公共安全如何依赖于GNSS，这是一个问题吗？

（环球新时空信息技术研究院译文）

MARK PETOVELLO是卡尔加里大学的教授（休假）。自1997以来，他一直积极参与定位和导航的许多方面，并领导了涉及全球导航卫星系统（GNSS）、软件接收机、惯性导航系统（INS）和其他多传感器系统几项研究和开发工作。（ 电子邮件：mark.petovello@gmail.com）

全球导航卫星系统解决方案是一个定期专栏，其中提供有关全球导航卫星系统技术方面的问题和解答， 欢迎读者将问题发送给卡尔加里大学地理信息工程系的专家Mark Petovello博士，他们将找到专家来回答这些问题。 他的电子邮件地址可以在他的传记下面找到。

公共安全如何依赖于GNSS，这是一个问题吗？

与许多行业和组织一样，随着公共安全的性质的发展和演变，它的成员们一直在寻找利用现有技术帮助他们实现他们的目标。在这种情况下，无论是警察、火灾或其他，目标首先是公共安全，紧接着是成员安全。

新技术带来的好处是依赖于所说的技术，需要计划“万一”该技术方案失败，或有时可能让我们失望的情况下。

一种对公共安全并不陌生但正在日益增长和使用的技术是全球导航卫星系统。全球导航卫星系统最明显的用途是为工作人员和资产提供位置服务——跟踪团队成员和车辆。然而，随着技术的最新进展，它也成为精确的定时来支持基本的无线电/通信系统操作的必要条件。这方面或使用全球导航卫星系统/全球定位系统往往被忽视。

本文提供了一些例子，公共安全可以通过过度依赖GNSS的威胁并证明为什么应急计划已经到位的理由。虽然这些例子是针对加拿大大多伦多地区（GTA）的公共安全服务，但它们在加拿大、美国和国外的其他司法管辖区也可能具有同样的作用。

公共安全中的GNSS定时

在保证自己安全的同时，公共安全用户仍然非常依赖可靠的LMR（陆地移动无线电）无线电通信提供高水平的公共安全。

现代公共安全LMR系统使用的两个关键要素是非常依赖于精确的定时，两者都使用在当前公共安全通讯员协会（ACPO）标准(acpo25），通常被称为“P25二期”。ACPO应用在加拿大和美国，因此涵盖了大部分北美洲。其他司法管辖区（如欧洲、亚洲、等）可能会使用不同的标准，但可以预期的是，，他们都具有类似的全球导航卫星系统的依赖性，如下所述。

这些关键要素中的第一个是P25阶段II是TDMA（时分多址）技术的事实，并且使用对12千赫无线电信道进行时间分片的调制方案，以允许两个对话或通话组存在于相同的 光谱。 这是增加无线电频道和系统容量的一种方式，允许更多的用户访问系统，提高可用性和更高的服务等级。

为了确保这个时间分割频谱是可能的，系统必须具有非常精确的时间标准，在整个网络中和在所有节点或无线电站点都是相同的。

在加拿大，这些网络可以跨越城市、地区或省份，有数百个站点。在每一个站点和节点上都有两个GNSS接收机—一个主接收机和一个备用接收机，用来及时保持所有无线电传输的时间。

没有这个时间参考没有GNSS提供的准确度和精密度，时隙和相应的语音对话，它们会开始互相碰撞，用户会有乱码，错过或者失去无线电传输。从公共安全的角度来看，对通信的任何毁坏当然都是有关的。

并妥协了开头段中列出的两个主要目标。

精确定时的第二使用是为联播的目的。联播是现代公共安全无线电系统的无线电信号在同一频率或频道从两个不同网站有意重叠同一地理区域的过程。这种重叠是为了确保公共安全成员在任何时候都有无线电覆盖，没有空白。这种方法不同于蜂窝网络，当手机从一个站点“跳”到另一站点时，而不是监听多个站点。

为了使公共安全便携式无线电能够监听位于随机距离之外的多个站点，并且仍然正确地解码传入的传输，这些重叠信号的定时必须是稳定的、同步的和众所周知的。位于每个站点的GNSS接收机也用于为无线电系统操作的这一方面提供所需的时间。

考虑到上述情况，公共安全对源于GNSS的时间信号的依赖性显然非常高，如果时间标准漂移或在较长时间内变得不可用，系统将变得不稳定，并陷入关闭网站并降低覆盖率和容量的模式。这通常被称为“软失败”。在这种模式下，它会严重影响用户通信，进而保持公共安全和会员安全关键目标的能力。

