2018年FrankLoBiondo海岸警卫队授权法案（P.L.115-282；2018年12月4日）包括514节“备份国家授时系统”，又称《2018年国家授时弹性和安全法案》。该法案要求交通部长在两年内开发、建造和运行一个陆基备用授时系统，其运行寿命为20年，但须视拨款情况而定。

虽然不是一个实施计划，但本报告描述了实现这一目标的路线图，利用交通部（DOT）、国防部（DOD）和国土安全部（DHS）几年来开展的联合技术工作，以及最近针对2017财年和2018财年国防授权法案（NDAA）的要求开展的工作。2017财年NDAA第1618节（P.L.114-328；2016年12月23日）要求国防部、国土安全部和交通部“开展一项研究，评估和确定技术中立的要求，以备份和补充全球定位系统用于国家安全和关键基础设施的定位、导航和授时能力”，并对替代方案进行分析，以确定技术的“最佳组合”。

2018财年NDAA第1606节（P.L.115-91；2017年12月12日）指示国防部、交通部和国土安全部部长“联合制定一项实施GPS备份能力演示的计划……根据2017财年NDAA第1618条进行的研究结果。

P.L.115-282的目标是减少对全球定位系统的严重依赖，并提供对全球定位系统的补充；并确保提供无损和不退化的授时信号，特别是用于国家安全和关键基础设施的授时信号。《国家授时弹性和安全法案》要求“在2018年《国家授时弹性和安全法案》颁布之日起180天内，交通部长应向参议院商业、科学和交通委员会以及众议院交通和基础设施委员会提交一份报告，阐述以下内容：

（A）系统的开发、构造和运行的计划。

（B）描述和评估一个系统的优点，为全球定位系统的定时部分提供后续的补充和备份定位和导航能力。”

• 2019年3月至4月，DOT领导的行业圆桌会议

• 2019年5月，全球定位系统备份/补充PNT演示信息需求书（RFI）

• 2020年4月，2017财年NDAA向国会提交的关于技术中立需求

• 2019年4月-11月，演示计划和PNT用例场景

• 2019年9月，DOT/OST-R/Volpe中心发布了一份题为“备份全球定位系统（GPS）技术咨询服务----技术演示”的询价单。

• 2019年10月，经评估的技术示范提案和授予的合同

• 2019年10月至2020年2月，与PNT技术供应商建立伙伴关系，并为供应商参与全球定位系统备份/补充PNT演示做好准备

• 2020年3月，进行全球定位系统备份/补充PNT演示

• 2020年4月-7月，论证结果分析

• 2020年8月，国家天基PNT执行委员会简报会

• 2021年1月，向国会提交18财年NDAA补充PNT和GPS备份技术演示报告

• 2021年1月后，执行方案根据天基PNT执行委员会的决定

• 目前要确切知道如何促进/支持关键基础设施的所有者/经营者采用技术还为时尚早。

DOT是天基PNT国家执行委员会的共同主席和成员，该委员会是美国关键基础设施（CI）服务的提供者和使用者，并根据2004年《国家安全总统指令》（NSPD）-39，作为联邦政府中PNT的牵头民事机构。在这些方面，DOT既了解全球定位系统的巨大好处，也了解其脆弱性。DOT有兴趣推动关键基础设施的所有者和运营商采用目前可用的PNT服务技术，以确保PNT的弹性。

2018年FrankLoBiondo海岸警卫队授权法案（P.L.115-282）包括514节，“备份国家授时系统”，又称《2018年国家授时弹性和安全法案》。该法案要求，“在获得拨款的情况下，交通部长应规定在两年内建立、维持和运行一个陆基的、弹性的和可靠的替代授时系统”，其名义上的运行寿命为20年；以及其他详细要求。

数年来，DOT一直与国防部（DOD）和国土安全部（DHS）合作开展GPS备份/补充PNT活动，最近是为了响应2017财年（P.L.114-328，第1618节）和2018财年（P.L.115-91，第1606节）的《国防授权法案》（NDAA）的要求。

为了澄清GPS备份能力在精度、可用性、覆盖范围等方面提供相同或较低的性能，而补充PNT能力可以提供GPS性能有限的环境中的性能（例如，室内、地下等）。

P.L.115-282的目标是为了减少对全球定位系统关键依赖，并提供对全球定位系统的补充；确保提供无损和不退化的授时信号，特别是用于国家安全和关键基础设施的授时信号。具体行动在国家时间弹性和安全法案LoBiondo立法中要求交通部长在180天内编制一份开发、建设和运行GPS备份系统的计划，并提交一份实施计划，将该计划提交给参议院的商业、科学和技术委员会以及众议院的交通和基础设施委员会。

