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本文由国际电子战(EW21cn)授权转载，周家波编译 在多样化作战环境下，从战术车辆到GPS制导导弹，军队越来越依赖全球定位系统（GPS）进行精准的定位、导航和授时（PNT）。 然而，军事行动越来越多地在GPS信号拒止、不稳定或者不易接收的地区进行，军队使用GPS系统从战略优势变成了易受攻击的弱点。军事行动在多种环境下进行，比如楼房、城市峡谷、茂密的树丛、水下和地下，GPS信号很微弱或者无法接收。此外，敌方通过干扰、欺骗和其他GPS拒止手段，可以很容易阻塞GPS信号通道。 因此，需要定位、导航和授时的替代手段。美国陆军正在进行“确定的 PNT”项目，探索原子钟、平台分配PNT和惯性导航系统的可能性。该项目副经理Christopher Brown少校说，军用GPS系统面临的威胁正快速出现并升级——一种是从互联网轻而易举就可以买到的小型商业干扰装置数量剧增，另一种是大型军事反介入和区域拒止（A2/AD）能力。 “战斧”Block IV巡航导弹是一种GPS使能的导弹，但又不仅仅依赖GPS进行导航。它同时使用激光、雷达和先进导引头制导。 美国陆军情报、电子战和传感器项目执行办公室PNT项目总监Kevin Coggins说，GPS目前是美国陆军定位、导航和授时的主要技术手段。美国陆军将GPS接收机集成到大多数战场技术系统里，例如Stryker、Nett Warrior、Rifleman Radio、M777 howitzer以及许多其他系统。这些系统不同程度地依赖PNT实现某方面的功能。因为技术威胁持续增加，研发美国陆军信任的适应性强的PNT能力是一种挑战，这是“确定的 PNT”项目的初衷。 Brown少校说，“确定的 PNT”项目的目标并不是不依赖GPS，美国陆军考虑PNT是一种能力，GPS是提供这种能力的解决方案之一。 Brown少校说，“确定的 PNT”是一种鲁棒的能力，可以提供一定层次的确定的接入和可信任度——这种能力水平必须被准确界定、度量和测试。GPS是达成该目标的工具之一，同时也包括其他的非GPS手段。 Brown少校说，“确定的 PNT”方法并不是仅仅包括类似硬件和软件的装备解决方案，也需要美国陆军的体系架构、训练、测试和作战概念设计。 该倡议来源于一系列联合分析，指出了“有权使用”PNT信息和PNT信息完整性的分歧，我们认识到只有GPS不足以应对所有情况。美国陆军已经设立领导机构应对 “确定的 PNT”项目面临的挑战。 PNT体系架构美国陆军宣布启动PNT系统体系架构（SoSA），是迈向适应性PNT的里程碑事件。过去的12年中，美国陆军花费了数十亿美元，用于研发、制造、集成和维护GPS接收机，却没有一个指导性的体系架构。Coggins在最近的文章中指出，PNT系统体系架构是一个开放式的系统体系架构，能够十分灵活地适应附加的能力，并不需要昂贵的系统或者平台集成和认证费用——一种体系架构能够为未来创新提供一个路径。 Coggins说，该体系架构包括PNT项目正在进行研发的PNT中枢，它可以集成类似芯片级原子钟这样的新技术，即使没有GPS信号，也可以利用铯原子稳定的震荡保持稳定的时间。富有创造性的工程师们着手解决以确定定位和定时，通过一种负担得起的途径将这种技术嵌入到PNT系统体系架构兼容的产品。 “确定的 PNT”项目和国防先进GPS接收机（DAGR）分布式装置（D3）项目并入PNT系统体系架构。分布式装置是国防先进GPS接收机的替换功能，可替换平台上的8个GPS装置，并升级至M码，这种新信号是军用GPS的导航手段，用来增强保密和反干扰特性。PNT系统体系架构也可用来提供负担得起的M码转换途径。 DARPA的非GPS制导系统同时，美国国防部高级计划研究局正在研究PNT的新途径，例如一便士硬币大小的惯性传感器，脉冲激光器和追踪闪电，能够在GPS信号拒止的区域提供精确的位置信息。事实上，DARPA在GPS系统小型化技术方面进行了早期投入，使得GPS设备如今无处不在，集成了从智能手机到精确弹药在内的众多技术。 DARPA局长Arati Prabhakar说，位置、授时和定位就像氧气一样，是军队作战的必需品。现在我们正推行新的物理规则、新的装置和新的运算法则，那样我们的战士和系统可以摆脱对GPS系统的依赖。 DARPA现有的PNT系统项目组合包括5个项目，全部或者部分运用了与PNT系统相关的技术。 可编程导航系统（ANS）项目正在开发新的运算法则和体系架构，用于在不同平台上快速安装即插即用的PNT传感器系统。DARPA目的是降低研发费用，将研发时间从数月缩短到数天。可编程导航系统项目致力于通过冷原子干涉测量制造更好的惯性制导装置，冷原子干涉测量可以测量传感器中原子云的相对加速度和旋转。利用量子物理特性，研究人员希望制造更加精确的惯性制导装置进行授时和定位，这种装置可以在不依赖外部数据输入的情况下长期运行。 此外，可编程导航系统项目研究运用非导航电磁信号——包括商用卫星、无线电和电视信号甚至是雷击——提供附加的PNT手段。DARPA认为，通过组合使用，这些多样的信号源比GPS信号覆盖范围广，信号强度也大，所以可以在没有GPS信号和GPS信号衰弱的环境下提供位置信息。 