2021版《美国天基定位、导航与授时政策》解读

2021-06-18刘春保武珺贾世宇北京空间科技信息研究所航天恒星科技有限公司

国际太空 2021年4期

刘春保武珺贾世宇（北京空间科技信息研究所航天恒星科技有限公司）

2021年1月15日，在卸任前5天，美国总统罗纳德·特朗普发布了《航天政策7号令》（SPD－7），即2021版《美国天基定位、导航与授时政策》（简称2021版《政策》）。该政策取代了2004版《美国天基定位、导航与授时政策》（简称2004版《政策》），将对美国天基定位、导航与授时（PNT）系统，国家PNT体系，以及PNT关键技术、能力等的发展产生重大影响。

1 发布背景

近年来，美国太空领域的变革加速，组织机构、管理机制、能力布局、国际合作等层面均有大动作和大调整。在全球卫星导航领域，多系统并存的格局全面形成，应用环境日渐复杂，市场竞争日趋激烈。总体上看：

（1）GPS现代化计划渐入佳境

近年来，“全球定位系统”（GPS）现代化计划逐渐摆脱了持续拖延的状态。2018年9月，美军将价值72亿美元、包含22颗GPS－3F卫星的研发合同授予了洛马公司（LM）；同年12月，首颗GPS－3卫星成功发射。截至2020年底，美国已经完成了4颗GPS－3卫星的发射，并全部投入运行与服务。GPS－3应急操作系统、M码早期使用能力均已投入使用。

（2）持续推进政策法规建设，构建PNT领域软环境

对天基高精度PNT服务依赖的持续增长，干扰技术与能力的扩散日趋严重，负责任地使用PNT服务的重要性不断增长，软环境建设势在必行。为此，美国持续推进政策法规建设。2018年12月，美国发布了《国家授时安全与抗毁性法案》；2020年2月，美国发布了《负责任地使用PNT服务增强国家弹性》行政令。

（3）多系统并存格局形成，天基PNT领域的独占优势被削弱

多系统共存格局的形成，打破了美国在天基PNT领域独占性优势。与2004版《政策》发布时相比，俄罗斯“格洛纳斯”（GLONASS）系统的全面恢复，的领先地位，系统发展与应用的主导地位，美国需要发布新的天基PNT领域的政策，以指导美国天基PNT领域的发展。

Galileo系统示意图

2 主要内容

中国“北斗”系统、欧洲“伽利略”（Galileo）系统、印度和日本区域卫星导航系统的投入运行，使美国在天基PNT领域的独占性优势已经不复存在。

（4）美国太空领域变革加速，组织/管理机制、能力布局、国际合作等层面均有大动作和大调整

在军事PNT领域，2019年美国国防部发布《国防部PNT战略》；“国防空间体系”（NDSA）七层架构提出了新的导航架构，以构建备份GPS系统能力，发展具有“颠覆性”与“可持续性”的能力。

（5）多系统并存格局下，国际合作需求变化

在多系统并存的格局下，卫星导航领域的国际合作不再限于外国使用GPS系统，而是增加了美国使用其他卫星导航系统，更重要的是其他国家天基PNT国际合作拥有了更大的选择范围。因而，如何更好地发挥美国天基PNT系统与服务、GPS系统与服务的作用，增强美国在国际政治、经济、军事与外交领域的地位，也成为美国政府面临的新课题。

为保持天基PNT领域的领导地位，包括技术上2021版《政策》分为9个章节，分别为：范围、定义、背景、政策目标与指导、天基PNT服务与管理、外国获得美国天基PNT服务、政府各机构的角色和职责、有害干扰或被操纵通告和一般规定。

范围、定义

与2004版《政策》相比，2021版《政策》“范围”一章没有变化，仍是给出了其适用范围。

“定义”一章则出现了明显变化，增加了4条术语，分别为PNT服务、主要PNT服务、备份PNT服务和导航战等，主要是受提供天基PNT服务的信息源增加和增强PNT服务的弹性需求的影响，如,可用性、可靠性、安全性等；增加导航战则表现出美国政府与军方对导航战技术、能力发展的高度重视。

范围和定义两节给出了2021版《政策》的适用范围与相关概念的定义，以更好地认知、理解本版《政策》，更好地实施与执行。

背景

本章主要阐述了2021版《政策》背景，也可看作是阐述需求的变化，包括：负责任地使用天基PNT、空间应用、外国天基PNT，以及美国天基PNT政策与管理框架等4个方面。

1）负责任地使用天基PNT。其一，GPS系统是美国关键基础设施的重要组成部分，一旦出现长时间的中断或被操纵，将导致严重的经济损失，甚至危及生命安全；其二，军事上，美国依然严重地依赖GPS系统及其提供的高精度PNT服务。

