美军研发新型甚低频导航系统 减轻对GPS系统依赖

2019-10-16 14:16 来源:未知

  特别是中国和俄罗斯这样能够与美国正面对抗的世界强国:一方面这两个国家都已经构建起自己的卫星定位导航系统,这就是“格洛纳斯”和“北斗”。另一方面,中国和俄罗斯也都有能力对美军GPS全球卫星定位导航系统进行干扰、屏蔽以及摧毁其组网卫星。因此,即便是中国和俄罗斯采取行动使得某一区域的美军GPS全球卫星定位导航系统彻底失效,也可以依靠自身的卫星定位导航系统实施作战行动而不受任何影响。

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提高定位精度和抗干扰能力

  如今,美国国防部先进技术局(DARPA)要研发的新一代甚低频无线电导航系统将采用最新的技术,定位精度预计将达到8米以内。虽然这一精度与GPS全球卫星定位导航系统还有一定的差距,但是作为备份系统还是很不错的。而且,更为关键的在于甚低频无线电导航系统的信号也很难被干扰和屏蔽,想要摧毁其地面发射站也不是容易的事情。(作者署名:现代兵器)

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即便如此,美军仍在开发新一代导航、定位和授时系统,或通过多种新型导航定位手段缓解美军的“全球卫星导航系统依赖症”。近年来美军还大力推动惯性导航技术研究,实现与全球卫星导航系统协同使用,使导航系统的整体抗干扰能力大幅提升。

  当今的美军虽然看似强大,但是也有不少致命缺陷和弱点。其中,美军对于GPS全球卫星定位导航系统的高度依赖就是其致命缺陷之一。可以说,无论是称霸大洋的美国海军、高傲飞翔的美国空军、向信息化转型的美国陆军,还是相对独立的“第四军种”美国海军陆战队,在作战行动中都离不开GPS全球卫星定位导航系统的支持。

  此后,美国提出eLORAN系统,也就是“增强罗兰”系统,该系统的定位精度可以达到8米范围内,美国宣布在2018年将会开始部署这套系统,并将其作为GPS的备份系统使用。首先投入使用的地区据称是在韩国,计划在2019年建成3个“增强罗兰”系统的导航台。

正因如此,美军从本世纪初开始实施“GPS现代化”项目。计划发射新一代导航卫星,逐步代替上一代卫星。

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  GPS信号干扰系统对未来战场将造成重要影响

此外,第三代全球卫星导航系统的卫星增加“搜索和救援任务载荷”,类似于“北斗”卫星导航系统的“短报文”功能。不仅具备一定程度的数据通信功能,还有助于实现更高效的快速定位导航。

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  实际上在卫星导航出现前,最可靠的无线电导航技术就是采用甚低频波段实现的,即“罗兰C”导航技术,该系统从上世纪50年代开始发展,到80年代,北约建立的“罗兰C”无线导航台已经能够覆盖北美、欧洲、日本和大西洋、太平洋范围。苏联当时也建立了与其针锋相对的CHAYKA系统。

全球卫星导航系统看似具有革命性影响,但技术缺点也尤为致命。该系统需要发送和接收卫星信号,存在导航频率公开、长距离传输信号弱、易受电磁和网络攻击等缺陷,且极易被拒止、削弱甚至欺骗。一旦卫星出现故障无法提供服务时,将对依赖该系统的作战人员和武器装备带来灾难性后果。

  如今,美军也开始逐渐意识到了这个问题。于是,美国国防部先进技术局(DARPA)在近日决定投资研发新一代甚低频无线电定位、导航和授时(PNT)系统,以便在将来与中国、俄罗斯爆发军事冲突时,即便美军GPS全球卫星定位导航系统失效,也可以有作为备份的定位导航能力。

  目前其主要的研究对象是利用自然或人工的无线电信号,来实现导航,这需要对不同地点的无线电型号进行精确比对。而甚低频,也是其中一个可用的频段。

从定位精度上看,卫星配备最新型高精度导航信号发送模块,民用导航系统定位精度将从目前的3米提升到1米。军用导航系统的定位精度更高。

  甚低频的频率范围为3~30KHZ,其传播距离为数百千米至数千千米,能够沿弯曲的地球表面进行传播。采用甚低频波段的无线电导航系统很早就已经出现,比如曾经在欧美国家中广泛应用的“罗兰”-C导航系统。但是,受到当时的技术所限,“罗兰”-C导航系统的定位精度很差,为185~463米。所以,在GPS全球卫星定位导航系统投入应用后,“罗兰”-C导航系统便逐渐退出应用领域。

  [文/观察者网 堵开源]英国《简氏防务周刊》6月14日报道,美国国防部先进技术局(DARPA)宣布将成立新研究机构,开始研制在GPS无法使用或严重干扰条件下,使用甚低频无线电实现精确定位、导航和授时(PNT)的技术。甚低频也就是民间常说的“长波电台”所使用的波段,在海上其传播距离可达数千公里。

