導(dǎo)航戰(zhàn)技術(shù)現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)

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一、導(dǎo)航戰(zhàn)的提出背景

在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，導(dǎo)航技術(shù)正發(fā)揮著日益重要的作用。當(dāng)前以GPS、北斗等為代表的一大批現(xiàn)代導(dǎo)航定位技術(shù)的快速發(fā)展，為現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)提供了更加精確、可靠和全面的時(shí)空基準(zhǔn)，也為交通運(yùn)輸、工程建設(shè)、現(xiàn)代物流、精細(xì)農(nóng)業(yè)等國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)門類提供了更加豐富準(zhǔn)確的地理信息支持，催生了蘊(yùn)含巨大發(fā)展?jié)摿徒?jīng)濟(jì)價(jià)值的地理信息及位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)。在軍事領(lǐng)域內(nèi)，從上世紀(jì)海灣戰(zhàn)爭(zhēng)以來(lái)的幾次局部戰(zhàn)爭(zhēng)的實(shí)踐表明：衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)精確打擊的重要依托手段，已成為海陸空天武器系統(tǒng)以及構(gòu)造全數(shù)字化戰(zhàn)場(chǎng)的關(guān)鍵技術(shù)。美軍的各種武器平臺(tái)和軍事系統(tǒng)開始大量配備GPS，在作戰(zhàn)中也越來(lái)越依賴于GPS提供的精確位置和時(shí)間信息。但需要看到的是，隨著現(xiàn)代導(dǎo)航定位技術(shù)的不斷發(fā)展，針對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)及其無(wú)線電信號(hào)頻譜的爭(zhēng)奪和控制正愈發(fā)激烈，隨著相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，導(dǎo)航戰(zhàn)極有可能成為現(xiàn)代電子戰(zhàn)中新的作戰(zhàn)樣式。

二、導(dǎo)航戰(zhàn)的基本定義

導(dǎo)航戰(zhàn)是一個(gè)由來(lái)已久的概念：1997年，美軍正式提出“導(dǎo)航戰(zhàn)”概念，并將其定義為：阻止敵方使用衛(wèi)星導(dǎo)航信息，保證己方和盟友部隊(duì)可以有效地利用衛(wèi)星導(dǎo)航信息，同時(shí)不影響戰(zhàn)區(qū)以外區(qū)域和平利用衛(wèi)星導(dǎo)航信息[2]。

從目前情況來(lái)看，全球四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（美國(guó)GPS系統(tǒng)、中國(guó)北斗系統(tǒng)、歐洲Galileo系統(tǒng)和俄羅斯GLONASS系統(tǒng)）均采用了類似的無(wú)線電信號(hào)體制和定位測(cè)距方式，即基本上都采用了由導(dǎo)航衛(wèi)星在公開無(wú)線信道環(huán)境中向用戶廣播直序擴(kuò)頻（DSSS）信號(hào)的模式來(lái)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航定位，因此普遍存在著信道公開、信息格式公開、信號(hào)頻率公開、編碼方式公開、用戶群體開放的特點(diǎn)，這在一方面使得這些系統(tǒng)具備強(qiáng)大的導(dǎo)航位置服務(wù)能力的同時(shí)，也使得這些系統(tǒng)極易受到各種類型的攻擊。因此，在GPS系統(tǒng)發(fā)展之初，美國(guó)就敏銳地認(rèn)識(shí)到：戰(zhàn)時(shí)，全球部署的GPS系統(tǒng)運(yùn)行控制段極易受到敵方的干擾與攻擊，導(dǎo)致衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)不能提供滿足軍事作戰(zhàn)要求的服務(wù)。因此，早在上世紀(jì)八十年代美軍就圍繞導(dǎo)航系統(tǒng)脆弱性的問(wèn)題開展了一系列的研究，開創(chuàng)了現(xiàn)代導(dǎo)航戰(zhàn)理論的先河，近年來(lái)，隨著導(dǎo)航技術(shù)尤其是衛(wèi)星導(dǎo)航、慣性導(dǎo)航及組合導(dǎo)航技術(shù)的快速發(fā)展，圍繞自主導(dǎo)航技術(shù)、全源導(dǎo)航、衛(wèi)星星間鏈路等技術(shù)的研究不斷深入，導(dǎo)航戰(zhàn)理論的研究逐步深化，形成了較為完備的理論和技術(shù)體系。

