美軍導航戰(zhàn)運用淺析及思考

［魏蒸 李景偉 王春雷 常凱］

1 引言

在1997 年，美軍正式提出“導航戰(zhàn)”概念，并將其定義為：阻止敵方使用衛(wèi)星導航信息，保證己方和盟友部隊可以有效地利用衛(wèi)星導航信息，同時不影響戰(zhàn)區(qū)以外區(qū)域和平利用衛(wèi)星導航信息。

在GPS 系統(tǒng)發(fā)展之初，美國就敏銳地認識到：戰(zhàn)時，全球部署的GPS 系統(tǒng)運行控制段極易受到敵方的干擾與攻擊，導致衛(wèi)星導航系統(tǒng)不能提供滿足軍事作戰(zhàn)要求的服務。所以近年來美國國防部一直在從事導航戰(zhàn)理論技術以及相關政策的研究，并且在美軍多次局部戰(zhàn)爭和演習演訓中進行試驗和迭代，使得理論和技術不斷得到檢驗和升華，逐漸形成了較為完備的理論和技術體系[1]。

2 導航戰(zhàn)技術的主要門類

導航戰(zhàn)作為美軍軍事行動對于PNT（Positioning,Navigation，and Timing，定位導航計時）體系影響，可劃分為進攻性導航戰(zhàn)和防御性導航戰(zhàn)兩大技術門類。與電子戰(zhàn)領域的其它門類類似，導航戰(zhàn)的主要任務是確保我方有效保護對于導航基礎設施及手段的有效使用，同時盡可能阻礙和破壞敵方的正常導航定位服務。導航戰(zhàn)技術是提升、增強戰(zhàn)場或對抗環(huán)境下衛(wèi)星導航系統(tǒng)服務能力最重要的手段之一，在一定程度上代表著衛(wèi)星導航系統(tǒng)的先進程度與服務的可用性與穩(wěn)健性。

2.1 進攻性導航戰(zhàn)技術

進攻性導航戰(zhàn)技術主要是指采取主動性手段，干擾、破壞甚至摧毀敵方導航系統(tǒng)和設施，從而破壞敵方對于現(xiàn)代導航定位服務的獲取能力，從根本上降低敵方作戰(zhàn)效能。以GPS 系統(tǒng)為例，進攻性導航戰(zhàn)技術主要包括三大類基本手段[2]：

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

（2）針對導航系統(tǒng)的地面運控部分：由于衛(wèi)星導航系統(tǒng)的地面運控站、監(jiān)測站和上行注入站等地面運控設施一般為全球部署，因此可針對這些設施采取無線電干擾、信息安全攻擊等手段，從而使得這些地面運控設施難以正常工作，從而使得整個導航系統(tǒng)無法正常運轉；

（3）針對導航系統(tǒng)的用戶部分：在實際應用中，可采用壓制和誘騙干擾等多種手段，對于機載、車載、彈載和單兵手持等導航終端進行直接干擾，使其無法輸出或錯誤輸出導航信息，進而起到干擾導航系統(tǒng)正常使用的作用。

2.2 防御性導航戰(zhàn)技術

防御性導航戰(zhàn)技術主要是指采取被動性手段，有效的抵抗、化解相關破壞與干擾，從而保障我方準確、可靠的導航定位服務。與進攻性導航技術相對應，防御性導航戰(zhàn)技術主要分為三個門類：

（1）針對導航系統(tǒng)的空間部分：進一步優(yōu)化導航衛(wèi)星星座的設計，使得其軌道排布更加合理；采用電磁或激光加固技術進一步提升導航衛(wèi)星的防護性能；通過星間鏈路等技術逐步提升導航星座的自主運行能力，從而更加有效的抵御反衛(wèi)星武器的打擊威脅；

（2）針對導航系統(tǒng)的地面運控部分：進一步加強地面運控設施及其周邊區(qū)域的安全保衛(wèi)措施；進一步優(yōu)化不同類型的地面基礎設施的地面部署，對于關鍵設施進行冗余配置；對系統(tǒng)的遙測和通信鏈路進行加密保護，防止信息安全攻擊；

（3）針對導航系統(tǒng)的用戶部分：進一步優(yōu)化系統(tǒng)的信號體制設計，針對軍事用戶的實際需要，提升信號的防篡改、防破譯和防干擾能力；進一步提升各類導航終端的抗干擾能力，采用自適應干擾抑制、射頻檢測、組合導航等多種技術，確保各類終端及時發(fā)現(xiàn)并上報潛在的惡意干擾。

