堅(jiān)韌性是GPS新考驗(yàn)的關(guān)鍵

         堅(jiān)韌性（或曰堅(jiān)強(qiáng)性）是相對(duì)于脆弱性而言的，這是一對(duì)意涵相反的詞組。在過去的一年間，在美國空軍的空間社區(qū)討論最多的主題一直是“堅(jiān)韌性”問題。這實(shí)際上意味著大家希望弄清楚什么是堅(jiān)韌性？美國空軍如何增強(qiáng)太空能力的堅(jiān)韌性？美國GPS董事局總裁史蒂文惠特尼上校，對(duì)于這些問題談了他們的想法。

        GPS董事局對(duì)于定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)的堅(jiān)韌性問題進(jìn)行了認(rèn)真和很長(zhǎng)時(shí)間的思考，可以很高興地報(bào)告說，在過去的一年里已經(jīng)取得了重大進(jìn)展，業(yè)已將新一代PNT技術(shù)接近變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。更重要的是，給空間、地面和用戶設(shè)備研發(fā)投資者帶來了實(shí)實(shí)在在的好處，也為全世界提供了更具堅(jiān)韌性的PNT服務(wù)。同時(shí)還破解了提供現(xiàn)代化的軍民兩用GPS信號(hào)的關(guān)鍵難題。著眼于更遠(yuǎn)的將來，美國空軍已經(jīng)在探索潛在的新技術(shù)，并有能力進(jìn)一步推進(jìn)GPS產(chǎn)業(yè)的魯棒性，其愿景是希望GPS永遠(yuǎn)保持在全球PNT領(lǐng)域中的“黃金標(biāo)準(zhǔn)”地位。

        堅(jiān)韌性從信號(hào)開始。現(xiàn)代化的GPS信號(hào)將會(huì)是堅(jiān)韌PNT整體解決方案第一難題。GNSS業(yè)界早就預(yù)料并盼望多GNSS時(shí)代的到來。GPS董事局已經(jīng)利用新的L1C信號(hào)設(shè)計(jì)來應(yīng)對(duì)接受了這一未來，并且會(huì)通過GNSS的兼容互操作開展全面合作。這一新的信號(hào)設(shè)計(jì)將大大改善在城市和其他挑戰(zhàn)性環(huán)境下的GPS信號(hào)接收性能。另一個(gè)重要的GPS信號(hào)是由GPS IIF衛(wèi)星開始引入的L5信號(hào)，它是專門設(shè)計(jì)為了滿足生命安全的交通運(yùn)輸和其它高性能應(yīng)用的苛刻要求。該信號(hào)廣播所在的無線電頻段，是專門為航空安全服務(wù)保留的，以確保它具有最佳的頻譜保護(hù)。以上所說的這兩個(gè)新增信號(hào)在一起，能夠更大地改進(jìn)全球民用用戶的PNT堅(jiān)韌性。改進(jìn)堅(jiān)韌性的其他措施已經(jīng)集成到現(xiàn)有信號(hào)之中并加以實(shí)施。例如，L2C信號(hào)，在雙頻接收機(jī)將它與L1 C / A結(jié)合在一起，從而啟用電離層誤差修正，以改善定位和授時(shí)精度。對(duì)于軍用，GPS董事局一直專注于引入軍碼（M碼）進(jìn)行運(yùn)作。該M碼信號(hào)性能特性具有先進(jìn)的防干擾堵塞、防電子欺騙和加密功能，將為美國及其盟友提供確保堅(jiān)韌性和可靠性的PNT解決方案。為推出這一可操作的M碼能力，實(shí)際上涉及到GPS系統(tǒng)和產(chǎn)業(yè)的各個(gè)細(xì)分部分，會(huì)影響到未來的很長(zhǎng)時(shí)間，2017年GPS董事局終于在這方面取得了重大進(jìn)展。

        空間星座段的堅(jiān)韌性。GPS空間段下一步將邁向更有堅(jiān)韌性的PNT整體架構(gòu)。GPS星座保持其魯棒性和健康狀態(tài)（有的衛(wèi)星業(yè)已老化，但是仍然健康），擁有31顆可用衛(wèi)星提供全球覆蓋服務(wù)。GPSIII衛(wèi)星將帶來額外的魯棒性，與前幾代衛(wèi)星相比增加的功率和精度。2018年將發(fā)射第一顆GPS III衛(wèi)星，標(biāo)志著GPS空間段向前邁進(jìn)了一大步。同樣重要的是，其余十顆衛(wèi)星的生產(chǎn)也正在全面展開中。最為重要的是GPS IIIF的提出，它是GPSIII進(jìn)一步走向未來的后續(xù)計(jì)劃。GPS董事局正在做這方面的準(zhǔn)備部署工作。美國空軍將增加新的堅(jiān)韌性功能作為重要考慮要素，建議通過加入可編程數(shù)字有效載荷增強(qiáng)信號(hào)的靈活性，通過利用區(qū)域的軍用保護(hù)能力增強(qiáng)抗干擾和防攻擊性能支持。在未來幾年間，隨著后續(xù)的GPSIII衛(wèi)星加入星座，和L1C，L2C，L5和M碼信號(hào)互補(bǔ)充操作，將會(huì)給GNSS帶來革命性的變革。

