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资讯 > 智能硬件 > 导航战正在成为新的电子战方式:技术现状及其发展趋势
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导航战正在成为新的电子战方式:技术现状及其发展趋势

时间:08-28 00:00 阅读:189次 转载来源:战略前沿技术

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来源:学术plus

作者:plus评论员  高书亮

在现代战争和国民经济发展中,导航技术正发挥着日益重要的作用。针对导航系统及其无线电信号频谱的争夺和控制正愈发激烈,导航战极有可能成为现代电子战中新的作战样式。本文从导航战的背景与定义出发,详细分析了导航战的门类、最新进展与发展趋势

一、导航战的提出背景

在现代战争和国民经济发展中,导航技术正发挥着日益重要的作用。当前以GPS、北斗等为代表的一大批现代导航定位技术的快速发展,为现代战争提供了更加精确、可靠和全面的时空基准,也为交通运输、工程建设、现代物流、精细农业等国民经济的各个门类提供了更加丰富准确的地理信息支持,催生了蕴含巨大发展潜力和经济价值的地理信息及位置服务产业。但需要看到的是,随着现代导航定位技术的不断发展,针对导航系统及其无线电信号频谱的争夺和控制正愈发激烈,随着相关技术的不断发展,导航战极有可能成为现代电子战中新的作战样式。

二、导航战的基本定义

导航战是一个由来已久的概念:1997年,美军正式提出“导航战”概念,并将其定义为: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。

从目前情况来看,全球四大卫星导航系统(美国的GPS系统、中国的北斗系统、欧洲的Galileo系统和俄罗斯的GLONASS系统)均采用了类似的无线电信号体制和定位测距方式,即基本上都采用了由导航卫星在公开无线信道环境中向用户广播直序扩频(DSSS)信号的模式来实现导航定位,因此普遍存在着信道公开、信息格式公开、信号频率公开、编码方式公开、用户群体开放的特点,这在一方面使得这些系统具备强大的导航位置服务能力的同时,也使得这些系统极易受到各种类型的攻击。

因此,在GPS系统发展之初,美国就敏锐地认识到:战时,全球部署的GPS系统运行控制段极易受到敌方的干扰与攻击,导致卫星导航系统不能提供满足军事作战要求的服务。因此,早在上世纪八十年代美军就围绕导航系统脆弱性的问题开展了一系列的研究,开创了现代导航战理论的先河,近年来,随着导航技术尤其是卫星导航、惯性导航及组合导航技术的快速发展,围绕自主导航技术、全源导航、卫星星间链路等技术的研究不断深入,导航战理论的研究逐步深化,形成了较为完备的就理论和技术体系。

三、导航战技术的主要门类

与电子战领域的其它门类类似,导航战的主要任务是确保我方有效保护对于导航基础设施及手段的有效使用,同时尽可能阻碍和破坏敌方的正常导航定位服务。因此,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。其中:

(一)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。以GPS系统为例,进攻性导航战技术主要包括三大类基本手段:

  • 针对导航系统的空间部分:通过反卫星武器直接杀伤导航卫星,目前已经出现的包括定向能武器、反卫星导弹等多种反卫星武器都可以用作空间段攻击手段;

  • 针对导航系统的地面运控部分:由于卫星导航系统的地面运控站、监测站和上行注入站等地面运控设施一般为全球部署,因此可针对这些设施采取无线电干扰、信息安全攻击等手段,从而使得这些地面运控设施难以正常工作,从而使得整个导航系统无法正常运转。

  • 针对导航系统的用户部分:在实际应用中,可采用压制和诱骗干扰等多种手段,对于机载、车载、弹载和单兵手持等导航终端进行直接干扰,使其无法输出或错误输出导航信息,进而起到干扰导航系统正常使用的作用。

(二)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,从而保障我方准确、可靠的导航定位服务。与进攻性导航技术相对应,防御性导航战技术主要分为三个门类:

  • 针对导航系统的空间部分:进一步优化导航卫星星座的设计,使得其轨道排布更加合理;采用电磁或激光加固技术进一步提升导航卫星的防护性能;通过星间链路等技术逐步提升导航星座的自主运行能力,从而更加有效的抵御反卫星武器的打击威胁;

  • 针对导航系统的地面运控部分:进一步加强地面运控设施及其周边区域的安全保卫措施;进一步优化不同类型的地面基础设施的地面部署,对于关键设施进行冗余配置;对系统的遥测和通信链路进行加密保护,防止信息安全攻击;