3 近年來美軍導航戰(zhàn)理論及政策

2019 年8 月，美國國防部發(fā)布了其公開版國防部定位導航與授時體系戰(zhàn)略報告，報告中提到導航戰(zhàn)包括國防部PNT 體系功能的防御型和進攻型應用組合，其作用是通過協(xié)調空間網(wǎng)絡空間和電子戰(zhàn)來影響所有作戰(zhàn)領域。在所有作戰(zhàn)領域中進攻和防御能力特點是定義導航戰(zhàn)環(huán)境并將其用于作戰(zhàn)目的的關鍵[3]。導航戰(zhàn)行動包括如下，如圖1 所示。

圖1 導航戰(zhàn)行動

（1）了解戰(zhàn)場上對手的依賴性和脆弱性；

（2）了解戰(zhàn)場上聯(lián)合PNT 保證的太空網(wǎng)絡空間和射頻威脅；

（3）對PNT 信息基礎設施的動能威脅；

（4）射頻頻譜和網(wǎng)絡空間的實時狀態(tài)；

（5）聯(lián)合導航戰(zhàn)功能的可用性和狀態(tài)。

國防部政策規(guī)定，美國和盟軍必須有效地使用導航戰(zhàn)，以確保PNT 優(yōu)勢支持軍事行動，這要求所有國防部系統(tǒng)都必須符合導航戰(zhàn)，且必須由國防部采購和適當?shù)臏y試機構對合規(guī)性進行測試和驗證，如果系統(tǒng)在預期的物理電磁和網(wǎng)絡環(huán)境中，在特定任務所需的時間段內繼續(xù)按照任務要求的準確性級別提供受信任的PNT 信息，則該系統(tǒng)將被確定為符合導航戰(zhàn)要求。

3.1 進攻型導航戰(zhàn)

聯(lián)合進攻型導航戰(zhàn)能力包括在物理網(wǎng)絡空間域或射頻頻譜中的任何信息（無論當前是否與PNT 任務相關），這些都可被調用以產生動態(tài)或非動態(tài)PNT 不利影響。作戰(zhàn)人員在執(zhí)行進攻型導航戰(zhàn)行動時，必須考慮到PNT 在信息體系中對友軍和敵對部隊的綜合作用PNT 是體系的基本推動者，對于電信和信息系統(tǒng)的有效運行是必不可少的。這種啟用的PNT 系統(tǒng)是指揮和控制軍隊、有效使用武器以及執(zhí)行許多重要軍事和情報任務不可或缺的，隨時可用的精確位置和時間為美軍和敵軍提供了近乎實時的態(tài)勢感知。在這種情況下，PNT 是美國和敵對技術情報體系結構的重要組成部分為了實現(xiàn)PNT 優(yōu)勢，國防部將做如下籌劃：

（1）確保美國和盟軍使用PNT 設備，其中包含各種已知且特征明確的PNT 信息源。要有效地執(zhí)行進攻型導航戰(zhàn)方案，就必須全面了解美國和盟軍使用的PNT 能力和應用范圍，以避免犧牲；

（2）加速服務計劃，以實施模塊化開放系統(tǒng)方法進行PNT 功能集成，以加速應用程序的可用性，從而增強進攻型導航戰(zhàn)的靈活性；

（3）繼續(xù)敦促快速部署GPS 軍用碼接收器，這對于美國全面啟用電子攻擊并利用GPS 現(xiàn)代化計劃的固有優(yōu)勢至關重要。

3.2 防御型導航戰(zhàn)

國防部利用PNT 功能的分層體系結構，以防止由于國防部系統(tǒng)中使用的PNT 信息源受到干擾而導致導航戰(zhàn)操作性能下降使用各種經過整合和驗證的PNT 信息源，以符合預期的導航戰(zhàn)環(huán)境，可確保在國防部武器系統(tǒng)和平臺中啟用PNT 程序的連續(xù)性。國防部將做如下籌劃：

（1）盡可能采用模塊化的開放系統(tǒng)方法將國防部PNT 體系功能集成到國防部平臺和武器系統(tǒng)中，在應對不斷發(fā)展的導航戰(zhàn)威脅環(huán)境中實現(xiàn)最大的靈活性和不可預測性；

（2）與美國盟國進行討論并建立協(xié)議，以獲取和使用PNT 體系功能，最大程度地減少殺傷力并確保在導航戰(zhàn)組合作戰(zhàn)環(huán)境中的互操作性。

4 美軍導航戰(zhàn)運用及效果

近些年，美軍在伊拉克、科索沃、阿富汗、利比亞、敘利亞、俄烏戰(zhàn)爭以及施里弗、紅旗、海軍航母等一系列局部戰(zhàn)爭和演習中廣泛應用，其核心是奪取定位導航與授時信息在內的制信息權，如表1 所示。

