美国面临难题：FCC 为 GPS 替代方案打开了大门，但有可能削弱其最大优势

编者寄语：《GPS World》日前有一则报道，所指出的美国联邦通信委员会（FCC）批准的“调查通知（NOI）”很值得一读，面对GPS受到日益严重的脆弱性威胁（主要是干扰和欺骗），发动大家（主要是商家）来探索GPS替代方案。这篇报告有四个重点值得关注：一是人家叙事既有战略高度，又有实际可行的操作事项，这就是我为什么一直大声疾呼的希望涌现出顶天的战略科学家和立地的第一线实干家的原因，我们在这方面太缺乏了；二是人家把多星座互操作作为对抗脆弱性威胁的一个重大举措，成为行之有效的弹性PNT决策，当然这样做有可能削弱其最大优势，但是衡量利弊得失，还是力推多星座互操作举措；三是在套娃式的多层次方法中，人家把地面系统和用户终端的增强列入重大举措，这是要发动商界共同努力才能做到的事情，形成生态化对策；四是报告明显对于北斗系统十分关注，不仅仅说北斗系统的优势，而且认为需要有应对方略；四是星链（Starlingk）已经具备独立于GPS提供纳米级计时和米级定位精度，这是很有意思的信息，因为以前没有报道过。

今年3月27日，美国联邦通信委员会（FCC）一致批准了一份调查通知（NOI），以探索GPS替代方案，以应对对安全和系统弹性的威胁不断升级。此举表明，在全球干扰和欺骗事件不断增加的情况下，联邦政府对天基导航和授时基础设施的可靠性越来越担忧。尽管FCC对替代技术的广泛考虑是向前迈出的可喜一步，但它的框架也有可能削弱GPS风险最重要的防御措施之一：在整个商业领域越来越多地采用多星座策略。

1. 不断上升的威胁，更广泛的任务

FCC的决定是在国际航空运输协会（IATA）最新安全报告发布之后做出的，该报告记录了GPS干扰同比增长175%，欺骗攻击同比增长500%。这些事故对航空安全、应急服务、电信和无数依赖定位、导航和授时（PNT）服务的其他部门构成了严峻挑战。在这种背景下，委员会的投票反映了两党的紧迫感。NOI邀请公众就一系列可以作为GPS补充或替代方案的技术发表意见，包括近地轨道（LEO）卫星、地面信号和增强型最终用户设备。这种广泛的框架令人鼓舞，并承认PNT弹性的多面性。

2. PNT 的多层次方法

FCC专注于天基、地面和用户级技术的多元化，这不仅是谨慎的，而且是必不可少的。增强国家安全和系统冗余度需要的不仅仅是一个备份解决方案。它需要分层的弹性，将互补模式集成到一个有凝聚力的生态系统中。非常令人鼓舞的是，NOI概述了可能在改善美国PNT基础设施方面发挥作用的广泛候选技术。这些服务范围从惯性导航系统和时间传输服务到新型地面无线电信号和商业LEO星座。通过撒下一张大网，FCC打开了创新之门，并允许市场力量为PNT现代化做出有意义的贡献。

3. 商业现实与政府叙事

然而，FCC的讨论明显低估了一个关键现实：当今很少有商业技术完全依赖GPS。商用PNT领域已经超越了对单一来源的依赖，绝大多数系统集成了多个GNSS星座（如 GPS、Galileo、北斗和 GLONASS）以及额外的传感器和信号数据，以确保强大的覆盖范围和精度。这种多星座方法可以说是我们增强依赖GPS的系统弹性的最强大工具。通过允许接收器从多个GNSS源提取数据，用户可以获得空间和信号分集，使他们能够交叉检查信号，拒绝欺骗或错误数据，即使在降级的环境中也能保持准确的位置和授时。请务必记住，设备无法根据用户的地理位置有选择地使用 GNSS 网络。如果美国设备制造商禁用北斗和 GLONASS，那么接收器所到的任何地方的性能和竞争力都会降低。在最近的现场测试中，我们发现禁用北斗星座会使设备的定位精度降低30%到40%。这种准确性和弹性在航空、自主系统和应急响应等领域尤为重要，在这些领域，信号保真度和冗余可以挽救生命。多星座GNSS的使用不是理论上的：它已经是行业标准。