三、導(dǎo)航戰(zhàn)技術(shù)的主要門類

與電子戰(zhàn)領(lǐng)域的其它門類類似，導(dǎo)航戰(zhàn)的主要任務(wù)是確保我方有效保護(hù)對(duì)于導(dǎo)航基礎(chǔ)設(shè)施及手段的有效使用，同時(shí)盡可能阻礙和破壞敵方的正常導(dǎo)航定位服務(wù)。導(dǎo)航戰(zhàn)技術(shù)是提升、增強(qiáng)戰(zhàn)場(chǎng)或?qū)弓h(huán)境下衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)服務(wù)能力最重要的手段之一，在一定程度上代表著衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的先進(jìn)程度與服務(wù)的可用性與穩(wěn)健性[2]。導(dǎo)航戰(zhàn)可劃分為進(jìn)攻性導(dǎo)航戰(zhàn)和防御性導(dǎo)航戰(zhàn)兩大技術(shù)門類。其中：

（一）進(jìn)攻性導(dǎo)航戰(zhàn)技術(shù)主要是指采取主動(dòng)性手段，干擾、破壞甚至摧毀敵方導(dǎo)航系統(tǒng)和設(shè)施，從而破壞敵方對(duì)于現(xiàn)代導(dǎo)航定位服務(wù)的獲取能力，從根本上降低敵方作戰(zhàn)效能。以GPS系統(tǒng)為例，進(jìn)攻性導(dǎo)航戰(zhàn)技術(shù)主要包括三大類基本手段：

1.針對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)的空間部分：通過(guò)反衛(wèi)星武器直接殺傷導(dǎo)航衛(wèi)星，目前已經(jīng)出現(xiàn)的包括定向能武器、反衛(wèi)星導(dǎo)彈等多種反衛(wèi)星武器都可以用作空間段攻擊手段；

2.針對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)的地面運(yùn)控部分：由于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的地面運(yùn)控站、監(jiān)測(cè)站和上行注入站等地面運(yùn)控設(shè)施一般為全球部署，因此可針對(duì)這些設(shè)施采取無(wú)線電干擾、信息安全攻擊等手段，從而使得這些地面運(yùn)控設(shè)施難以正常工作，從而使得整個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)；

3.針對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)的用戶部分：在實(shí)際應(yīng)用中，可采用壓制和誘騙干擾等多種手段，對(duì)于機(jī)載、車載、彈載和單兵手持等導(dǎo)航終端進(jìn)行直接干擾，使其無(wú)法輸出或錯(cuò)誤輸出導(dǎo)航信息，進(jìn)而起到干擾導(dǎo)航系統(tǒng)正常使用的作用。

（二）防御性導(dǎo)航戰(zhàn)技術(shù)主要是指采取被動(dòng)性手段，有效的抵抗、化解相關(guān)破壞與干擾，從而保障我方準(zhǔn)確、可靠的導(dǎo)航定位服務(wù)。與進(jìn)攻性導(dǎo)航技術(shù)相對(duì)應(yīng)，防御性導(dǎo)航戰(zhàn)技術(shù)主要分為三個(gè)門類：

1.針對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)的空間部分：進(jìn)一步優(yōu)化導(dǎo)航衛(wèi)星星座的設(shè)計(jì)，使得其軌道排布更加合理；采用電磁或激光加固技術(shù)進(jìn)一步提升導(dǎo)航衛(wèi)星的防護(hù)性能；通過(guò)星間鏈路等技術(shù)逐步提升導(dǎo)航星座的自主運(yùn)行能力，從而更加有效的抵御反衛(wèi)星武器的打擊威脅；

2.針對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)的地面運(yùn)控部分：進(jìn)一步加強(qiáng)地面運(yùn)控設(shè)施及其周邊區(qū)域的安全保衛(wèi)措施;進(jìn)一步優(yōu)化不同類型的地面基礎(chǔ)設(shè)施的地面部署，對(duì)于關(guān)鍵設(shè)施進(jìn)行冗余配置;對(duì)系統(tǒng)的遙測(cè)和通信鏈路進(jìn)行加密保護(hù)，防止信息安全攻擊；

3.針對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)的用戶部分：進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)的信號(hào)體制設(shè)計(jì)，針對(duì)軍事用戶的實(shí)際需要，提升信號(hào)的防篡改、防破譯和防干擾能力；進(jìn)一步提升各類導(dǎo)航終端的抗干擾能力，采用自適應(yīng)干擾抑制、射頻檢測(cè)、組合導(dǎo)航等多種技術(shù)，確保各類終端及時(shí)發(fā)現(xiàn)并上報(bào)潛在的惡意干擾。目前主要的信號(hào)抗干擾技術(shù)如表1所示[3]：