在表1 中涉及的美軍在導航戰(zhàn)中的作戰(zhàn)及訓練內容較多，為便于歸納上述美軍導航戰(zhàn)的運用情況，從上表中選取具有代表意義案例進行重點分析和解讀。

表1 美軍近年來歷次導航戰(zhàn)情況

4.1 敘利亞軍事打擊中的導航戰(zhàn)

2018年3月中下旬以來，俄羅斯為對抗美國的無人機，在敘利亞地區(qū)對GPS 信號進行了干擾。4 月13 日，敘利亞周邊的IGS 站BSHM 測站出現(xiàn)數(shù)據(jù)中斷現(xiàn)象，GPS 部分衛(wèi)星P 碼信號功率大幅度增強。BSHM 測站及附近數(shù)據(jù)利用率如圖2、圖3 所示，可知4 月6～20 日三個測站的數(shù)據(jù)利用率均在90%以上。BSHM 測站數(shù)據(jù)利用率在4月12～16 日波動較大且相對較低，在4 月13 日達到最低即91%[4]。4 月14 日，敘利亞當?shù)貢r間凌晨4 點，美國對敘利亞實施打擊；4 月17 日，GPS 信號功率恢復正常；4 月23 日，地面干擾逐漸減弱據(jù)此可判斷，美軍對敘利亞進行軍事打擊前后，敵對雙方上演了GPS 信號干擾與反干擾的導航戰(zhàn)?？傊瑪⒗麃喌貐^(qū)經歷了俄羅斯對GPS信號進行局部干擾，美國實現(xiàn)對P 碼信號增強，美國對敘利亞實施軍事打擊，GPS 信號功率恢復，地面干擾逐漸減弱，從而形成了一個完整的GPS 導航戰(zhàn)實例。

圖2 敘利亞戰(zhàn)場附近測站分布圖、各站數(shù)據(jù)利用率[5]

圖3 BSHM 測站衛(wèi)星數(shù)、DOP 值及信噪比變化[5]

敘利亞軍事打擊中的導航戰(zhàn)表明：美國已經可以在實戰(zhàn)中，靈活地運用各種導航戰(zhàn)技術配合地面軍事打擊，包括區(qū)域軍用信號功率增強技術和導航拒止技術[1]。

4.2 加快演練在GPS 受干擾條件下作戰(zhàn)應用

紅旗系列演習是美國空軍最重要的軍事演習，是在近實戰(zhàn)環(huán)境下實施的高強度空戰(zhàn)對抗訓練。2018 年1～2 月，美空軍聯(lián)合海軍、海軍陸戰(zhàn)隊以及澳洲皇家空軍與英國皇家空軍，在美國西部內華達州內利斯試驗訓練靶場，舉行了規(guī)?？涨暗募t旗18 演習。本次演習的重點科目之一是GPS 干擾環(huán)境下的空戰(zhàn)組織與實施。參演部隊需要在無GPS 提供PNT 服務的情況下實施防區(qū)外導彈攻擊、飛越敵占區(qū)進行精確目標打擊等作戰(zhàn)任務。這種對抗不僅是火力的對抗，也是PNT 的對抗。

2018 年9 月，美軍航母第4 攻擊群在美國東海岸組織的2018 年度第3 次軍演中，假想GPS 被切斷處于不可用狀態(tài)下的模擬實戰(zhàn)演習，如圖4 所示。2019 年2 月6日10 日，同樣是美軍航母第4 攻擊群在美國東南部至加勒比海地區(qū)組織的本年度第1 次演習中，在不同時段對該區(qū)域GPS 信號進行了干擾。

圖4 美軍航母戰(zhàn)斗群在美國東海岸組織的導航戰(zhàn)演習

美國近期實施的導航戰(zhàn)戰(zhàn)例表明：美國導航戰(zhàn)技術發(fā)展已經日趨完善，有著系統(tǒng)的作戰(zhàn)條令可供遵循，并且將GPS 拒止條件下的作戰(zhàn)應用作為演習訓練的重點[6]。

