤资的优先事项。现在,我们必须将精力集中在该计划所涵盖的欧洲和各个部门如何在寻找正确的系统组合的同时,优化其PNT基础架构,同时考虑总成本,抵消风险的需求,以及提供持续高性能PNT服务的用户社区需求。
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