        地面運(yùn)控段的堅(jiān)韌性。GPS運(yùn)控段的堅(jiān)韌性與衛(wèi)星星座同樣重要，運(yùn)控段也是GPS系統(tǒng)的整體堅(jiān)韌性不可或缺的組成部分。提高網(wǎng)絡(luò)安全和保證真實(shí)可信度不可能等到新一代的運(yùn)控系統(tǒng)（OCX）的交付使用。為此目的，GPS董事局的重點(diǎn)落在高效益地更新現(xiàn)有的操作系統(tǒng)。例如，通過監(jiān)視臺(tái)站技術(shù)改進(jìn)和能力（MSTIC）接收機(jī)計(jì)劃項(xiàng)目，采購并部署基于軟件的GPS監(jiān)視臺(tái)接收機(jī)，取代現(xiàn)有的趨于老齡化的監(jiān)測(cè)臺(tái)站接收機(jī)。MSTIC接收機(jī)設(shè)計(jì)將方便添加更多的功能，如M碼信號(hào)監(jiān)測(cè)，甚至還有民用的L1C、L2C和L5信號(hào)監(jiān)控。GPS董事局還部署了新的網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)控套件，以提高網(wǎng)絡(luò)安全防御能力。這個(gè)新套件目前正運(yùn)行在GPS 主控站（MCS）上。除了改善網(wǎng)絡(luò)保護(hù)，美國空軍也走出了幾個(gè)OCX 跳躍步，以支持發(fā)射和GPS III衛(wèi)星的操作，并進(jìn)一步降低了OCX延遲帶來的風(fēng)險(xiǎn)。應(yīng)急行動(dòng)（COPS）程序修改了現(xiàn)有的運(yùn)控系統(tǒng)（OCS），允許第一個(gè)GPS III衛(wèi)星加入運(yùn)作星座?？哲娨舶l(fā)起了一個(gè)同伴程序，進(jìn)一步更新OCS提供有限的M碼操作，實(shí)現(xiàn)M碼早期使用（MCEU）。以上兩個(gè)程序一起，可提供一系列關(guān)鍵性臨時(shí)措施，實(shí)現(xiàn)具有更強(qiáng)堅(jiān)韌性的星座。OCX程序提供最終的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)和GPS系統(tǒng)所需的確保性。在今年程序重新認(rèn)證后事實(shí)表明，該方案重點(diǎn)已經(jīng)集中在改進(jìn)的軟件系統(tǒng)工程，并擁抱軟件行業(yè)最好的實(shí)踐，如采用開發(fā)操作（DevOps）和更大的軟件自動(dòng)化。該程序甚至還利用亞馬遜網(wǎng)絡(luò)服務(wù)（Web Services）的政府云（Gov't Cloud）功能，提供更加快速的研發(fā)和測(cè)試環(huán)境。雖然程序還有很長(zhǎng)的路要走，政府和總承包商（雷神公司）都致力于確保交付一個(gè)強(qiáng)大和安全的地面基礎(chǔ)設(shè)施。

        用戶設(shè)備段的堅(jiān)韌性。這是堅(jiān)韌性最后一個(gè)難題，主要還是對(duì)于軍事用戶設(shè)備而言。GPS董事局在推進(jìn)第一批現(xiàn)代化接收機(jī)板卡方面做了巨大努力，旨在服務(wù)于軍用GPS用戶設(shè)備（MGUE）增量-1計(jì)劃。這些高級(jí)板卡將啟用跨美國國防部融合平臺(tái)，利用新的M碼信號(hào)，在強(qiáng)化抗干擾和防欺騙能力方面提供了巨大的推動(dòng)力。它們也將提供最新的密碼學(xué)技術(shù)以確保美國及其盟友安全和魯棒性保護(hù)。同時(shí)在進(jìn)行的還有，美國國防部正在評(píng)估MGUE增量-2計(jì)劃的額外能力和平臺(tái)形式。目前設(shè)想解決精確制導(dǎo)彈藥、空間接收機(jī)和現(xiàn)代化的手持設(shè)備單元，增量-2方案將正在制定明年的一項(xiàng)采購計(jì)劃，要進(jìn)一步推動(dòng)M碼信號(hào)在整個(gè)軍事部門與系統(tǒng)中的應(yīng)用。對(duì)用戶設(shè)備未來的考慮是，探索多GNSS信號(hào)處理方法。至今沒有做出決定，GNSS可以提供機(jī)會(huì)甚至額外的堅(jiān)韌性。

        堅(jiān)韌性研究結(jié)論。對(duì)GPS事業(yè)來說，目前是個(gè)激動(dòng)人心的時(shí)刻。我們站在新一代能力發(fā)展的風(fēng)口浪尖上，將迎來PNT堅(jiān)韌性和魯棒性大大增加的發(fā)展期。在世界各地召開的許多GNSS和PNT會(huì)議上，人們會(huì)驚訝地發(fā)現(xiàn)科研工作質(zhì)量有明顯的提升，既興奮又謙卑地看到GNSS業(yè)界，以不斷創(chuàng)新的方式提高精度、完好性、可用性和連續(xù)性性能。同樣，人們?cè)诔兄Z并找到新的、創(chuàng)新的方法，提供具有魯棒性和堅(jiān)韌性PNT服務(wù)全球應(yīng)用。