为了防止软失败和退化/有限服务，该系统具有许多内置冗余和以备万一。 第一种方法是在网络上分布多个GNSS接收机，以提供地理冗余，并有助于减少单机组失败或局部干扰的影响。

第二种方法是让这些接收器配备铷标准，仍保持所需的同步的同时，允许它们在没有同步信号的情况下“自由运行”几天。

第三个是使全球导航卫星系统设备配备有跨越多个波段和星座的接收器，以防出现星座失败或问题。

过分依赖的例子

尽管有这些突发事件，全球导航卫星系统的中断和中断也可能发生，并在无线网络中造成局部甚至横跨无线网络的广泛中断。下面是几个例子，在多伦多公共安全服务经历了短期问题，幸亏没有对公共安全产生不利影响。

在2016一月的一个案例中，一个不正确的卫星代码上传到GPS星座。在时间标准中触发错误。有关更多详细信息，读“GPS故障造成的停电，对备份引起的争论”在<< 节点/ 4831 >。在许多的LMR系统中的GNSS接收机看到这是一个有效的错误，或时间标准中的错误，如果他们按特定的方式预先设定。

（工厂默认）他们会把自己关起来作为一种预防措施。

在这种情况下，许多系统的问题是，系统中的所有接收器都以相同的方式编程，因此系统中的所有GNSS接收器都将定时视为局部异常，并将它们自己离线——假设同一系统中的其他GNSS接收器将接管。我敢说，至少可以说，这个短期-恐慌随之而来的是非常令人不安的影响。

为了避免将来发生这种情况，对全球导航卫星这个短期系统接收器编程进行了更改，它们已被配置为忽略短期的时间异常，并尽可能长时间地依靠它们的内部铷标准来提供所需的同步。

“考虑到上述情况，公共安全对源于GNSS时间信号的依赖性显然非常高，如果时间标准漂移或在较长时间内变得不可用，系统将变得不稳定，并陷入关闭站并降低覆盖率和容量的模式。”

考虑到以上情况，公共安全对源于GNSS时间信号的依赖性显然非常高 – 如果时间标准漂移或在延长的时间段内变得不可用，则系统将变得不稳定，并进入关闭的模式 降低网站的覆盖范围和容量。 这通常被称为“软失败”。 在这种模式下，可能会严重影响用户通信，进而影响公众和会员安全的关键目标。

为了防止软失败和降级/在短期内工作，这当然是足够的，但是如果系统继续存在，系统最终会回到失败的软失败。

在另一个案例发生在2017年星期五时间6个小时（在东部时区从上午晚些时候到下午中结束），由于本地带内无线电干扰，本地GNSS接收机可用性受到干扰。幸运的是，这是很短的一段时间，像假日一样，系统流量很低，潜在的干扰和影响是名义上的。

对这一特殊事件的关注是，它非常接近系统中的一个至关重要的;节点，该节点是系统运行的关键，并影响了大量的全球导航卫星系统接收器，包括为公共安全服务的内部IT网络提供定时的接收器。如果它持续存在，如果找不到源，就会有一个应急计划，以“转移”到位于一定距离的冗余节点，这将能够提供所需的时间。

干扰的原因从来没有找到，出现6小时时它突然消失。

后来-从那时以来一直没有看到。它可能是一个众所周知的险恶的“GPS干扰机”，或者像一个流氓无执照的无线麦克风或无绳电话一样简单。我们对周围地区进行了调查，结果无济于事。

几个月前，一个类似的事件影响到主要的调度通道，它被追踪到一个更旧的廉价的电视天线放大器，该放大器在服务结束后被业主插上插头。该设备被房主自动移除。

总结与展望

总之，公共安全用户对全球导航卫星系统星座和定时的依赖及其所提供的时间正在增长，对基本操作变得越来越的批评是不再具有能力。

这种依赖性使我们必要对这些数据流和依赖它们的系统的健康状况进行警惕和监视。 GNSS数据流被打乱了很长一段时间这也促使发展战略，应该确保有冗余和后备方案。 这些策略中的一些可能包括使用多频GNSS接收机、GNSS接收机可以利用多个星座甚至来自陆地系统的替代时间信号。

说到全球导航卫星系统及其使用时，我会鼓励所有公共安全系统管理者调查潜在的脆弱性和进行风险评估。