4. 国际走钢丝游戏

尽管如此，NOI的关键要素以及会议期间的评论反映了美国政府对纳入外国GNSS系统，尤其是北斗和GLONASS的怀疑。虽然地缘政治谨慎是可以理解的，但对国际信号的过于严格的限制可能弊大于利。这些系统不仅仅是外资拥有的替代方案。它们是现代GNSS环境不可或缺的组成部分。许多美国商用设备（从智能手机到增强现实、车队跟踪系统、无人机等）已经默认使用多个GNSS源。自动驾驶汽车、机器人和城市空中交通等未来技术也将需要多个GNSS信号才能运行。禁止或限制它们的使用可能意味着信号弹性方面多年的进展倒退，更不用说阻碍未来的技术了，而这一切都是为了投机性和基本上无法量化的国家安全风险。虽然对PNT基础设施的对抗性控制存在一些合理的担忧，但FCC必须仔细权衡这些担忧与开放且可互作的GNSS生态系统的真实、可衡量的好处。过度纠正可能会以缓解其他漏洞的名义引入新的漏洞。实际上，威胁面中更脆弱的元素是GNSS接收器和移动网络，尤其是5G系统，其中用户位置实际上是确定和跟踪的。与对抗性GNSS星座相关的主要推测和技术上未经证实的威胁不同，有据可查的接收器受损和民族国家利用移动基础设施威胁的案例——这正是一些国家禁止中国5G提供商的原因。FCC应该关注这些明显而积极的风险，而不是对专家认为在技术上不可行的理论情景做出反应。

5. 面临风险的创新

此时此刻存在重大机遇。NOI正确地确定了可以增强美国弹性的新兴技术，包括先进的芯片组、基于LEO的定位、众包信号验证和下一代计时工具。然而，这种创新不能孤立地蓬勃发展。如果美国限制国内系统充分利用所有可用GNSS源的能力，将破坏弹性和竞争力。更糟糕的是，它可能会扩大与外国替代品的差距，尤其是中国的北斗系统，该系统在精度和全球覆盖范围方面已经超过了GPS。GNSS一直依靠多国合作和软实力影响力的机会而蓬勃发展。这两者都因排斥而减少，这可能就是迄今为止其他国家没有禁令的原因。

6. 前进的道路

FCC优先考虑这个问题是正确的。面对这些日益增长的威胁，美国迫切需要建立一个更强大、更安全的PNT基础设施。但它的长期成功将取决于它是否包含PNT格局的全部复杂性。这意味着支持：

· 面向商业用户的开放式多星座GNSS访问。

· 一种灵活的分层方法，集成了太空、陆地和用户级技术。

· 公私合作，加速创新和部署。

· 明确的监管指导，平衡国家安全问题与商业现实。

安全可靠的PNT的未来不在于隔离GPS，而在于通过系统每一层的互操作性、多样性和弹性来增强它。如果FCC的调查能够将美国引向这个方向，那将不仅是GPS的关键时刻，也是现代生活所依赖的整个太空基础设施的关键时刻。

7. 星链授时和定位功能让人眼睛一亮

SpaceX在回应FCC询问时详细介绍了 Starlink现有和潜在的PNT功能。

SpaceX已向FCC提交回复意见，描述其Starlink LEO卫星系统目前如何提供并可能进一步支持定位、导航和授时（PNT）服务。该文件是FCC正在进行的调查通知（NOI）的一部分，旨在在美国推广有弹性和多样化的PNT能力。

FCC的PNT弹性倡议。FCC的NOI（WT案卷编号25-110）题为“促进定位、导航和授时技术和解决方案的发展”，旨在探索技术解决方案以增强PNT服务的稳健性。认识到GPS容易受到干扰和欺骗，FCC正在就天基和地面替代方案征求意见，以确保国家安全、公共安全和经济稳定。在其评论中，SpaceX概述了Starlink系统的几个技术特性，它认为这些特性与PNT应用相关：一是现有的授时和定位功能。SpaceX表示，Starlink终端目前可以使用Starlink卫星的到达时间测量提供纳秒级计时精度和米级定位。该公司指出，其网络支持需要精确计时的应用程序，例如蜂窝网络同步，而无需依赖外部 GPS 源。授时信号来自LEO星座，并通过网络的宽带基础设施进行同步；二是架构和系统设计。该文件强调，Starlink系统是围绕SpaceX认为与强大的 PNT支持相关的几个功能构建的：

· LEO配置：该系统拥有数千颗位于近地轨道的卫星，可提供全球覆盖和较短的信号传输时间；

· 定向天线：SpaceX强调相控阵用户终端是信号完整性和干扰缓解的优势；

· 端到端加密：根据文件，这使得Starlink的时间和定位信息不易受到欺骗或篡改。

SpaceX指出，Starlink已经被各种客户用于商业用途，并已由美国军方和民用用户在退化的GNSS环境中进行了测试。它指出Starlink的能力不是假设的，并且已经在真实世界条件下得到了证明；

与分层PNT框架集成。为了回应FCC对国家PNT弹性的“分层”方法的兴趣，SpaceX将Starlink定位为多种互补解决方案之一。该公司认为，多样化、独立运行的系统（基于卫星和地面的系统）可以提供冗余并减少对任何单一技术或频段的依赖。该文件还解决了其他利益相关者提出的担忧，他们质疑Starlink是否有资格成为PNT系统。它重申Starlink是独立于政府资金开发的，可以通过SpaceX的垂直整合制造和发射模式快速扩展；四是频谱使用。SpaceX确认Starlink在分配给宽带服务的Ku和Ka波段频谱中运行，并且没有为特定于PNT的用途提出新的频谱分配。它断言PNT功能可以在现有分配中提供。