《美国防定位导航授时(PNT)控制报告》

背景与方法

2019年12月6日，美国防部研究与工程副部长(USD(R&E))授权国防科学委员会(DSB)开展定位导航授时(PNT)控制未来研究。自2005年DSB"全球定位系统(GPS)未来"专责组研究以来，技术发展与地缘政治演变已扩大过度依赖GPS的风险谱系，并为通过其他手段获取提供PNT创造新机遇。研究大纲（附录A）核心问题涵盖：现行GPS系统韧性、商用系统使用收益风险、替代性PNT范式潜力。专责组由公私部门专家、联邦资助研发中心、国家实验室及国防部相关方组成，通过技术简报审阅发展中的技术、项目延误、采办政策及信息管理传播障碍。

GPS作为黄金标准

GPS是美国防部1970年代开发的太空基军民两用PNT系统，现由跨部门机制管理。其太空段、控制段与用户段以不同步调更新现代化，成效各异。高精度定位授时信息分发对全球金融、电信、商业航空、自动驾驶乃至地震前兆监测等特殊应用具重大价值。其对美国经济贡献估值1.4万亿美元，在替代性全球导航卫星系统(GNSS)发展背景下仍是全球经济关键驱动力。在国家安全领域，国防部队结构与现代作战方式依赖高精度定位。低成本GPS接收芯片使其可嵌入众多军事系统，保持军事PNT黄金标准地位。

研究领域概览

专责组评估五大领域：
• GPS强化
• 替代卫星导航(SATNAV)
• 替代定位导航
• 国防任务精密授时
• 作战导航战

GPS强化研究

因精确性对现代作战至关重要，国防部多年致力保障同级别冲突中GPS可用性。2005年DSB专责组曾评估系统脆弱性并提出改进建议，特别指出：

需改进措施但实施不足
军事信号与装备升级严重延误
提升抗干扰裕度对未来作战至关重要
抗干扰方案明确（增强卫星功率/改进用户设备）但实施滞后

本次专责组呼吁采用颠覆商业航天实践的大胆行动：采办新型分布式低成本点波束卫星（称"GPS轻型IIIF卫星"）部署中地球轨道。此举将使GPS星座规模实质性扩展，快速提供急需能力，并为新技术集成预留接口。军用GPS用户设备(MGUE)项目因多重原因（报告详述）遭遇挫折，需同步解决以达预期效果。

替代卫星导航研究

相较2005年，PNT领域已超越GPS范畴：欧"伽利略"、俄"格洛纳斯"、中"北斗"等GNSS投入运行；日印亦部署区域系统。商用接收机可处理GPS与多GNSS信号组合。低轨星座（如铱星/星链）已展示导航能力，商业实践催生廉价卫星。SpaceX通过可复用火箭高频发射显著降低入轨成本。低成本原子钟及地基授时传输更增加精密授时分发选项。

替代定位导航研究

卫星导航失效时需多传感器获取定位导航数据，但最优组合亦难单独维持GPS级精度。其核心是在尺寸重量功耗成本(SWaP-C)约束下最高精度惯性导航系统(INS)。然无论成本多高，INS无法无限维持高精度定位——陀螺仪与加速度计误差随时间累积导致不确定性增长。故需辅助传感器通过算法融合INS数据。专责组识别两项技术成熟的INS产品机遇：