不只是GPS，美军为何特别重视导航战？

　　融入人民生活，推动文明进步

　　——谈“航天+”的理念与实践设想

　　2015年3月，《卫星与网络》杂志在腾讯、搜狐、新浪、和讯等100多家网站与相关媒体重磅推出了“航天+”理念及系列专题共6篇深度阐述文章，并于2015年6月和7月分两次，刊发于《卫星与网络》杂志。为了持续不断地推广航天+的理念与实践设想，《卫星与网络》公众号自2015年起，持续多次将这些深度文章推送给各位读者，链接如下，期待交流：

　　来源 | 高端装备产业研究中心（chinaequip）

　　作者 | 太阳谷

　　在信息化条件下，现代战争对导航的需求与日俱增，卫星导航系统作为重要的战场传感器，已经成为不可或缺的重要组成部分。围绕卫星导航系统的攻防博弈，美国首先提出导航战概念，随后俄罗斯、欧洲各国、日本、印度等同样开始为导航战蓄力，导航领域逐渐成为军事竞争的战略要地。

　　导航战的概念是阻止敌方使用卫星导航信息，保证己方和盟友部队可以有效地利用卫星导航信息，同时不影响战区以外区域和平利用卫星导航信息。自导航功能实现以来就在军事作战中有着极其重要的应用，在海湾战争及以后的局部战争中，卫星导航系统是实现精确打击的重要依托手段，已成为海陆空天武器系统以及构造全数字化战场的关键技术。

　　GPS卫星星座

　　导航系统在作战应用中具备提供精确导航能力、提供高精度测量信息、提供精确授时基准等功能。具体而言，导航系统提供了一套统一的、通用的时间坐标基准，为部队之间准确协同提供条件。借助于卫星导航系统，部队和装备能够实时获取高精度的位置、速度、姿态以及时间信息，使得陆军集群作战、海军编队航行、空军编队飞行、卫星编队探测等行动变得更加容易实现。

　　GPS进行导航

　　由于导航系统在作战应用中的作用愈加重要，导航战极有可能成为决定战争胜利的关键因素。总体而言，导航战可划分为进攻性导航战和防御性导航战两大技术门类。进攻性导航战技术主要是指采取主动性手段，干扰、破坏甚至摧毁敌方导航系统和设施，从而破坏敌方对于现代导航定位服务的获取能力，从根本上降低敌方作战效能。进攻性导航战技术主要包括三大类基本手段：

　　防御性导航战技术主要是指采取被动性手段，有效的抵抗、化解相关破坏与干扰，同样针对的是空间部分、地面运控部分、用户部分。在具体方式上有优化星座设计，提高整体弹性；通过电磁或激光加固技术提高导航卫星防护特性，通过星间链路等技术提高自主运行能力；对导航地面运控部分进行冗余配置；对终端导航提高抗干扰能力等。

　　美国最早提出导航战概念，也是在军事大国中发展最为完善的。美国的全球定位系统（GPS）仍是世界上功能最强悍的导航系统，且在GPS现代化过程中GPSⅢ 卫星加强依托GPS开展导航战的能力，为用户提供更高的定位精度、更强的抗干扰能力、更高的抗毁和顽存能力。与现有GPS卫星相比，GPSⅢ 系列卫星具备更高的发射功率、更高的定位精度、更丰富的服务能力、军用码点波束能力、搭载星间通信载荷等特性。

　　GPS现代化

　　在发展GPS系统以外，美国也发展过有抗干扰优势的地面导航系统，如奥米加导航系统、罗兰（LORAN）导航系统、塔康导航系统。奥米加导航系统是美国在20世纪60～70年代研制的远程陆基无线电导航系统，是以地面为基准、工作在10～14千赫频段的无线电双曲线导航系统，已于1997年关闭。罗兰（LORAN）导航系统是一种远程双曲线无线电导航系统，作用距离可达2000公里，工作频率为100千赫兹，是陆、海、空通用的一种导航定位系统。在2018年，美国开始部署“增强罗兰”，并将其作为GPS的备份系统使用。

　　世界各地的LORAN岸基站分布点

　　塔康（TACAN，Tactical/Air Navigation）是一个应用于岸上和海上军事服务的战术空中导航系统，并且它还是VOR/DME对应的军用部分。一个塔康系统的模型由9个状态组成，3个位置、3个速度和3个加速度。一般数字式塔康系统可达到绝对距离精度185m，方位精度1.0°，频率范围为962～1213MHz，其输出与惯性导航（INS）、区域导航（R-NAV）和自动导航系统（ANS）是兼容的。

　　为取得导航战的胜利，美国还着力发展了可以摧毁敌方导航系统的定向能反导航卫星项目和动能反导航卫星项目等。定向能反卫星武器包括激光反卫星、微波反卫星和粒子束反卫星武器，其中YAL-1A激光武器飞机主要用于反导防御，不过鉴于反导与反卫星极其相似，其反导原理流程可类比于反卫星作战。而天基微波武器和粒子束武器由于技术尚未达到成熟应用程度，目前还在研发当中。

