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为什么弹性PNT基础设施必须迫切需要全球经济增长

GNSS基础架构提供的位置,导航和时间(PNT)服务远远超出了我们手机的地图;它们融入了我们数字世界的结构。重要的是找到加强和扩展这一基础架构的方法。

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由Ashutosh潘德
由Ashutosh潘德

副总裁兼总经理|MBS在NextNav LLC

当美国海军于1960年推出了第一个导航卫星时,其目标是为战舰,导弹和其他军事资产提供新的导航选择。近60年后,第一个美国卫星进入轨道,来自俄罗斯,日本,欧盟,中国和印度的导航卫星一起包括被称为全球导航卫星系统(GNSS)的内容 - 世界经济的主要基石。

在地理空间社区之外的大多数人都知道首字母缩略词GPS,并对它所做的基本欣赏。然而,只有一些人只欣赏我们在日常生活中发挥作用的重要作用。GNSS基础架构提供的位置,导航和时间(PNT)服务远远超出了我们手机的地图;它们融入了我们数字世界的结构。很快,建筑物的“数字双胞胎”将形成明天智能城市的基础。

以时间为例。从蜂窝网络到电网,再到金融交易,GNSS都是所有事情精确同步时间的来源。由于这些系统开始依赖自动化进行日常操作,因此需要一个通用的定时源来编排复杂的流程并确保互操作性。所有这些系统中精确计时的影响,从手机上的时钟到自动驾驶汽车,无所不包。beplay官网下载app

GNSS的经济效益是惊人的,并且只会随着新技术和用例的开发而继续增长。最近的一次NIST / RTI研究据估计,从2007年(可以可靠计算的第一年)到2017年,全球定位系统技术在整个美国经济中的私人和公共利益价值为2180亿美元。全球定位系统对美国9个关键行业的总体经济影响估计为1.4万亿美元。一个类似的研究估计GNSS对英国经济的年度贡献为67亿英镑。

需要弹性PNT解决方案

虽然GNSS技术的巨大价值及其对世界经济的重要性当然值得庆祝,但我们对GNSS服务的日益依赖也应该让我们停下来。任何对GNSS可用性、可靠性、弹性和完整性的破坏都会削弱维持我们国家安全、商业运作和公共安全的关键基础设施。

2015年1月,只是昙花一现一秒的一千三百万分之一导致了全球定位系统服务的连锁中断。美国部分地区的警察、消防和EMS服务被中断。英国广播公司的数字广播服务中断了两天。电网的异常被最小化,只是因为短期的备用定时系统可用。

民用航空也依赖于GNSS。在这种情况下,未加密的GNSS信号对欺骗和干扰的脆弱性是一个重大挑战。轻微事件稳定的游行和靠近小姐在过去十年中,表明重大事故可能只是时间问题。GNSS停电的影响无人机航空也是关注的原因。

一个RTI国际的研究全球定位系统的经济影响估计,全球定位系统中断30天,每天的经济活动损失约10亿美元。除了对电力、电信和金融系统等关键基础设施的影响,对移动设备、汽车和自动驾驶系统的后续影响也将是巨大的。beplay官网下载appGPS服务的中断将对所有依赖这些服务的人产生直接影响,这些人的就业、商业以及与GPS服务的大众市场可用性相关的生活方式的改善。

美国政府开始通知对国家安全和世界经济的这种潜在威胁。在过去的五年中,几个政府机构报告了全国日益依赖于立场,航行和时机(PNT)能力,以便几乎每个美国人都需要理所当然地支持服务。

2020年2月,执行订单13095.为国家安全问题奠定了弹性PNT服务的第一款政策标记。订单任务,联邦机构创造了“确保关键基础设施可以承受对PNT服务的破坏或操纵”,并鼓励使用额外的PNT层来补充GNSS。

有许多不同的途径可以采取替代的PNT系统。在基本级别,其他国家使用的卫星定位系统(伽利略,Glonass,北斗等)提供冗余服务,以与GPS相同的方式运行。较小的定制建造的应急解决方案也经常用于特定行业。

地面PNT系统还提供明显的优势。由于它们不在外层空间,地面系​​统提供更强大的信号 - 这是在城市和室内地点定位的重要因素。陆地PNT还以较低的成本带来更高水平的韧性,允许满足特定区域需求的更多定制部署。

虽然GNSS技术的巨大价值及其对世界经济的重要性当然值得庆祝,但我们对GNSS服务的日益依赖也应该让我们停下来。任何对GNSS可用性、可靠性、弹性和完整性的破坏都会削弱维持我们国家安全、商业运作和公共安全的关键基础设施

弹性PNT的框架

一个有弹性的PNT系统会是什么样子?谁来建造它?(也许最重要的是)谁来为它买单?

2020年4月,美国国土安全部(DHS)发布了一个向国会报告这为联邦政府和私营行业制定了潜在的作用,在为PNT创建和运营应急层。关键基础架构中的位置和导航功能如此多样化,没有单个PNT系统,包括GPS,可以满足所有用户要求和应用程序。

报告显示,在关键基础设施中,位置和导航数据的使用是如此多样化,没有一个PNT系统(包括GPS)可以满足所有用户的需求和应用。因此,该报告建议采用一系列特定应用的PNT系统,而不是单一的替代方案。鉴于业务需求的多样性,国土安全部建议与行业所有者和经营者协调制定要求,并通过监管和财政激励措施鼓励采用。

国土安全部确定的16个关键基础设施。任何对GNSS可用性、可靠性、弹性和完整性的破坏都会削弱维持我们国家安全、商业运作和公共安全的关键基础设施。|由国土安全部

打造PNT的未来

如DHS报告和其他地方所述,没有单一技术可以考虑PNT服务地址的各种用例。终极解决方案需要多种技术协同工作,以补充和补充GPS。在此方向上工作的公司之一是NextNav,它正在部署陆地系统,两者都补充了现有的GNSS技术,并为广泛的行业用例提供了新功能。

该大都会信标系统(MBS)包括一个长期,低成本广播信标的网络,可在公司的920-928 MHz近乎全国许可频谱上传输GPS兼容信号 - 相当于“地面GPS”。MBS是一种基于标准的技术,支持由3生成和维护的规格理查德·道金斯Generation Partnership投影组织(3GPP)从第13版开始。

信标通常放置在单元塔和屋顶上,并部署和管理以提供具有多层可靠性的PNT服务。MBS系统在给定的地理区域中使用多个发射器进行系统级冗余,允许其独立于GPS操作的板载原子钟,并为电源备份进行电源备份,以确保停电期间的连续性。该系统还提供多种级别的网络安全保护。

MBS发射机广播的数据包括所有独立定时、测距和接收器定位所需的信息,包括时间、发射机的精确纬度、经度和高度。信标融合架构使用不同的时间和频率源,实现时钟源之间的无缝切换。

所有三个(定位,导航和时序)都与地图数据和其他信息(例如,例如,在现代导航系统中使用。|礼貌:史密森尼机构国家空中航空博物馆。

映射旅程

建立有弹性的PNT服务需要时间、协调努力和充足的资金。它还需要联邦政府和私营企业作出长期承诺,维护基础设施并提高其能力。

认识到这一挑战的范围只是一个漫长旅程的开始。然而,随着PNT对经济的重要性越来越大,为这些系统建立弹性的努力只会变得更加重要。