根据美军的“导航战”概念,战争中,美军将着力阻止敌方使用全球卫星导航系统信号,并保证己方和盟友可以有效利用卫星导航信息,同时不影响战区以外区域和平利用卫星导航信息。不仅如此,美军还根据任务需要将导航战划分为进攻导航战和防御导航战。前者是指使敌方卫星导航系统在规定区域内失效的能力,后者则是设法阻止敌方具备对卫星导航系统实施进攻的能力。

  不过,有矛就有盾,其他国家也已经敏锐地意识到了美军对于GPS全球卫星定位导航系统的高度依赖。那么,只要对美军GPS全球卫星定位导航系统的信号进行干扰和屏蔽,甚至对其组网卫星实施硬杀伤式的摧毁,就能够严重削弱美军的战斗力,使其作战体系彻底瘫痪。

  据称,这一项目是“对抗环境下导航定位“(STOIC)项目,DARPA将在明年4-5月间,首先进行系统整合试验,随后进行海上实时演示试验,DARPA战略技术办公室(STO)项目主管戴维·特安普说。

现代战争中,部队指挥控制和快速反应协同,提升武器装备打击精度和作战效能等,都离不开卫星导航系统。海湾战争中,美军首次将卫星导航系统投入现代战争使用。尽管当时全球卫星导航系统星座并未部署完毕,但临时装备全球卫星导航系统接收机的武器装备战斗力仍得到成倍提高。此后,科索沃战争、阿富汗战争以及伊拉克战争中都能看到全球卫星导航系统的参战身影。

  甚低频也就是民间常说的长波,它能够穿透海水、岩石和土壤,尤其在海上传播距离可达数千公里。

从抗干扰能力上看,通过提升卫星发射功率着力补足这一关键短板。现有的全球卫星导航系统,一台发射功率仅1瓦的干扰机,能使100公里范围内的民用接收机全部失灵。一台发射功率10瓦的干扰机能致盲10公里范围内全部军用接收机。新一代全球卫星导航系统采用综合性、整体化抗干扰设计,旨在打造“攻守一体”能力。另外,第三代全球卫星导航系统将军用信号与民用信号彻底分离,从根本上提升军用信号的安全性。

  DARPA表示将进行试验的新甚低频导航系统应该就是指“增强罗兰”系统。

2018年底,美国太空探索技术公司的猎鹰九号火箭将一枚极具战略价值的卫星发射升空。这枚卫星之所以备受关注,在于它是美国第三代全球卫星导航系统的首颗卫星。考虑到作为重要的战场传感器,卫星导航系统是现代战争不可或缺的重要组成部分,第三代导航系统首星上天具有重要意义。

  最终在2010年,罗兰C和俄罗斯CHAYKA系统先后停止发送导航信号。

早在伊拉克战争期间,伊军曾使用干扰器对美军部分制导武器实施干扰,使其偏离打击目标。俄罗斯针对北约的制导导弹研制出信号干扰机,可在导弹飞行不同阶段对其导航信号实施干扰。此外,还有其他种类繁多的干扰设备。据美国《空军时报》报道,俄罗斯新研制的“磁场-21”电子战系统能对半径80公里范围内的导航信号进行压制。

  但这套系统的导航授时精度较差,仅能达到185-463米水平,和后来出现的GPS相比是完全不可同日而语。

未来,第三代全球卫星导航系统将进一步提升美军在未来导航领域博弈实力。到2034年,第三代全球卫星导航系统组网“星座”部署完毕,将在高效导航、精确定位、快速通信和精准授时领域发挥重要作用。

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美军多手段缓解“GPS依赖症”

  “我们计划至少进行一周试验,目的是测试其鲁棒性到底有多强,将会在不同的条件下进行作业,并且将尽可能进行更多测试,以测试这一系统的鲁棒性到底有多强。”特安普表示。

导航战中的无声对抗

  设在美国科迪亚克的罗兰导航台

第三代全球卫星导航系统的卫星由美国洛-马公司设计制造,单星造价5亿美元。按照洛-马公司提供的消息,第三代全球卫星导航系统将重点提升定位精度和抗干扰能力,其中定位精度较第二代系统提高3倍,抗干扰能力是现有系统的8倍,卫星使用寿命也将提高到15年。

  美国“增强型罗兰”导航系统示意图

  观察者网军事评论员表示,近年来,对GPS信号的干扰已经成为非常现实的问题,美军的无人、有人飞机,巡航导弹等不止一次受到干扰影响,而降低了作战效果。为此美军一方面发射第三代GPS卫星,提高GPS系统抗干扰能力,另一方面,积极开展“不依赖GPS”的精确导航定位试验。

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