发展大趋势：四大GNSS中有三个转向PNT

2024年GNSS发展的最大特点是其整体性转变是，四大全球卫星导航系统提供商中，有三个发布了面向2035年的PNT战略规划。这代表了技术与产业进步的大趋势、大潮流、大方向，从GNSS走向PNT（或者说是新时空），是革命性的转变。所说的三大全球导航卫星系统（GNSS）服务提供商，它们包括：

其中之一是，北斗导航卫星系统。我国在2024年4月份就宣布成立“中国时空信息集团有限公司”，其主要经营范围为：卫星导航服务；卫星通信服务；地理遥感信息服务，以及大数据服务；数据处理和存储支持服务等。同年11月份，中国卫星导航系统管理办公室在京组织召开纪念北斗卫星导航系统工程建设三十周年座谈会。座谈会上发布了《北斗卫星导航系统2035年前发展规划》。按照规划，未来在确保北斗三号系统稳定运行基础上，中国将建设技术更先进、功能更强大、服务更优质的下一代北斗系统。

下一代北斗系统以“精准可信、随遇接入、智能化、网络化、柔性化”为代际特征，将为全球用户和其他定位导航授时系统提供覆盖地表开阔空间及近地空间的米级至分米级实时高精度、高完好的导航定位授时服务。下一代北斗系统将优化星座架构，形成高中低轨混合星座，全面提升时空基准维持精度和自主运行能力，持续提升服务性能；建设集成高效的一体化地面系统，实现资源弹性调度、数据共享使用、业务连续运行；覆盖地表至深空的各类用户终端，以及与其他不依赖卫星的定位导航授时手段融合的各类用户终端，实现用户多场景、高精度、智能化使用。

按照计划，2025年完成下一代北斗系统关键技术攻关；2027年左右发射3颗先导试验卫星，开展下一代新技术体制试验；2029年左右开始发射下一代北斗系统组网卫星，2035年完成下一代北斗系统建设。我国将加快推动下一代北斗系统建设发展，加大对不依赖卫星的多种定位导航授时手段的技术攻关。2035年前，我国将建设完善更加泛在、更加融合、更加智能、更加安全的综合（新）时空服务体系。

其中之二是，欧洲的伽利略系统。2024年6月下旬，欧空局发布了2035年PNT愿景白皮书。欧洲航天局的NAVAC（导航创新和支持计划咨询委员会）发布的这份新的白皮书，概述了其对到 2035 年定位、导航和授时 （PNT） 技术、应用和服务发展的愿景。NAVAC由欧空局导航主任倡议于2018年10月成立，目前由高级外部专家组成，其主要目标是就欧空局NAVISP（导航创新和支持计划）的战略重点提供独立建议。

白皮书《2035年PNT愿景》（以下简称白皮书）强调了继续投资新兴替代PNT系统的重要性，并列举了目前对GNSS的广泛经济依赖，以及日益增长的安全和国防问题。需要开发替代和互补的弹性系统。建议欧空局为可能失去对现有系统的访问做好准备，并继续参与技术进步，确保欧洲保持其在全球导航卫星系统的领导地位。白皮书还呼吁采取积极措施应对不断变化的威胁，包括干扰、网络攻击和环境风险。持续的风险评估和缓解计划的实施对于保护PNT环境至关重要。此外，白皮书还确定了由新兴应用和服务（如物联网、自动驾驶汽车、空中交通和太空探索）驱动的新市场机会。准确的时间安排将继续是一项关键要求，从而推动对弹性PNT服务的需求。

白皮书强调了这些服务在现代社会中的关键作用，并指出全球有65亿台GNSS设备在使用。基于 GNSS 的服务现在支撑着商业、基础设施、政府和日常生活的关键方面。据估计，目前欧盟GDP的10%依赖于PNT服务，这证实了可靠和准确的PNT在经济和社会上的重要性。白皮书深入探讨了目前卫星导航行业内外，广泛关注的一些与PNT相关的关键问题，包括推动PNT需求的技术趋势、地缘政治和技术挑战、新兴技术和传感器集成以及系统架构演变。白皮书的主要发现包括以下五点：

1. 对PNT服务的依赖性增加：随着新应用的出现，对PNT服务的依赖将会增加，特别是在消费者解决方案和自主系统中。准确的定时仍然是一个关键的用例，特别是对于通信和配电网络等基础设施。