2）空间应用。GPS系统的空间应用将对《重振美国载人航天探索计划》和《国家空间交通管理政策》提供有效的支持，发挥重要的作用。因而要求将GPS系统的服务范围扩展到地球同步轨道以远，甚至包括月球轨道。

3）外国天基PNT。美国认为外国天基PNT系统与服务（如GLONASS、“北斗”“伽利略”等）的发展既可能增强、也可能削弱GPS系统的效能，应避免因引入外国天基PNT服务引发基本用户能力的退化，并促进和支持负责任地使用GPS系统。

4）美国天基PNT政策与管理框架。要求继续维持与改进GPS及其增强系统，增强阻止敌方获得、使用天基PNT威胁美国安全的能力；鼓励开发PNT服务和安全备份的方法，这些方法可以集成正在开发的新技术和服务，如，量子传感、相对导航，以及私人或公众拥有和运营的备份PNT服务。

主要从负责任地使用天基PNT、空间应用、外国天基PNT、美国天基PNT政策与管理框架等4个方面阐述了2021版《政策》的背景，更重要的是充分体现了天基PNT领域“美国优先”的原则。

政策目标与指导

本章首先明确了美国天基PNT的目标：保持美国在提供服务和负责任地使用全球导航卫星系统（包括GPS系统和外国系统）方面的领导地位。

GPS－3卫星飞行示意图（来源：Lockheed Martin）

为实现该目标，2021版《政策》提出了11条要求，总体上可以归纳为以下6个方面。

（1）服务承诺

1）在全球范围内，提供连续天基PNT服务，对直接用户免费，为研发、生产应用装备提供公开、免费的必要信息。

2）满足性能标准与接口规范的要求；维持GPS系统及其增强系统，保证美国关键基础设施的使用，增强生命安全服务能力和运行效率。

（2）负责任地使用PNT

1）促进负责任地使用天基PNT，阻止敌方恶意使用美国天基PNT服务，并在军事作战或国土安全行动区域外不过度地影响商业与民用PNT服务。

2）发展更强大的信号和更强的抗干扰及抗被操纵能力，保证美国、盟国的国家安全、国土安全和民用目标的实现。

3）提高天基PNT及其增强系统、应用装备的网络安全能力。

4）促进联邦、州和地方各级政府负责任地使用美国天基PNT服务和能力。

（3）频谱保护

强调保护GPS及其增强系统当前使用的频谱环境，并与美国业界合作，探索、研究增加GPS系统和PNT服务弹性的其他无线电频谱领域。

（4）国际合作

1）与“全球导航卫星系统”（GNSS）提供商合作，确保兼容性，增强互操作性与民用服务的透明度，为美国业界提供外国的市场准入。

2）鼓励外国发展基于GPS系统的PNT系统和服务，确保全部外国系统与GPS及其增强系统的兼容性，不干扰GPS系统军用和民用信号，确保解决相互之间的安全问题。

3）阻止敌方使用美国的天基PNT服务。

（5）干扰探测与备份

投资、发展美国国内的干扰探测、减轻（缓解）的技术与能力，增强应对干扰和被操纵的能力，酌情建立用于保证关键基础设施、资源的PNT备份源。

（6）美国天基PNT服务全球地位

增强美国在天基PNT服务领域的技术引领者地位，包括用户装备、安全与弹性发展领域。

本章中，除服务承诺、频谱保护等方面外，充分体现了特朗普政府“美国优先”的观点，在强调“保证美国利益”“以美国为核心”“阻止敌方使用”等方面的同时，提出通过增强美国在天基PNT系统、用户装备安全和弹性发展等领域技术引领者的地位，实现美国在天基PNT领域的领导地位。

天基PNT服务管理

2021版《政策》继承了美国原有的天基PNT管理架构，进一步丰富了美国天基PNT最高管理机构—天基PNT执行委员会的组成机构；总统执行办公室为天基PNT执行委员会的观察员；执行指导小组和天基PNT协调办公室为其下设机构，其中报告指导小组代表天基PNT执行委员会行使日常管理职责；天基PNT协调办公室为日常办事机构，即行使秘书处的职责。2021版《政策》进一步明确与细化了美国天基PNT执行委员会及其相关机构的职责，以及为美国政府相关部门提供天基PNT领域咨询、建议、评估支持的责任。

2021版《政策》明确指导小组代表执行委员会行使日常管理职责，有利于提升天基PNT执行委员会的工作效率。

外国获得美国天基PNT服务

本章做出了两方面的规定，其一是维持任何美国PNT能力的出口须根据《国际武器贸易条例》或《出口管理条例》进行，并遵循全部现有法律法规，采取出口许可制度；其二是在多系统并存的格局下，对在全球市场可获得或计划可获得的大多数民用、大众消费市场天基PNT能力的出口给予有利的考虑。但敏感的两用或先进PNT信息、系统、技术和组件的出口应根据现有法律法规，以及有关国家安全和外交政策目标与考虑因素，一案一议。