4.3 加強導航戰(zhàn)偵查預警能力

Hawkeye360 系統(tǒng)是美軍近年來建設的重要電磁空基偵查系統(tǒng)，星座由三個集群中的九顆衛(wèi)星組成,以檢測、表征和地理定位來自VHF 海洋無線電、UHF 一鍵通無線電、海事和陸基雷達系統(tǒng)、L 段衛(wèi)星設備和緊急情況等發(fā)射器的射頻信號信標。在俄烏沖突中，利用Hawkey e360、Unseenlabs 等公司的信號情報（Signals Intelligence，SIGINT）衛(wèi)星進行戰(zhàn)場無線電測向、信號特征分析和通信破譯。在導航戰(zhàn)領域，Hawkeye360 具體用于對烏克蘭戰(zhàn)場上的GPS 干擾進行了監(jiān)視偵察，同時還對俄軍GPS 干擾設備進行了溯源，并將相關信息傳遞給烏軍，為烏軍的定點伏擊提供了目標信息，如圖5 所示。

圖5 俄烏戰(zhàn)爭中Hawkeye360 偵查繪制的輻射源電子地圖

此外利用陸基電子戰(zhàn)系統(tǒng)監(jiān)測俄羅斯GPS 干擾輻射源。2022 年2 月23 日，美國將第82 空降師部署在波蘭。該師擁有“預言家”信號情報收集系統(tǒng)，該系統(tǒng)經過多次升級后，不但具備通信干擾能力，還具備GPS 干擾能力?！邦A言家”電子戰(zhàn)系統(tǒng)主要負責繪制烏克蘭戰(zhàn)場上的俄軍輻射源地圖，為指揮官提供通信/雷達攔截和測向能力。其電子繪圖可探測、識別、定位和跟蹤探測距離范圍內的無線電頻率輻射源，并利用圖像描繪出輻射源電子目標指示信號?！邦A言家”具有針對俄羅斯導航戰(zhàn)相關的能力，包括保護戰(zhàn)場上烏軍的GPS 系統(tǒng)、檢測虛假的GPS 信號。該系統(tǒng)同時具有攻擊俄軍“格洛納斯”導航系統(tǒng)的能力，但預計懾于俄羅斯強大的導航戰(zhàn)干擾源監(jiān)測能力，其導航干擾能力應未使用[7]。

俄烏戰(zhàn)爭中導航戰(zhàn)表明：美國已經可以利用星基和地基等電子偵查系統(tǒng)對盟軍進行系統(tǒng)的情報支撐，烏軍利用美軍聯(lián)合全域偵察能力獲得了很大的戰(zhàn)術主動性，延緩了俄軍戰(zhàn)略的推進。

4.4 探索多域聯(lián)合的導航戰(zhàn)技術

2015 年12 月～2016 年5 月，在相隔不到半年的時間內，美軍連續(xù)實施了2 次施里弗空間作戰(zhàn)演習，打破了以往每隔1～2 年開展一次施里弗演習的慣例，創(chuàng)造了新的最短時間間隔記錄。從施里弗-V 開始，美國就著手探索太空和網(wǎng)絡空間2個作戰(zhàn)疆域的作戰(zhàn)問題，從最初的概念探索到接近實際作戰(zhàn)的場景，并且在天、網(wǎng)、電3 個作戰(zhàn)域集成的基礎上，探索對GPS 衛(wèi)星的網(wǎng)絡攻防想定內容，包括網(wǎng)絡攻擊GPS 衛(wèi)星、欺騙GPS 信號、使GPS 衛(wèi)星將錯誤的數(shù)據(jù)提供給精確制導武器等軍用GPS 數(shù)據(jù)接收端等。

網(wǎng)絡安全與信息保證技術美國空軍認為，網(wǎng)絡攻擊將成為未來GPS 系統(tǒng)面臨的重要威脅之一，因此GPS 系統(tǒng)的網(wǎng)絡安全與信息保證已經成為美國必須解決的問題。網(wǎng)絡安全與信息保證是美國新一代“運行控制系統(tǒng)”（OCX）具備的重要核心能力。美國空軍為GPS 新一代“運行控制系統(tǒng)”設計了多層防護的安全結構，以應對由內部威脅、物理威脅、網(wǎng)絡威脅與供應鏈威脅構成的安全威脅。按當前的計劃[8]。

上述空間及網(wǎng)絡發(fā)展表明：衛(wèi)星導航系統(tǒng)的通信、指揮鏈路正面臨著日益嚴重的網(wǎng)絡安全問題，網(wǎng)絡安全已經成為GPS 運行控制系統(tǒng)必須解決的問題。通過作戰(zhàn)演習，為GPS 新一代運行控制系統(tǒng)的建設與發(fā)展奠定了基礎。