2. 地缘政治和技术挑战：不断加剧的地缘政治紧张局势给PNT服务带来了挑战。网络攻击、干扰和欺骗正在增加。人工智能、机器学习和量子计算的技术进步将对PNT系统及其社会应用产生重大影响。预计会出台应对这些挑战的新法规。

3. 推动 PNT 需求的技术趋势：物联网 （IoT）、自动驾驶、先进空中交通、智能电网和自动驾驶汽车的激增将推动对弹性和强大 PNT 的需求。低地球轨道（LEO）星座提供了提供PNT服务的新方法，可能补充传统的中地球轨道（MEO）系统。

4. 系统架构演进：未来的PNT系统将利用数据源的组合，包括多个GNSS星座、蜂窝网络（5G/6G）、地面系统、增强系统和自主传感器。这种“系统中的系统”方法将提高性能并确保不受单点故障的影响。

5. 新兴技术和传感器集成：空间段技术、接收机设计和传感器集成的进步有望增强 PNT 服务。新的信号设计、灵活的有效载荷、先进的时钟、卫星间链路和更高功率的放大器都是重点创新。多个传感器（如惯性、磁性和成像系统）的集成将进一步提高准确性和弹性。

总之，NAVAC 的白皮书为 PNT 技术的未来提供了战略路线图，强调了弹性、持续创新和战略投资的重要性。这些努力对于提高欧洲在全球PNT行业的市场地位和确保可靠地提供基本服务至关重要。  

其中之三是，美国的全球定位系统（GPS）。美国交通部在2024年底发布了《PNT战略规划》。该规划明确指出，GPS带来的改天换地的应用变化，深入各行各业。随着GPS的发展，DOT创建了定位、导航和授时 (PNT) 工具，以帮助支持交通和消费技术的快速发展。我们这个时代一些最重要的新领域将出现在交通运输领域。几乎所有这些都在某种程度上依赖于PNT。人们正在见证电力和自动驾驶汽车、娱乐和商用无人机的广泛采用，更新关注我们的基础设施、日益常规的商业空间中的网络安全漏洞。

在这项新的运输部PNT战略计划中，将以前的经验教训和成功作为发展PNT等关键技术的手段，使用政策工具支持私营部门和学术创新，并确保技术和创新为美国人民提供了安全、安保、复原力、便利和经济发展机会。这些解决方案的核心是获得可靠、值得信赖和一致的PNT的能力。正如DOT战略PNT规划中所述，PNT团队致力于为国家提供这一重要用途。支持、促进和维护交通运输创新工作至关重要，而且包括以安全、可靠、受保护和有弹性的方式推进PNT能力，与民用用户支持正确形式的PNT的知识和有意使用，保护PNT的通信频谱，并继续民用PNT的领导地位——无论是在国内还是在世界各地。除了运输应用之外，PNT服务在整个过程中都是基础性且至关重要的。许多（如果不是全部）经济部门，例如测量、金融部门、机器控制、精准农业、科学任务和空间应用。关键基础设施部门，例如通信、银行、电网和水坝也依赖于PNT技术的弹性。强大的PNT服务以及关键基础设施运营商采用这些服务对于我们的经济、福祉以及最终的安全都是必要的。      

然而，对提供PNT服务的系统、技术和组织的威胁是每天都在增加，包括依赖接收器信号强度较低的遥远卫星广播信号的全球定位系统，使服务易感出现有意和无意的中断。最近的联邦政策为投资和参与推进研究奠定了必要的指导和基础，从而为PNT能力创造更大的弹性和安全性。国防部的PNT工作和承诺正处于历史的关键时刻，特别是在交通运输方面，因为我们正在规划和展望基于连接、自动化、人工智能和进步的未来量子能力等新技术可以利用单个原子的特性来更好、更可靠地导航和通信。为了实现韧性的好处。创新且更强大的系统，我们的首要任务是确保提供安全可靠的PNT服务，并将其应用到不断增长的用户社区的应用中。