本报告利用2017财年和2018财年机构间NDAA的工作努力，描述了为实现这一目标的路线图。

本节概述了执行《国家授时弹性和安全法案路线图》要求的关键要素。

按照《国家授时弹性和安全法案路线图》（P.L.115-282）的要求评估实施全球定位系统备份/补充PNT能力的考虑因素时，DOT的重点是纳入外部利益攸关方关于处于高度技术准备状态的PNT技术投入，以及在全球定位系统中断时能够满足用户需求。

为了从开始获取这一信息，DOT在2019年初举行了两次行业圆桌讨论会，听取了DOT主导的演示项目一部分考虑的技术选项的投入，以及确定可能用在最终用户设备中的有保证的弹性PNT技术。

3.1.1 PNT技术供应商圆桌会议

DOT于2019年3月20日举办了一次行业圆桌会议，来自多家PNT技术供应商的首席执行官和首席技术官可能对演示GPS备份和/或补充PNT技术感兴趣。代表天基和地面技术的13个供应商参加了行业圆桌会议。

本次技术供应商圆桌会议的要点：

• PNT技术的生态系统存在；在GPS服务降级或拒止情况下，没有一个单一的系统能够满足所有的用户应用需求。

• 有效部署全球定位系统备份/补充PNT技术需要射频频谱（免受干扰）。

• 商业PNT系统是可用的，可被部署以满足特定的需求/应用。

• GPS依赖性是考虑成本、可靠性和效率影响的的设计选择的副产品。这些是实施GPS备份/补充PNT技术的关键考虑因素。

• GPS备用/补充PNT终端用户设备的尺寸、重量和功率以及该设备的可用性/成本将是用户采用的关键因素。

• 工业部门支持DOT进行全球定位系统备份/补充PNT技术的演示，包括工业部门参与演示。

• 建议对DOT结果的分析应以PNT服务的分层水平为基础。

3.1.2无线行业圆桌会议

DOT于2019年4月8日主办了第二次工业部门的圆桌会议，来自代表无线行业的8家公司的成员参加了会议，以了解网络部署和终端用户设备采用GPS备份/互补PNT技术的考虑因素。

本次无线行业圆桌会议的要点：

• 现代通信网络需要精确的时间和频率标准才能有效地运行，而全球定位系统是最常用的精确频率控制和绝对时间分配源。

• +/-1.5微秒是当前时间保持的基线。5G将把极限推进到100纳秒。

• 无线网络提供商意识到全球定位系统的漏洞，并支持通信安全、可靠性和互操作性理事会（CSRIC）第五工作组第四分组B关于“网络授时单源风险降低最终报告”（2016年12月）的结论和建议。

• 现有的和新兴的技术可以满足商业授时要求，但要付出一定的代价，并有其自身的一系列限制和风险，这取决于全球定位系统中断的时间。

• 使用本地保持能力可以减轻短期中断。

• 没有明确的迹象表明网络提供商愿意为GPS备份授时能力支付费用。

2018财政年国防授权法案第1606节（P.L.115-91）指示国防部长、运输部长和国土安全部部长联合制定一项计划，以实施备份GPS能力和补充PNT演示，并授权1000万美元进行演示，该金额在2018财年综合拨款（2018年合并批款法案；2018年3月23日P.L.115-141）中。

此外，2018财年NDAA第1606节规定，制定和执行该计划的成本应与《国家安全总统指令第39号》中“天基定位、导航和授时政策”规定的责任相一致。“GPS备份能力演示”是指对用于国家安全和关键基础设施的全球定位系统的定位、导航和授时能力进行备份和补充的能力进行概念验证演示。

DOT于2020年3月对技术就绪等级（TRL）为6或更高的技术进行了实地演示，这些技术能够在全球定位系统中断的情况下为关键基础设施提供备用定位、导航和/或授时服务。演示包括能够通过扩大PNT能力或将其扩展到没有全球定位系统或退化的环境来为全球定位系统提供补充PNT功能的技术。

