“轉(zhuǎn)型計(jì)劃”下的美軍定位導(dǎo)航與授時(shí)能力發(fā)展

· 文|北京空間科技信息研究所 劉春保

“轉(zhuǎn)型計(jì)劃”下的美軍定位導(dǎo)航與授時(shí)能力發(fā)展

· 文|北京空間科技信息研究所 劉春保

2013年8月，美國空軍航天司令部發(fā)布《彈性和分散空間體系白皮書》，分析了美國軍事航天的戰(zhàn)略環(huán)境。美國認(rèn)為，不論自己的空間作戰(zhàn)能力如何強(qiáng)大，只要存在對空間系統(tǒng)依賴的短板，敵方必然會發(fā)展非對稱的空間攻擊能力，給美國造成致命一擊。為此，美國軍方提出了“美國未來軍事航天系統(tǒng)將從以大型空間系統(tǒng)為主，轉(zhuǎn)變?yōu)闃?gòu)建‘彈性和分散空間體系’（即本文中的“轉(zhuǎn)型計(jì)劃”），以提升空間系統(tǒng)的彈性（即抗毀能力）”，并將作戰(zhàn)能力、彈性和經(jīng)濟(jì)可承受性作為評估未來軍事航天系統(tǒng)的重要指標(biāo)。

美國空軍將彈性定義為：“彈性是一個(gè)系統(tǒng)體系在面對系統(tǒng)故障、環(huán)境挑戰(zhàn)或敵對行動時(shí)能夠繼續(xù)提供所需能力的本領(lǐng)?！倍鴮ⅰ翱臻g分散”定義為：“將天基任務(wù)、功能或傳感器分散于橫跨一個(gè)或多個(gè)軌道平面、平臺、載具以及多域的多個(gè)系統(tǒng)之中”。

為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，美國空軍提出了實(shí)現(xiàn)軍事航天系統(tǒng)的彈性的5種分散形式，即：多軌分散、多域分散、載荷搭載、系統(tǒng)分解、功能分散。

那么，在“轉(zhuǎn)型”發(fā)展前提下，GPS與美軍定位導(dǎo)航與授時(shí)（PNT）能力將如何發(fā)展？

GPS是美國重要的空間基礎(chǔ)設(shè)施，是美軍軍事能力的倍增器，在冷戰(zhàn)結(jié)束后的歷次局部戰(zhàn)爭中均發(fā)揮了極其重要的作用。然而，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)固有的脆弱性使GPS系統(tǒng)在滿足未來對抗條件下的作戰(zhàn)需求方面有著較大差距。

實(shí)際上，美國軍方早已開始著手解決未來軍事PNT能力不足的問題，《彈性和分散空間體系白皮書》的發(fā)布，使我們可以更加明確地梳理出美國未來軍事PNT能力發(fā)展的思路，即通過整體能力的分散與單一能力增強(qiáng)，提升滿足PNT需求的能力，實(shí)現(xiàn)軍事PNT能力的整體彈性。依據(jù)美國軍方計(jì)劃、規(guī)劃，以及正在開展的預(yù)先研究項(xiàng)目，美國軍方正在通過多域分散的方式發(fā)展軍事PNT能力。

首先，GPS是美國軍事PNT能力的核心與基礎(chǔ)，提升GPS系統(tǒng)滿足未來作戰(zhàn)需求的能力就成為重中之重。美國正在實(shí)施GPS現(xiàn)代化計(jì)劃，軍用M碼信號、星上信號功率可調(diào)、新一代高速星間星地鏈路、點(diǎn)波束增強(qiáng)等將顯著增強(qiáng)GPS系統(tǒng)對抗環(huán)境下提供PNT服務(wù)的能力。未來GPS系統(tǒng)定位精度將達(dá)到0.5m，授時(shí)精度1.2ns，點(diǎn)波束增強(qiáng)能力20dB，為全部軍事與民用、商業(yè)用戶提供高精度PNT能力。

第二，以“全源定位導(dǎo)航（ASPN）”為代表的自主導(dǎo)航能力。2010年11月，美國國防高級研究計(jì)劃局（DARPA）發(fā)布了ASPN項(xiàng)目的首個(gè)標(biāo)書，發(fā)展以芯片級高精度慣性器件與原子鐘為核心、可引入任何導(dǎo)航信息源（包括GPS系統(tǒng)提供的信息）進(jìn)行校準(zhǔn)與修正，并能夠快速集成、重新配置的組合導(dǎo)航架構(gòu)及算法，為強(qiáng)對抗環(huán)境下的軍事用戶提供滿足任務(wù)需求與環(huán)境變化的高精度PNT能力。

第三，提升區(qū)域超高精度PNT能力。美國空軍與澳大利亞Locata公司合作完成了基于LocataNET技術(shù)的區(qū)域高精度導(dǎo)航系統(tǒng)的初步測試。美空軍第746測試中隊(duì)的測試結(jié)果表明：對于距離50km、速度500km/h的運(yùn)動目標(biāo)，其水平定位精度約6cm，垂直15cm，抗干擾抗欺騙能力遠(yuǎn)優(yōu)于GPS系統(tǒng)，可為軍用用戶提供超高精度的PNT能力，如軍用機(jī)場、航母編隊(duì)等。

同時(shí)，美國軍方正在探討采取多軌分散和載荷搭載的途徑發(fā)展GPS系統(tǒng)的可靠性，以增強(qiáng)GPS系統(tǒng)的“彈性”。美國作為GNSS的先行者，在“彈性”這個(gè)問題上采取的對策，值得后來者學(xué)習(xí)借鑒。