四、導(dǎo)航戰(zhàn)的最新進(jìn)展

經(jīng)過(guò)近幾十年的發(fā)展，美國(guó)、俄羅斯等擁有自主導(dǎo)航系統(tǒng)的大國(guó)在導(dǎo)航戰(zhàn)領(lǐng)域均開展了長(zhǎng)期的探索，在很多領(lǐng)域取得了顯著的進(jìn)步。以美國(guó)為例，從1995年開始，美國(guó)防部即指定羅克韋爾.柯林斯公司等企業(yè)牽頭,開展了一項(xiàng)關(guān)于導(dǎo)航戰(zhàn)的研究計(jì)劃并作為美國(guó)防部先期概念技術(shù)演示計(jì)劃的一部分，這是美軍第一次組織的針對(duì)導(dǎo)航戰(zhàn)的系統(tǒng)性研究工作。隨后，美軍在1997年正式提出了導(dǎo)航戰(zhàn)的概念并在美國(guó)西海岸開展了GPS衛(wèi)星抗阻塞試驗(yàn)。近年來(lái)，為了提升GPS系統(tǒng)的自主性和魯棒性，從而在導(dǎo)航戰(zhàn)中進(jìn)一步占據(jù)主導(dǎo)地位，美軍先后開展了如下工作：

1.針對(duì)GPS空間段逐步老化等問(wèn)題，開展了GPS現(xiàn)代化計(jì)劃，陸續(xù)建造并發(fā)射最新型的GPS BLOCK III系列衛(wèi)星，從而逐步代替原有的早期GPS衛(wèi)星。這些新的導(dǎo)航衛(wèi)星具有更高的發(fā)射功率和新的抗干擾措施，為美軍提出的21世紀(jì)“導(dǎo)航戰(zhàn)”服務(wù)，增加敵方干擾其導(dǎo)航定位信號(hào)的難度。據(jù)估計(jì)，新一代GPS III衛(wèi)星在信號(hào)頻率精度方面將提高3倍，而抗干擾能力將提高8倍，使用壽命將延長(zhǎng)到15年，比目前在軌的GPS衛(wèi)星壽命延長(zhǎng)了將近25%。與此同時(shí)，美國(guó)越來(lái)越重視針對(duì)GPS衛(wèi)星的各類在軌故障修復(fù)技術(shù)，進(jìn)一步提高GPS空間星座的可靠性和魯棒性。美國(guó)空軍在導(dǎo)航技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星－3項(xiàng)目中，將“在軌數(shù)字波形生成器技術(shù)”的優(yōu)先級(jí)列為最高。在軌數(shù)字波形生成器技術(shù)在功能上是一種類似于軟件無(wú)線電、利用硬件加以實(shí)現(xiàn)的技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航信號(hào)波形、中心頻率等多種參數(shù)的調(diào)整，可在GPS系統(tǒng)受到干擾時(shí)，調(diào)整或改變GPS系統(tǒng)導(dǎo)航信號(hào)的參數(shù)，從而進(jìn)一步提升或增強(qiáng)抗干擾能力[4]。

表1 主要的GPS信號(hào)抗干擾技術(shù)

2.針對(duì)原有的GPS信號(hào)體制進(jìn)行了改進(jìn)，目前的GPS系統(tǒng)發(fā)送兩種偽碼:粗測(cè)碼( C/A碼)和精確碼( P 碼)。前者用于民用, 后者只限于美國(guó)政府授權(quán)的用戶使用。這些碼以擴(kuò)頻方式調(diào)制在L1和L2兩種不同的頻率上發(fā)射。隨著GPS現(xiàn)代化進(jìn)程的進(jìn)行，美國(guó)國(guó)防部將對(duì)當(dāng)前的GPS衛(wèi)星信號(hào)體制進(jìn)行升級(jí)，增加發(fā)射3種新的信號(hào):一是高功率點(diǎn)波束軍用M碼信號(hào)。此信號(hào)采用數(shù)字控制的點(diǎn)波束天線，實(shí)現(xiàn)對(duì)全球區(qū)域覆蓋和重點(diǎn)區(qū)域覆蓋工作方式的切換，在重點(diǎn)區(qū)域工作的衛(wèi)星信號(hào)功率將增加幾十個(gè)dB，這將大大增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力，可為未來(lái)美軍在重點(diǎn)作戰(zhàn)區(qū)域執(zhí)行特種任務(wù)時(shí)提供排他性的導(dǎo)航定位支持；二是增加新的民用碼信號(hào)( L2C) , 此信號(hào)加載到L2載波上，原來(lái)加載在L1載波上的C/A碼繼續(xù)保留；三是增加L5頻段(1176.45MHz)，供民用航空等領(lǐng)域的高安全性用戶使用，這一信號(hào)上增加了指定的無(wú)數(shù)據(jù)導(dǎo)頻信號(hào)，使得相關(guān)用戶能夠在遇到強(qiáng)干擾情況下依靠導(dǎo)頻完成信號(hào)捕獲，進(jìn)一步提升了終端用戶的接收靈敏度性能。