目前，可编程导航系统项目处于第二阶段，在不同平台上进行了子系统的战场演示。2015财年，进行了不依赖GPS的PNT系统端到端的系统演示。 “微型定位、导航与授时技术”（Micro-PNT）项目应用了DARPA的小型化技术，该技术通过DARPA的微机电系统技术已变成可能。微型PNT系统包含一组不同的研究计划，共同致力于研发高稳定和精确的芯片陀螺仪、计时器以及综合集成的授时和惯性制导装置。目前，DARPA研究人员以及研发了一个原型装置，该装置有3个陀螺仪，3个加速计和1个高精度的主时钟，主时钟易于安装在一便士硬币大小的芯片表面。 “量子辅助传感和读取”（QuASAR）项目计划制造世界上最精确的原子钟——目前还属于实验室阶段——既稳定又轻便。QuASAR项目研究人员已经在实验室研发了光学原子钟，时间同步误差50亿年小于1秒。让原子钟变得精确轻便，可以对现有类似GPS的军用系统加以改进，也可用于改善新型雷达、激光雷达和计量应用。 “超快激光科学与工程”（PULSE）项目采用了最新的脉冲激光技术，可以显著改善原子钟和微波源的精度和尺寸，远距离时可以进行更精确的时间和频率同步。 “对抗环境下的空间、时间和定位信息”（STOIC）项目致力于研发PNT系统，在对抗环境下，通过GPS水准的时间控制，提供不依赖GPS的PNT系统。STOIC项目集成之后可能会提供不依赖GPS的全球PNT系统，它包括三个主要要素：稳定的远程参考信号、超稳定的战术计时器以及为多个用户提供PNT信息的多功能系统。 此外，DARPA宣布了一项与PNT系统相关的新计划，该计划称为“高精度惯性制导武器：导航阶段惯性测量装置”。 PRIGM计划面临一项挑战，即在没有GPS信号的环境下，为低成本、小尺寸、重量轻、低功率的平台提供精确的PNT信息，例如智能炸弹和制导武器。 雷声导弹系统公司“战斧”巡航导弹高级项目经理Chris Sprinkle说，我们公司与DARPA在精确导航方面合作了许多项目，因此始终十分关注该研究机构的科研项目。 Sprinkle说，“战斧”巡航导弹是高精度GPS精确制导武器，已经在战场上使用了2000次，飞行测试了500多次。尽管“战斧”巡航导弹使用GPS，但是该武器系统早在GPS出现之前就有了。“战斧”巡航导弹（Block III）首次采用GPS制导精确攻击目标。2004年研制的“战斧”巡航导弹（Block IV）采用了GPS制导，并且使用了雷声公司的抗干扰GPS接收机AGER IV。雷声公司的系统包括卫星导航、激光制导、高分辨率雷达、先进导引头和其他技术。 Sprinkle说，我们依然强调有能力在GPS信号消失或者衰弱的情况下导航。我们充分利用GPS，但是如果没有GPS信号，我们同样可以精确打击目标。 美国陆军构想新型视觉辅助导航系统作为GPS导航备份[据防务系统2016年7月12日报道] 由于GPS信号容易受干扰或其他破坏，美国军方一直在寻求GPS备份导航方式。美陆军研究人员最新提出了一种导航方式——利用像眼睛一样的先进敏感相机帮助用户确定目标的相对运动。 美国陆军通信电子研究开发与工程中心（CERDEC）采用可以捕捉微小运动的微型相机，使用户可以追踪到某一个人的相对位置或移动。这将作为GPS信号削弱时增强定位、导航与授时（PNT）信息的一种手段。 美国陆军通信电子研究开发与工程中心PNT分部研发了一种视觉辅助导航系统，装有单目摄像机，可以捕捉旋转和平移运动，但是不能捕捉纵向深度变化。此外，该系统还具有惯性测量单元组件，如陀螺仪、加速器和其它传感器等，用以传递运动和方向数据。结合单目摄像机和惯性测量组件，该系统提供了类似人眼的立体视觉，用以识别距离和运动。 PNT分部工程师艾瑞克·比克福德说，“视觉辅助导航系统依靠对目标快速帧速率拍照的相机，通过对比每一帧目标的特征来判断目标相对运动的距离和方向。” 美国陆军通信电子研发工程中心称，该视觉辅助导航系统很有可能会在地面战车中首次使用，一些研究人员已在高速公路上做了试验，相机即便以高速行驶也能够拍到看到的一切事物，包括汽车、信号标志、树。 目前许多商业机构依然使用GPS，且极度依赖GPS获取定位和导航信息。随着电磁频谱获取越来越紧张以及对手技术能力的增强，美国军方加快步伐寻求GPS备份导航方式。 美国陆军通信电子研发工程中心计划研发“伪卫星”，这是一种能够在只有小几千英尺（几百米）的低高度轨道运行的卫星，信号会增强且不易被干扰。该中心还在研制“芯片级原子钟”，用以对GPS接收端提供精确授时，且具有反欺骗功能。同时，美国国防先期研究计划局（DARPA）“对抗性环境中的空间、时间和方位信息”（STOIC）项目，旨在开发能够提供GPS同等性能导航质量的PNT系统。 战场上GPS有效性已显著提升了士兵们的导航能力，但是GPS极易受干扰。根据美国陆军士兵及地面平台定位、导航、授时的需求，美国陆军通信电子研发工程中心将通过资金和研发备份导航方案来支持PM PNT发展，这将会解决士兵不同战术环境下的PNT挑战。 （来源：国防科技信息网，作者：工业和信息化部电子科学技术情报研究所 李婕敏） |
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