　　反卫星示意图

　　在动能反卫星方面，美国发展了战斗机反卫星系统、反弹道导弹反卫星、反卫星卫星、在轨操作反卫星等方式。不过鉴于GPS卫星的运行轨道，可能有效产生影响的方式是反卫星卫星与在轨操作反卫星。美国已经进行了XSS-10、XSS-11及以其为基础的ANGELS卫星的试验验证，试验结果表明该类型卫星具备轨道机动能力，能够对目标进行机动靠近，在必要时运用于反卫星作战。此外美国开展了多项在轨操作项目，如凤凰计划、蜻蜓计划、地球静止轨道机器人项目等，通过验证在轨装配操作等技术，可在未来转化为对敌方卫星操作攻击的能力。

　　XSS-11卫星示意图

　　此外，美国为防止敌方切断GPS型号，在近几年发展了一系列GPS受限条件下导航项目，具体包括定位、导航与授时微技术（Micro-PNT），自适应导航系统（ANS），对抗环境下的空间、时间和方位信息（STOIC），远程反舰导弹（LRASM）和拒止环境协同作战（CODE）。Micro-PNT旨在发展芯片级的IMU技术取代传统的导航、定位与授时手段，降低授时与惯性测量装置的尺寸、质量和功耗。相关技术将可在多种作战环境中应用，包括单兵导航和导弹、无人机、无人潜航器等各种武器平台的导航制导和控制，解决在GPS受限条件下的定位、导航与授时问题。

　　定位、导航与授时微技术（Micro-PNT）

　　ANS项目旨在实现一个以惯性系统和精确时钟为核心的导航系统，按环境、需求和任务要求的不同，接入（或移除）、灵活地配置不同类型的传感器和敏感器，引入不同类型的测量量和特征数据库，从而为不同平台、不同环境下的用户提供无GPS条件下的精确定位、导航与授时服务，建立强对抗条件下的定位、导航与授时优势。

　　STOIC项目旨在发展新的定位、导航与授时系统，以提供独立于GPS系统之外的PNT信息，其定时和定位精度与GPS系统相当。STOIC项目旨在发展完整的PNT能力，将包含4个技术领域：鲁棒的远距离参考信号、超稳定战术时钟、采用多功能系统的PNT技术领域以及附加技术。每个技术领域都将分为3个阶段、不超过36个月的研发周期。项目完成后，DARPA将对各技术领域最后得到的组件进行集成，并在多种环境和平台上进行测试。平台包括各型飞机和无人飞行器、水面舰艇、地面车辆和单兵装备等。

　　STOIC用于实现独立于GPS卫星的PNT

　　远程反舰导弹（LRASM）是美国海军与美国国防部高级研究计划局（DARPA）研发的新一代反舰巡航导弹，采用了全自主无中继制导技术，在外界信息链路中断的情况下，导弹可依托先进的惯导装置、弹载传感器、雷达高度计以及数据处理技术进行制导。目前LRASM已经形成初始作战能力，并按照计划在2019年列装海军F/A-18舰载战机，后续还将搭载于F-35C战机，以及使用舰载Mk 41垂直发射系统进行发射。

　　远程反舰导弹（LRASM）

　　拒止环境中协同作战（CODE）项目由DARPA开发，旨在通过有人机指挥侦察和攻击无人机（UAVs）在电子干扰、通信降级以及其他恶劣运行环境中，进行侦察监视、火力打击、电子对抗、中继通信等任务分配与自主协同，共同完成作战任务，提升体系作战能力。目前CODE项目已经完成三个阶段的项目评估，能够实现在GPS受限条件下进行协同作战，DARPA已经将成果转交给美国军方。

　　CODE项目开展的任务模拟

　　在导航战发展中，美军还采用多种导航技术联合使用，在原有的GPS系统基础上，为不同类型的用户和作战平台配备组合导航系统。以全球鹰无人机为例，该型飞机采用美国Kearfott公司生产的INS/GPS组合导航系统，将传统的惯性导航传感器与GPS传感器进行一体化设计，当GPS信号遇到干扰或欺骗而出现失效时，启用惯性导航传感器为飞机提供精确的位置、速度和姿态信息，从而保障飞行安全。此外美军同样对地面运控站、通信终端等途径进行能力提升，但由于并非主要方式，在此不再赘述。

　　总结

　　为提高导航战作战能力，美军一方面实施GPS现代化计划，提高导航卫星性能；另一方面积极发展反卫星技术、GPS受限条件下的导航技术。美军的导航战发展和应用水平已经处于世界领先地位，相比之下，我国的北斗导航系统同样具备强大的实力，但在个别性能方面相对于GPS还稍显逊色。此外在进攻性导航战方面，我国手段单一、方式简单、技术尚不成熟。未来我国仍应该提高导航卫星抗干扰能力，同时积极发展多种导航方式并存的系统，为适应未来战争形势做好准备。

　　
主要参考文献

　　1.导航战技术现状及其发展趋势_高书亮

　　2.卫星导航系统作战应用关键问题研究_杨雪榕

　　3.美国GPS新动态及其对未来战争的影响_邓中亮

　　4.陆基远程和超远程无线电导航系统发展现状与趋势_甄卫民

　　5.美国GPS受限条件下导航定位技术的新发展_文苏丽

　　本文转载自“高端装备产业研究中心（chinaequip）”，原标题《美国导航战发展与应用浅析》，作者 | 太阳谷

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