2017年9月,俄罗斯与白俄罗斯在北约东翼举行代号“西方-2017”的大型军事演习,演习发起之前,拉脱维亚的移动通信网络曾发生中断,而挪威部分地区的GPS信号也受到干扰,导致一架途径该国上空的客机短暂处于无GPS信号制导的情况。北约分析人士认为,俄军在演习前曾进行过电子战演练,从而导致拉脱维亚和挪威意外成为受害对象。
此外,据美国海事局2017年6月发布的通告,一艘在黑海行驶的美国商船曾受到GPS欺骗干扰,使得该船的导航设备呈现出错误的导航方向,致使商船驶向完全错误的方向。而在战场上的部队如果遇到GPS信号欺骗,士兵有可能跟随错误的信号踏入敌人包围圈,又或是依靠GPS制导的支援武器错误地倾泻在自己人头顶。
GPS卫星导航系统所提供的定位、导航、授时功能( PNT)为美军指控系统和制导武器的发展做出过重要贡献,然而随着反卫星和电子战手段的不断发展和应用,美军空间资产以及其所提供的PNT服务有可能会在高烈度冲突中被对手压制。为此美国已经从多方面下手,试图降低这一风险。解决这一风险的途径包括继续研制GPS III系统,以增强抗干扰能力;着力研发不依赖GPS的制导组件。
▲2016年6月，美军在“中国湖”进行GPS干扰试验，FAA划定的GPS不可靠区域
打造不依赖GPS系统的PNT能力
目前美国研究机构已经提出了多种新的PNT系统和技术概念。
(1)自适应导航技术(ANS)
自适应导航系统技术涵盖两个主要技术——精确惯导技术(PINS)和全源导航系统(ASPN)。PINS是一种通过冷原子干涉测量技术,以实现精度更高的惯性测量技术;ASPN技术则利用外界存在的各种非导航信号,如卫星信号、广播信号等实现导航功能。
(2)微PNT系统
通过微机电系统技术将陀螺仪、加速度计和高精度时钟微型化、芯片化。这种微系统能够与其他导航技术相配合,以实现高精度定位导航。
(3)恶劣环境下获取PNT的能力(STOIC)
STOIC主要有三个组成部分:可作用于较远距离的稳定参考信号源;具有超稳定性能的原子钟;可为多个用户提供PNT信息的系统。STOIC可提供独立于GPS的PNT能力。
▲地形匹配原理图
(4)多导航源导航系统技术
采用多种不依赖GPS的导航系统,来增加精度消减误差。例如惯性导航+地磁场导航、惯性导航+图像匹配等。其中DRPRA提出的视觉辅助导航技术对无人机不依赖GPS信号,进行自主化飞行有极大帮助。在封闭环境内,有可能接收不到GPS信号,因此DRPRA开发出:“结合惯性状态的平顺和测绘评估”(SAMWISE)系统,SAMWISE由融合视觉和惯性导航系统组成。该系统目前只应用在无人机上,无人机可根据摄像机所拍摄的外界画面结合惯性导航系统自主在复杂的环境内飞行。SAMWISE技术的应用领域还将继续扩大。
(5)超低频导航技术
该技术需要在全球布置超低频信号收发器来测量地理位置。
(6)基于计算机视觉的定位服务技术(VPS)
该技术由谷歌开发,在不依赖GPS的情况下,能实现厘米级定位。VPS本质上是一套新型图像认知和机器学习系统,需要在谷歌的人工智能终端Tango上安装相应的软件和数据。通过对高分辨率摄像头采集的图像进行智能分析和学习,可以对任意地点进行三维测绘定位和目标特征标识,配合内置的陀螺仪和加速度计实现厘米级定位。由于该技术无需外部信息输入,因此传统的干扰和反制手段无法对其定位功能造成影响,目前VPS技术已经引起美国空军高度关注。
美国发展不依赖GPS系统的定位技术能力的动因既有无奈又有占据技术优势的考量,昭示着在未来激烈的战场环境中,依靠GPS等传统卫星星座提供PNT服务正面临严重威胁,如果美国能率先摆脱GPS的掣肘,无疑又加大了自身的军事优势。
作者：谢宏伟
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