3.針對(duì)不同軍種用戶對(duì)于GPS用戶終端的不同使用需求，設(shè)計(jì)不同類型的用戶終端，增強(qiáng)客戶端的導(dǎo)航對(duì)抗能力。美國(guó)陸軍航空與導(dǎo)彈司令部導(dǎo)彈研究發(fā)展與工程中心研制了小型廉價(jià)的GPS接收機(jī)天線，用于各種導(dǎo)彈和火箭彈，該接收天線可對(duì)抗連續(xù)波、寬帶噪聲、脈沖等多種類型的GPS干擾信號(hào)；美國(guó)洛克希德馬丁公司與羅克韋爾柯林斯公司合作，已研制出專用抗干擾GPS接收機(jī)GSTAR，G-STAR抗干擾接收機(jī)采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，以濾掉、抑制各種干擾信號(hào)；采用自適應(yīng)技術(shù)，在抑制干擾信號(hào)的同時(shí)，能自動(dòng)指向GPS衛(wèi)星的波束。另外，軍用M碼接收機(jī)也正在研制中，由于采用了先進(jìn)的加密電路，使得M碼接收機(jī)不用先捕獲C/A碼，就可直接獲取M碼。這一點(diǎn)對(duì)利用GPS制導(dǎo)的快速反應(yīng)武器尤為重要。

多種導(dǎo)航技術(shù)聯(lián)合使用，在原有的GPS系統(tǒng)基礎(chǔ)上，為不同類型的用戶和作戰(zhàn)平臺(tái)配備組合導(dǎo)航系統(tǒng)。以全球鷹無(wú)人機(jī)為例，該型飛機(jī)采用美國(guó)Kearfott公司生產(chǎn)的INS/GPS組合導(dǎo)航系統(tǒng)，將傳統(tǒng)的慣性導(dǎo)航傳感器與GPS傳感器進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，當(dāng)GPS信號(hào)遇到干擾或欺騙而出現(xiàn)失效時(shí)，啟用慣性導(dǎo)航傳感器為飛機(jī)提供精確的位置、速度和姿態(tài)信息，從而保障飛行安全。

五、小結(jié)

從上述分析可見，隨著相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)的不斷發(fā)展，導(dǎo)航戰(zhàn)正呈現(xiàn)出如下的趨勢(shì)：

1.抗干擾技術(shù)快速發(fā)展，使得維修導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)對(duì)復(fù)雜條件和環(huán)境的能力不斷增強(qiáng)，因此針對(duì)維修導(dǎo)航系統(tǒng)的壓制和干擾必須選擇效費(fèi)比最優(yōu)的技術(shù)手段；

2.攻防并重，綜合使用多種不同類型的導(dǎo)航對(duì)抗技術(shù)，根據(jù)導(dǎo)航對(duì)抗的實(shí)際態(tài)勢(shì)實(shí)時(shí)調(diào)整相關(guān)對(duì)抗策略，在有效遏制敵方導(dǎo)航服務(wù)的同時(shí)也要有效地保障自身的導(dǎo)航信息安全，從而更加有效地提供戰(zhàn)場(chǎng)時(shí)空信息支援；

3.由于現(xiàn)代導(dǎo)航系統(tǒng)存在于自由空間，沒(méi)有明顯的區(qū)域和邊界，因此導(dǎo)航戰(zhàn)技術(shù)應(yīng)與信息作戰(zhàn)支援戰(zhàn)術(shù)緊密融合，有計(jì)劃、有步驟地使用好不同類型的干擾和防護(hù)資源，才能保障在有效遏制敵方的同時(shí)保障我方的正常運(yùn)轉(zhuǎn)；

4.進(jìn)一步發(fā)展自主衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，建設(shè)好、使用好和維護(hù)好我國(guó)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵系統(tǒng)、裝備、部件和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的自主可控才是贏得導(dǎo)航戰(zhàn)主動(dòng)權(quán)的關(guān)鍵。