5 美國導航戰(zhàn)發(fā)展啟示

5.1 加速導航戰(zhàn)全鏈及全域規(guī)劃和設計

導航戰(zhàn)理論自美軍上世紀八十年代至今的醞釀與發(fā)展，經過數(shù)次演習和局部戰(zhàn)爭檢驗，已經形成了較為完備和成熟作戰(zhàn)體系，并且可以嫻熟地在實戰(zhàn)中應用。導航戰(zhàn)的領域早已不是單純針對導航終端設備，而是是星座、運控、終端全鏈條以及陸海、空天、網(wǎng)絡、電子等諸多作戰(zhàn)領域的綜合攻防對抗。而目前國內基于導航戰(zhàn)的技術研究和應用，主要集中在對于導航終端的干擾和抗干擾對抗方面，而缺少對于導航戰(zhàn)的星-控-終端全鏈條以及陸海、空天、網(wǎng)絡、電子等全領域進行攻防設計的頂層政策規(guī)劃，加速相關手段及技術研究，有針對性地進行空間段、地面段與用戶段加固，此外逐步建立導航戰(zhàn)體系試驗以及評估方法，在各類演習演練中引入導航戰(zhàn)科目，不斷在實踐中淬煉并檢驗導航戰(zhàn)的理論及技術。

5.2 加速構建星基電子偵查和導航快速補網(wǎng)能力

在此次俄烏戰(zhàn)爭中，美軍的天基、空基、陸基等電子偵查系統(tǒng)對于烏軍的情報支撐，實時繪制俄軍對于GPS進行干擾的電子地圖，為烏軍作戰(zhàn)中規(guī)避干擾，打擊干擾源贏得了主動。此外“星鏈”衛(wèi)星在此次俄烏戰(zhàn)爭中大放異彩?！靶擎湣毙l(wèi)星通信速度可達數(shù)百Mb/s，只需通過軟件升級、同現(xiàn)有GPS 信號相結合，就可以將其打造成低成本、抗干擾、信號強、高精度的衛(wèi)星定位和導航系統(tǒng)。如果使用即時軌道和時鐘數(shù)據(jù)，“星鏈”低軌定位系統(tǒng)能夠使用戶的位置精度達到30 cm 以內，占用“星鏈”下行帶寬不超過1%，耗電不超過0.5%，進一步彌補了GPS 的不足，提升了烏軍戰(zhàn)場上的機動與跨域協(xié)同能力，強化了通信和導航作戰(zhàn)優(yōu)勢。所以我國也要加速布局電子偵查衛(wèi)星及星鏈系統(tǒng)的規(guī)劃與建設，贏得戰(zhàn)場的主動權，并且在衛(wèi)星系統(tǒng)受限的情況下，利用低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡實現(xiàn)快速補網(wǎng)。

5.3 深入全源融合導航技術的研究

多種導航技術聯(lián)合使用，在原有的衛(wèi)星定位系統(tǒng)基礎上，為不同類型的用戶和作戰(zhàn)平臺配備組合導航系統(tǒng)。組合導航定位技術能夠在現(xiàn)有導航定位技術的基礎上，通過優(yōu)化組合及相應的技術處理得到最佳的導航定位精度，它具有投入成本低、抗干擾性能好等優(yōu)點?，F(xiàn)有組合導航定位技術能夠實現(xiàn)衛(wèi)星定位與慣導、天文導航、偽衛(wèi)星區(qū)域導航系統(tǒng)（Locata 系統(tǒng)[9]、Terralite XPS）、羅蘭-C、康塔、數(shù)據(jù)鏈、激光、視覺等系統(tǒng)間的組合導航。以上組合導航定位技術的共同特點在于通過技術手段[7]，融合不同導航系統(tǒng)和體制的導航信息，達到最佳的定位精度和定位可靠性，降低敵方實施干擾對我方導航定位精度及可靠性的影響。而目前組合導航定位技術普遍采用的信號融合處理技術為卡爾曼濾波法，此種方法應用已經相當成熟，但其自身也存在不足，因此，要進一步加大對導航信息處理和融合技術的研究，力爭發(fā)明和使用新的信息處理技術，使目前組合導航定位技術有所突破，進一步提高組合導航定位機的性能。

6 結語

本文圍繞導航戰(zhàn)的表現(xiàn)形式和技術現(xiàn)狀,著重梳理美軍導航戰(zhàn)的最新作戰(zhàn)條令和政策法案制定進展，并對美國近期實施的導航戰(zhàn)情況進行了深入剖析，最后提出了發(fā)展啟示。在此基礎上需要持續(xù)跟蹤美軍的導航戰(zhàn)的最新發(fā)展，逐漸開展導航戰(zhàn)的全鏈頂層規(guī)劃設計，加速星鏈建設布局，加強多種組合手段的研究和國產化率，以應對未來導航戰(zhàn)領域的挑戰(zhàn)。