本章重申了美国对PNT能力出口的严格管理政策，表现出增强美国业界在全球GNSS市场竞争能力的愿望。

2021版《政策》再次定义、明确了政府相关部门在美国天基PNT管理中的角色与职责，各相关部门应为其负责的目标提供资源与资金。其中，国防部、运输部为最重要的责任部门。

1）国防部主要负责：GPS建设与发展、导航战技术与能力建设、GPS军事应用合作、在国土安全和应急响应等领域国家安全服务与装备的使用、搭载载荷与频谱保护及其其他无线电导航系统的兼容性。

2）运输部主要负责：满足美国政府的民用PNT需求、促进GPS及其增强系统现代化民用信号与服务的使用、天基PNT服务监测标准的国际协调、使用外国天基PNT服务风险和利益研判、国际合作与避免利用GPS民用服务威胁美国安全、推动天基PNT服务干扰的监测与评估等。

3）国务卿主要负责：天基PNT领域的国际合作，包括服务标准、双边与多边谈判、参与军事领域的国际合作谈判等。

4）国土安全部主要负责：国土安全领域的天基PNT需求，协调开展天基PNT服务重大干扰或操纵事件调查与采取强制措施，建立监视、识别、定位美国境内天基PNT干扰和操纵的机制，提供基于运输部战略和未来需求的资源配置建议等。

5）商务部主要负责：鼓励美国天基PNT产品与服务的出口、参与频谱保护、在各类活动中代表美国的商业利益、保护天基PNT服务、应用；支持民用航天应用，改善网络安全等。

6）国家情报局主要负责：识别、监视和评估外国GPS PNT体系和相关服务威胁的发展，并提供信息以协助国防部长制定对策。

7）国家航空航天局（NASA）主要负责：扩展GPS系统服务范围，空间领域的天基PNT应用，合作开展搜索救援、遇险警报，提供定位能力，以及二级有效载荷的相关程序与活动。

本章规定与明确了国防部、运输部在美国天基PNT系统管理、建设、运行与应用中负主要责任，特别是在满足军用、民用、商业与科学需求方面。

有害干扰或被操纵通告

本章规定与明确了美国政府应对有害干扰或被操纵的程序，可分为3个方面：

1）侦测或接收到有害干扰或被操纵报告时，及时报告国土安全部部长、国防部部长、运输部部长和国家情报局局长。

2）收到通知后，由商务部和联邦通信委员会（FCC）牵头，采取适当与法律允许的行动，以减轻美国境内天基PNT服务的有害干扰或被操纵的影响；国务卿负责涉及外国政府或商业活动的有害干扰或被操纵的通告与协调通告。

3）国土安全部负责干扰情况通报。

3 2021版《政策》的变化与调整

与2004版《政策》相比，2021版《政策》在整体架构方面存在较大变化。2004版《政策》由范围与定义、背景、目的与目标、天基PNT服务管理、外国接入美国天基PNT能力、政府机构的角色与职责等六部分组成；2021版《政策》除将范围与定义拆为2章外，还增加了有害中断或被操纵通告和一般规定等2章。除“一般规定”一章为当前美国总统政策指令的通用章节外，“有害中断或被操纵通告”为实际增加的章节，主要为应对卫星导航应用环境的变化和干扰技术与能力的扩散。2021版《政策》的主要变化与调整情况如下。

术语“定义”内容大幅增加，展现天基PNT服务与应用领域的变化

与2004版《政策》相比，2021版《政策》增加了“PNT服务”“主要PNT服务”“备份PNT服务”和“导航战”等4条术语；而2004版《政策》只有“互操作”“兼容”和“增强”等3条术语。

“PNT服务”“主要PNT服务”和“备份PNT服务”3条术语的增加，体现了当前全球PNT领域格局的变化与对PNT服务可用性、可靠性与稳健性要求的提高。2004版《政策》发布时，一方面，天基PNT领域仅有GPS系统提供服务，美国一家独大，没有竞争对手。目前，全球卫星导航领域多系统并存的格局已经形成，四大系统均已投入运行、服务，竞争的局面已经形成。另一方面，干扰技术的发展与扩散，对高精度卫星导航服务可用性、可靠性、稳健性的不断增加，以及对高精度卫星导航服务依赖的持续增长，对卫星导航备份系统或备份服务的需求日益迫切。

导航对抗已经成为未来军事对抗的重要内容，甚至影响到军事行动的成败。因此，“导航战”能力已经成为战争能力的重要方面之一，增强“导航战”能力也是美国GPS现代化计划的主要内容。2021版《政策》明确了“导航战”的定义，进一步体现了美国对“导航战”能力的高度重视。