定位、导航和授时（PNT）服务对关键基础设施至关重要，能够在全国范围内安全、可靠和高效地使用运输系统。PNT服务对于我们整个数字世界的运作至关重要。如果没有准确、可用、值得信赖和安全的PNT服务，我们的经济、生活质量和安全将受到重大挑战，我们对21世纪生活的期望的许多方面将停止。在安全关键应用、移动、环境和网络安全方面的重要好处将会消失，而且这两者都将失去。如果没有这些技术，包括从损失中恢复过来，生活的环境成本很快就会变得不可持续。

作为美国政府 (USG) PNT民事部门的领导，交通部承担着我们的领导角色，并积极与联邦部门和机构合作分析和协调系统要求和政策。DOT将该PNT战略规划作为一种集中国家注意力的手段，在这一关键主题上，确保我们的国家拥有精确、强大和有弹性的PNT来源来支持当前和新兴的应用。该PNT战略规划提供了五项关键的相互关联战略，旨在提高弹性和维持当今的PNT服务，应对现有和新出现的挑战，并通过以下方式为未来创造一条可实现的道路：

•推进技术、系统和国家PNT架构，以实现和提供国家的PNT服务和功能。

•通过改进现有系统并支持系统的方法来增强PNT弹性。

•解决当今存在的PNT系统和应用的网络安全风险和挑战以及出现的新威胁。

•确保PNT服务所需频谱的可用性并保护PNT服务免受有害干扰。

•领导国家和国际交通界持续的民用PNT协调。

       该PNT规划的主要内容为：

1. 交通部PNT战略规划的目的

DOT的 PNT战略计划的目的是建立一条推进、保护和协调的道路，供民用PNT服务与联邦部门和机构一起使用，与行业利益相关者和用户互动，并与国际合作伙伴合作。DOT正在努力实现以下目标：

•推进和发展PNT服务、数据完整性和弹性，以满足当前和未来民用应用的需求。

•强调美国的PNT用例具有全球地理广度并定期跨境，例如运输、商业、安全、金融、科学应用和创新。

•强调PNT的重要性并确保与2022-2026财年 (FY) 保持一致。

•让更广泛的利益相关者社区和未来的政府更好地了解交通部的民事PNT领导角色以及PNT面临的挑战。

•作为确保国家关键基础设施的弹性和网络安全PNT以及政府机构之间以及与私营部门和学术合作伙伴之间的协调所需的未来指南。

2. PNT的挑战

作为PNT民事负责人，DOT必须应对当前和未来的挑战，包括：

•全球定位系统 (GPS) 干扰和欺骗的发生率不断增加，并且对能够快速检测和减轻干扰的需求不断增长。

•随着新形式的网络攻击不断出现，促进PNT网络安全意识和保护的实施。

•促进PNT用户的“负责任的使用”和“基于风险的决策”，特别是对于关键基础设施运营。

•增加对精确计时的依赖。

•确保弹性PNT服务频谱的可用性，包括替代/补充来源。

•对不断变化的全球形势保持警惕，为领导层提供：

•标准和国际合作伙伴协议

•协调国际上的PNT使用

• PNT技能、教育和培训。

3. PNT的优先事项

DOT与我们的USG跨机构合作伙伴一起认识到通过以下方式提供下一代PNT的重要性，它们是：

•预测和考虑未来需求，包括国家PNT架构的维护和发展，GPS的现代化与国防部合作作为该架构的基石。

•评估PNT技术的能力和漏洞，并促进系统的多样性，通过增强现有系统来提供准确、可靠和有弹性的PNT服务，包括可以满足广泛民用PNT需求的新技术。

•保护和加固当前系统，并创建标准和规范，将这些功能设计到未来的系统中，包括保护提供PNT信号的频谱。

•创建强大的干扰检测和定位系统。

•与代表关键基础设施所有者和运营商、民用PNT利益相关者以及美国境内和跨管辖边界的PNT用户的广泛联邦机构进行协调；帮助记录和沟通利益相关者和市场需求。4. PNT战略规划的首要任务

安全是交通部的首要任务。美国交通部使命的基础是确保美国拥有世界上最安全的交通系统。此外，国防部的工作重点是预防并减缓经济中断，加强运输劳动力，支持强大且有弹性的货运系统和供应链，减少运输对环境的影响，以及减轻和适应气候变化的影响，并寻找新的解决方案规划、建设、保护和运营运输系统。DOT RD&T战略计划提供了国家研究愿景，以帮助国家继续推动交通创新前沿。它确定了交通研究的优先事项和战略，未来五年并探索不断发展的技术如何塑造运输系统和国家政策。虽然我们无法预测可能发生的巨大而动态的交通系统变化，但我们可以定义所需的未来并指导研究和创新以实现这一目标，通过研究、协调、工程和投资实现未来。PNT是实现交通部战略目标和优先事项的关键要素，是制定RD&T重大挑战的基础要素。