  • 针对导航系统的用户部分:进一步优化系统的信号体制设计,针对军事用户的实际需要,提升信号的防篡改、防破译和防干扰能力;进一步提升各类导航终端的抗干扰能力,采用自适应干扰抑制、射频检测、组合导航等多种技术,确保各类终端及时发现并上报潜在的恶意干扰。目前主要的GPS信号抗干扰技术如下所示:

表1 主要的GPS信号抗干扰技术

四、导航战的最新进展

经过近几十年的发展,美国、俄罗斯等拥有自主导航系统的大国在导航战领域均开展了长期的探索,在很多领域取得了显著的进步。以美国为例,从1995年开始,美国防部即指定罗克韦尔公司等企业头,开展了一项关于导航战的研究计划并作为美国防部先期概念技术演示计划的一部分,这是美军第一次组织的针对导航战的系统性研究工作。随后,美军在1997年正式提出了导航战的概念并在美国西海岸开展了GPS卫星抗阻塞试验。近年来,为了提升GPS系统的自主性和鲁棒性,从而在导航战中进一步占据主导地位,美军先后开展了如下工作:

针对GPS空间段逐步老化等问题,开展了GPS现代化计划,陆续建造并发射最新型的GPS BLOCK III系列卫星,从而逐步代替原有的早期GPS卫星。这些新的导航卫星具有更高的发射功率和新的抗干扰措施,为美军提出的21世纪“导航战”服务,增加敌方干扰其导航定位信号的难度,据估计,新一代GPS III卫星在在信号频率精度方面将提高3倍,而抗干扰能力将提高8倍。使用寿命将延长到15年,比目前在轨的GPS卫星寿命延长了将近25%;

针对原有的GPS信号体制进行了改进,目前的GPS 系统发送两种伪码:粗测码( C/ A)码)和精确码( P 码)。前者用于民用, 后者只限于美国政府授权的用户使用。这些码以扩频方式调制在L1和L2两种不同的频率上发射。随着GPS现代化进程的进行,美国国防部将对当前的GPS 卫星信号体制进行升级,增加发射3 种新的信号: 一是高功率点波束军用 M 码信号。此信号采用数字控制的点波束天线,实现对全球区域覆盖和重点区域覆盖工作方式的切换,在重点区域工作的卫星信号功率将增加几十个dB, 这将大大增强系统的抗干扰能力,可为未来美军在重点作战区域执行特种任务时提供排他性的导航定位支持;二是增加新的民用码信号( L2C) , 此信号加载到 L2 载波上,原来加载在 L1 载波上的C/ A 码继续保留; 三是增加 L5 频段( 1176.45MHz) , 供民航的高安全性用户使用,这一信号上增加了指定的无数据导频信号,使得相关用户能够在遇到强干扰情况下依靠导频完成信号捕获,进一步提升了终端用户的接收灵敏度性能。

针对不同军种用户对于GPS用户终端的不同使用需求,设计不同类型的用户终端,增强客户端的导航对抗能力。美国陆军航空与导弹司令部导弹研究发展与工程中心研制了小型廉价的GPS接收机天线, 用于各种导弹和火箭弹,该接收天线可对抗连续波、 宽带噪声、脉冲等多种类型的GPS干扰信号;美国洛克希德马丁公司与罗克韦尔柯林斯公司合作, 已研制出专用抗干扰 GPS接收机G- STAR,G- STAR抗干扰接收机采用数字信号处理技术,以滤掉、抑制各种干扰信号;采用自适应技术,在抑制干扰信号的同时, 能自动指向 GPS卫星的波束。另外,军用 M码接收机也正在研制中,由于采用了先进的加密电路,使得M 码接收机不用先捕获 C /A码,就可直接获取M 码。这一点对利用GPS制导的快速反应武器尤为重要。

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。

五、小结

从上述分析可见,随着相关领域技术的不断发展,导航战正呈现出如下的趋势:

  • 抗干扰技术快速发展,使得卫星导航系统应对复杂条件和环境的能力不断增强,因此针对维修导航系统的压制和干扰必须选择效费比最优的技术手段;

  • 攻防并重,在有效遏制敌方导航服务的同时也要有效的保障自身的导航信息保障,从而更加有效的提供战场时空信息支援;

  • 由于现代导航系统存在于自由空间,并没有明显的区域和边界,因此导航战技术应与信息作战支援战术紧密融合,有计划、有步骤的使用好不同类型的干扰和防护资源,才能保障在有效遏制敌方的同时保障我方的正常运转;

进一步发展自主卫星导航系统,建设好、使用好和维护好我国的北斗卫星导航系统,实现关键系统、装备、部件和技术标准的自主可控才是赢得导航战主动权的关键。

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