首次将“领导地位”作为美国天基PNT领域的发展目标

美国一直高度重视天基PNT领域的发展，是其需要占据“领先、主导”地位的重要领域。2004版《政策》将目标设定为“引领与主导”地位；2021版《政策》直接将目标定义为“领导地位”，既体现了“美国优先”的原则，更表明了对天基PNT领域的高度重视。

从2021版《政策》来看，美国既高度重视美国天基PNT系统与能力的发展，也高度重视其他国家建设、部署基于美国GPS系统的PNT能力，将其视为增强美国影响力、促进美国卫星导航产业发展、展示美国领导力的重要方面。2021版《政策》将“领导地位”确定为美国天基PNT领域的发展目标，既表明了美国对天基PNT领域的高度重视，更表明了美国希望利用其在天基PNT领域的技术、能力优势扩展其影响力，推行“美国优先”原则的意愿。

强调负责任地使用PNT，构建PNT弹性保障关键基础设施运行安全

与2004版《政策》相比，2021版《政策》提出了“负责任地使用PNT”的全新内容，以补充《关键基础设施安全性和弹性》总统政策指令和《通过负责任地使用PNT服务增强国家弹性》总统行政命令的相关内容。2021版《政策》指出：GPS系统是美国关键基础设施的重要组成部分，GPS导航信号的长时间中断、被欺骗或被操纵，可能导致严重的经济损失，并置生命安全于危险之中。GPS系统对美国国家安全仍然至关重要，其应用几乎已经融入到美国军事行动的各个方面。

同时，天基PNT服务面临的干扰、被操纵等风险正在持续增长。这种风险主要包含两个方面，其一是主动的干扰、甚至攻击行为，一般只在特定的情况下发生；其二是不规范地使用产生的风险，既包含有意干扰，也包含无意干扰。“负责任地使用PNT”的目标是降低非规范使用引发的PNT服务风险。

当前，非规范使用PNT主要包括如下情况：①执法部门会依据对犯罪分子的跟踪、追踪要求，有意实施对GPS信号的干扰；②犯罪分子主动实施GPS干扰，以躲避执法部门的跟踪；③为逃避监管等实施的有意干扰；④因产品设计、质量、应用等方面的问题产生的无意干扰。上述行为都将对安全使用PNT服务的环境产生严重威胁，进而影响、威胁美国国家关键基础设施的安全、可靠与高效运行。因此，通过规范PNT服务的使用行为，有利于美国PNT服务的安全应用环境建设，进而保证美国关键基础设施安全、高效、稳定地运行。

首次提出扩展服务范围，满足美国空间交通管理与应用的需求

扩展服务范围、支持美国空间应用需求是2021版《政策》首次对美国天基PNT系统提出的新要求，并将相关职责赋予了NASA。美国政府认为，GPS系统服务已经成为空间发射服务不可或缺的组成部分，且其服务范围已经从GPS系统服务标准规定的距地面3000km，扩展至地球同步轨道以远、甚至月球轨道，以支持《重振美国载人航天探索计划》《国家空间交通管理政策》，以及卫星的导航、姿态控制、空间态势感知等任务。

但从实际情况看，2021版《政策》中所指的将服务范围扩展至地球同步轨道以远、甚至月球轨道，并非是将GPS系统服务性能标准中定义的服务范围（从地球表面至3000km高空）扩展至地球同步轨道以远、甚至月球轨道，而是指利用所谓“漏波束”。其重点是研发能够使用更加微弱的GPS信号接收设备，从而可以在更远的距离上使用GPS服务。美国政府将扩展服务范围的责任交给NASA，而不是负责GPS系统研发、部署与运行管理的美国国防部，也从侧面验证了这一点。

首次将网络安全问题写入2021版《政策》，保证卫星导航系统运行、管理与应用安全

与2004版《政策》相比，网络安全（赛博安全）是2021版《政策》提出的全新领域。2021版《政策》提出：提高GPS系统及其增强系统和美国政府拥有的GPS使能装备的网络安全，并通过系统升级、引入空间系统网络安全原则、接口规范和规定用户设备网络安全的其他指南，促进私营部门采用网络安全GPS系统使能装备；并要求商务部负责、协调“制定改善PNT装备网络安全的准则”。

美国军方高度重视网络安全，2010年、2013年美国空军和美国参谋长联席会议（JCS）分别发布了《赛博空间作战条令》（AFDD3－12）和《赛博空间作战条令》（JP3－12）。将赛博安全能力作为GPS新一代运行控制系统（OCX）的最重要的能力增量，并于2018年完成了两次OCX系统的赛博安全测试。2021版《政策》将网络安全的要求扩展至GPS增强系统和美国政府拥有的GPS使能装备，表现出美国政府对GPS及其增强系统和美国政府拥有的GPS使能装备网络安全的高度重视，同时也表明美国政府对天基PNT及其应用领域网络安全的担忧。