5. PNT规划的五个战略目标

五个相互关联的PNT战略目标：

•推进PNT能力和服务

•将弹性整合到联邦使用PNT中

•将网络安全风险缓解措施纳入PNT系统设计

•保护PNT频谱免受有害干扰并确保频谱的可用性

•与国内和国际合作伙伴协调和领导PNT工作，包括：

政策制定者、专家、研究人员、行业利益相关者、标准机构、劳动力开发商和教育工作者；为了解决优先事项，交换有关最新工作和进步的信息，并消除冗余。

6. 结论

PNT服务对于旅行公众、货运界、其他商业和私人实体以及联邦用户安全、可靠和高效地利用国家运输系统和美国境内的公路、铁路、水道和空域至关重要。PNT服务也是许多（如果不是全部）经济部门的基础和必需品。通信、银行、电网和水坝等关键基础设施部门依赖PNT技术的准确性、可靠性和弹性。强大的PNT服务以及关键基础设施运营商采用这些服务对于我们的经济、福祉和安全都是必要的。

随着GPS技术的进步，系统面临的威胁数量不断增加。我们需要防范这些威胁，同时减少对GPS作为PNT主要来源的依赖。该DOT PNT战略计划强调了采用商业提供的补充PNT来源的重要性，以满足不断增长的国家、国土和经济安全需求，并实现多样化的商业和科学应用。美国还鼓励研发PNT服务，探索量子传感、相对导航和机会信号的使用。

作为美国民用PNT政策的领导者，DOT正在识别与天基PNT依赖相关的风险，并在关键基础设施之间培育负责任的PNT服务获取、集成和部署方法。该战略计划确定了国家所需的成果，并包含和实施了PTAA关于弹性和网络安全民用PNT的原则、服务、技术和系统。

该PNT战略计划确定了实施每个目标领域所产生的战略目标和成果。该战略计划寻求的成果包括：

•国家和PNT用户迈向“理想”的国家PNT架构，不断满足国家民用PNT需求的服务要求；并确保美国在促进全球竞争的美国行业负责任地使用可互操作且安全的PNT服务。

•国家通过实施和采用PTAA原则来实现PNT弹性，并与民用用户合作采用“负责任地使用PNT服务”，将PNT的深思熟虑、基于风险的使用纳入其技术决策、采购和系统运营中。PNT数据的补充源可从新的CPNT解决方案中运行，满足最终用户应用程序所需的时间和定位要求。联邦、商业和民间组织制定响应和恢复计划，以解决PNT服务中断问题。

•国家受益于PNT网络安全的增强，用户可以相信PNT数据是安全、准确和可靠的。

•联邦、州、地方和商业组织有能力通过明确的、跨机构的协作报告流程来监控、识别、定位和归因美国境内的PNT服务中断和操纵，以支持FCC的频谱干扰执法工作。

•民用PNT协调确保联邦机构需求得到认可并纳入规划中，每个联邦机构合作伙伴的贡献得到整合，进步和研究由学术和私营部门合作伙伴得到适当的利用。

•通过多样化的多源PNT系统，国家PNT架构和生态系统在国际上越来越具有互操作性和安全性。

作为负责PNT政策的美国政府民事部门的领导，交通部将在每一项战略中开展活动目标领域以解决关键的国家政策和部门优先事项。实现这一目标的核心战略是与其他联邦部门和机构、私营部门和学术界的利益相关者参与和协作举措。为了实现弹性、创新和更强大的PNT系统的优势，我们的首要任务是确保服务继续保持安全并可供不断增长的用户社区使用。DOT将继续代表民用用户社区积极倡导PNT工作，与国防部合作保护和现代化GPS，并捍卫和倡导这些重要服务。以PNT战略计划为基础，DOT及其战略合作伙伴将倾向于研究和评估并促进采用CPNT技术，以突破可能的界限——帮助我们实现目标、发展经济、释放创造力和创造力的创新创业以满足PNT当前和未来的需求。