根据两次行业圆桌会议的反馈意见，DOT制定了一份信息需求书（RFI），以征求PNT技术供应商对参与演示的兴趣程度和更多信息。DOT与国土安全部和国防部合作制定了RFI，其中要求DOT提供信息，用于制定一项计划，演示能够作为全球定位系统的备份和/或补充的候选技术，以确保为美国关键基础设施（CI）行动提供有弹性的PNT服务。RFI要求有意参与的供应商提供关于其拟议技术的信息，并至少包括：

1.说明技术和CI应用程序，包括系统固有的网络安全和其他安全措施，并说明技术是只用于授时、只用于地点，还是同时用于计时和地点。

2.确定建议技术的TRL。

3.确定供应商是否愿意通过在演示的准备和执行阶段提供材料（硬件和用户设备（如果适用））、工程（技术部署、配置和数据收集支持）和后勤支持来参与演示。

4.确定这种支助是否取决于提供资金的政府。

5.提供关于在DOT提供的演示现场部署供应商技术所需的基础设施（如电源、网络等）的信息。

6.确定参与的任何限制因素，如筹备时间、演示时间表、资金、基础设施（暖通空调、电力、掩体和设备空间等）。

7.根据峰值有效各向同性辐射功率（EIRP）识别射频波段和发射功率电平。根据选定的演示地点，在规划阶段需要这样做。

8.如果适用，确定技术当前部署和使用的位置。提供部署的地点、日期，以及部署是否可供检查。

RFI于2019年5月3日发出，应于2019年6月3日作出答复。[2]截止日期前收到了21份对RFI的答复（见表1）。这些答复证实，有大量不同的候选技术可以参与全球定位系统后备/补充PNT能力的演示。

表1 关于GPS备份/补充PNT的DOTRFI受访者

Volpe中心通过竞争性采购流程，选定了11种候选技术，用于在没有全球定位系统的情况下演示定位和/或定时功能：

• 2家供应商展示了低地球轨道卫星PNT技术，一个在L波段，一个在S波段

• 2家供应商展示了基于白兔精确时间协议（PTP）技术的光纤定时系统

• 1家供应商展示了本地化数据库地图匹配数据库、惯性测量单元（IMU）和超宽带（UWB）技术

• 六家供应商展示了跨低频（LF）、中频（MF）、超高频（UHF）和WiFI/802.11频谱波段的地面RFPNT技术

其中5项技术在科德角联合基地（JBCC）进行了演示，6项在NASA兰利研究中心（LaRC）进行了演示。这个演示是一个基于场景的实现，由一系列场景组成，这些场景基于各种操作条件下的关键基础设施案例建模。

授时方案的目的是评估参与的供应商系统到静态位置的时间传输能力。这些场景评估了4个被认为与交通、通信和其他基础设施应用相关的属性，这些应用需要与全球定位系统或协调世界时（UTC）时间标准溯源：

1.覆盖范围（仅适用于无线时间传输服务）；适当区域内的服务可用性和一致性

2.在适当区域内的精度和稳定性

3.时间传输到固定位置的长期精度和稳定性

4. GPS信号条件下固定位置的时间传递可用性和精度

基于这4个属性，开发了5种授时方案来评估供应商系统：72小时工作台静态授时、静态室外授时、静态室内授时、静态地下室授时和增强罗兰参考站偏移。

定位方案的目的是举例说明与多式联运和其他关键基础设施应用相关的以下5个定位系统属性：

1.覆盖范围：定义区域内的服务可用性

2.二维（2D）和三维（3D）动态定位：在恒定和变化的动态变量（例如，正常和GPS信号受到威胁情况下的线/角速度和加速度）下的服务可用性和精度

3.静态定位：服务可用性和准确性

4.静态定位：正常情况下的长期服务可用性和准确性

5.静态定位：GPS信号条件下的长期服务可用性和精度

基于这5个属性开发了4种定位场景来评估供应商系统：带支架的动态室外定位、3D定位、静态室外定位和静态室内定位。

更多信息在《18财年NDAA向国会提交的补充PNT和GPS备份技术报告》中。

本报告利用2017财年和2018财年NDAA工作中正在进行的机构间技术工作，为DOT提供了实现《国家授时弹性和安全法》目标的路线图。

DOT作为天基PNT国家执行委员会的共同主席和成员，美国关键基础设施（CI）服务的提供者和使用者，以及联邦政府PNT的主要民事机构，非常了解全球定位系统的巨大优势，也了解其脆弱性。DOT致力于促进关键基础设施的所有者和运营商采用现有的PNT服务技术，以确保PNT的弹性。