利用备份与互补系统打造坚强PNT 123

曹 冲 斗室智库 7月3日

早在本世纪初，随着GPS应用日益深入广泛，人们就提出其脆弱性问题，近些年来由于伊朗劫持美国军用无人机等事件的先后发生，终于发现GPS的防干扰、防欺骗等方面存在明显的漏洞，于是提出坚强（或者曰弹性）PNT议题。近年来，也有提出来利用eLORAN（LORAN-C）作为GPS/GNSS的备份系统，以备应急和不时之需。eLORAN是增强罗兰。英国专家估计，如果GNSS停止工作5天会造成该国的经济损失达71亿美元，其中主要受影响的部门是与陆海交通运输有关。如下图所示，不同行业所受影响有所不同。

GNSS兼容互操作，是增强可用性，提高连续性和精度，提供更好的完好性的重大举措。由于兼容互操作似乎是顺利成章的事情，所以它对于卫星导航产业的影响力，往往被人们忽视，其贡献之大应该说是空前的，许多人没有从GNSS系统之系统的概念去理解，没有真正从量变到质变的角度，去研究其实质性的转变。这种战略性的支撑技术的群体作用，是现代信息社会经常出现的现象。可是，能够抓住这样的机遇却并不很多，跨界融合的机遇只有少数人能够深刻认识到，常人是可遇而不可求。
一种既主动又被动的办法是利用行之有效的备份系统，现在公认的是eLORAN，这是原来的LORAN系统的增强改进型，可以实现区域性的远距离导航和授时。LORAN是远程导航的缩写，是二战期间在美国开发的双曲线无线电导航系统。它首先用于穿越大西洋的舰队，后来用于远程巡逻机。美国海军后又开始研制罗兰-B，它提供了几十英尺的精度，但遇到了重大的技术问题。美国空军曾研究过一个不同的概念，海军将其称为罗兰-C。罗兰C提供比罗兰更远的距离和数百英尺的精度。美国海岸警卫队于1958年接管了这两个系统的运行。
由于GNSS系统的脆弱性及其自身的传播和接收限制，近些年来对LORAN应用和开发的兴趣重新出现。增强型LORAN，也被称为eLORAN或E-LORAN，包括接收机设计和传输特性的进步，这提高了传统LORAN的准确性和实用性。据报道，精度高达±8米，该系统与未增强的GPS相比具有一定的很不幸和竞争力。 eLORAN还包括附加的脉冲，可以传输辅助数据，如DGPS校正。 LORAN中的这些增强功能使其成为GPS无法使用或应用性能严重恶化的场景的可能替代品。
应该指出，定位、导航、授时（PNT）是现代社会的不可或缺的基本能力，如果这样能力的丧失可能导致灾难性的后果。现在GNSS成为多国提供商的重要基础设施，它们成为重要的依靠，但易受攻击，或者说是冲击，主要原因是卫星信号微弱而容易受到干扰，为此需要有备份系统，如果GNSS信号不可用时，能够额外有所支撑，不至于PNT系统“全军覆没”，尤其是与关键基础设施有关的授时、时间传递、守时、和时间保持与更新，这些可以是保证能力的空间组成部分，也可以来源于地面的eLORAN，后者是低频或者甚低频系统，经过良好测试和可靠的验证，形成完整备份系统的地面部分。当然，单独使用eLORAN和GPS都不够理想，形成互补才是正道。
这些年来，美国在克服GPS脆弱性，和强化坚韧PNT方面，一直在做三方面的工作：一是进行邻道频率干扰的测试；二是开展基础设施的GPS应用系列行动；三是提出保护、优化、增强（PTA）对应策略原则。我们会对于这些战略策略原则，将逐步分别加以介绍。