現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)空間在過(guò)去十年中發(fā)生了變化,軍事使用GPS向作戰(zhàn)人員提供關(guān)鍵定位,導(dǎo)航和定時(shí)(PNT)信息面臨著來(lái)自對(duì)手威脅系統(tǒng)的挑戰(zhàn)。GPS仍然與美國(guó)軍方及其盟國(guó)相關(guān),即使在沒(méi)有GPS的環(huán)境中使用也是如此。現(xiàn)有和未來(lái)的軍用GPS解決方案必須特別考慮那些為手持和超小型應(yīng)用而設(shè)計(jì)的用途,其中尺寸,重量,功率和成本(SWaP-C)都是關(guān)鍵考慮因素。
軍事威脅環(huán)境已經(jīng)改變,對(duì)等國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手作為對(duì)手或威脅系統(tǒng)提供商回歸對(duì)手。基于對(duì)等威脅系統(tǒng)對(duì)GPS提供的精確絕對(duì)PNT(定位,導(dǎo)航和授時(shí))帶來(lái)的挑戰(zhàn),美國(guó)軍方及其盟國(guó)在很大程度上將該問(wèn)題定義為“GPS拒絕”,并專注于開(kāi)發(fā)非GPS解決方案。然而,詳細(xì)的分析提供了不同的圖景,有助于更直接的解決方案。
實(shí)現(xiàn)精確打擊能力
GPS 是美國(guó)國(guó)防部 (DoD) “二次偏移”戰(zhàn)略的一部分,提供精確的絕對(duì) PNT,與非精確或相對(duì) PNT 不同。
“精確”P(pán)NT在國(guó)防工業(yè)中通常定義為定位應(yīng)用小于10米,通信應(yīng)用小于1毫秒。“絕對(duì)”P(pán)NT定義為使用1984年世界大地測(cè)量局(WGS84)參考框架和協(xié)調(diào)世界時(shí)(UTC)。使用絕對(duì)參考系,第二次抵消實(shí)現(xiàn)了低成本的精確武器,提高了從分散的部隊(duì)中傳遞質(zhì)量效應(yīng)的能力,提高了任務(wù)效率并降低了風(fēng)險(xiǎn) - 所有這些都提供了最低的總運(yùn)營(yíng)成本。
幾種第三偏移技術(shù) - 自主作戰(zhàn)平臺(tái)和高超音速武器 - 依靠絕對(duì)精度的PNT來(lái)有效。此外,相應(yīng)的作戰(zhàn)概念(CONOPS),即聯(lián)合全域作戰(zhàn)(JADO),依靠絕對(duì)精度的PNT來(lái)實(shí)現(xiàn)在集結(jié)效果的同時(shí)進(jìn)一步分散生存能力的力量的核心要求。
威脅的范圍
雖然一些組織試圖構(gòu)建一個(gè)框架來(lái)理解這個(gè)問(wèn)題,但實(shí)際上已經(jīng)提出了一個(gè)模型來(lái)清楚地識(shí)別絕對(duì)精度PNT的挑戰(zhàn)。
在此模型中,有一些關(guān)鍵特征定義了對(duì) GPS 的威脅:威脅級(jí)別、威脅原因、威脅持續(xù)時(shí)間和威脅范圍。在分析對(duì)有保證的PNT的挑戰(zhàn)時(shí),很明顯,它不是一個(gè)二元的“寬容”或所謂的沒(méi)有空間的一天問(wèn)題。相反,這四個(gè)關(guān)鍵特征的組合導(dǎo)致GPS可用,GPS在當(dāng)?shù)鼗騾^(qū)域不可用,GPS在全球范圍內(nèi)不可用。就本框架而言,“短”被定義為可以用高穩(wěn)定性時(shí)鐘或慣性能力進(jìn)行死角推算的時(shí)間或距離,“局部”是影響小部隊(duì)的區(qū)域,“區(qū)域”是軍事戰(zhàn)區(qū)的很大一部分。
根源
基于 GPS 的 PNT 中斷的原因是干擾、欺騙、阻塞或系統(tǒng)性中斷。干擾是射頻 (RF) 能量對(duì) GPS 接收器接收和解碼來(lái)自 GPS 星座的信號(hào)的能力的有意或偶然影響,而欺騙是一種更復(fù)雜和故意破壞 GPS 信號(hào)中的數(shù)據(jù)的努力。障礙物是一種被動(dòng)原因 - 物理對(duì)象,如洞穴,建筑物,多層樹(shù)葉,甚至山影 - 會(huì)阻塞GPS信號(hào)的RF能量并阻止足夠的能量到達(dá)天線,以便接收器獲取和跟蹤信號(hào)。從理論上講,系統(tǒng)性停電可能是由地面控制部分的損壞或損壞軌道上足夠數(shù)量的衛(wèi)星引起的,這不太可能發(fā)生。
排列解決方案
當(dāng)這樣進(jìn)行邏輯分解時(shí),解決方案本身可以解決每個(gè)列和/或組的不同問(wèn)題。
其中包含解決左側(cè)威脅的可能技術(shù),其中包括使用抗干擾和反欺騙技術(shù)強(qiáng)化 GPS,到以慣性和/或高穩(wěn)定性時(shí)鐘的形式使用航位推算增強(qiáng) GPS、其他可用的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、視覺(jué)測(cè)量、地形匹配、天體、 等等。目前存在解決方案來(lái)抵消最可能對(duì)GPS的威脅 - 第1-5欄中的威脅。
第一個(gè)也是最重要的緩解措施是對(duì)接收器進(jìn)行密鑰,以便它可以接收和處理加密的 GPS 信號(hào)——令人驚訝的是,由于沒(méi)有加密加密,軍用 GPS 經(jīng)常變得無(wú)效。為了防御同行競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手級(jí)威脅系統(tǒng),強(qiáng)烈建議使用帶有軍事代碼 (M-Code) 加密技術(shù)的現(xiàn)代化 GPS 設(shè)備,以使用戶設(shè)備能夠接收更強(qiáng)大的信號(hào)(~3dB 標(biāo)稱或 2 倍,具體取決于衛(wèi)星 – GPS IIR-M、IIF 或 III)并防御更復(fù)雜的欺騙。現(xiàn)代化的 GPS 接收器甚至可用于支持手持式和超小型應(yīng)用,其中尺寸、重量、功率和成本 (SWaP-C) 都是關(guān)鍵考慮因素。
除了M-Code的抗干擾功能之外,BAE系統(tǒng)公司還擁有數(shù)字抗干擾設(shè)備,可以提供超過(guò)220倍(100萬(wàn)倍)的抗干擾能力,以及一種抗欺騙技術(shù),可以可靠地檢測(cè)欺騙者并將其從PNT解決方案中消除。該設(shè)備可與傳統(tǒng)的選擇性可用性/反欺騙模塊 (SAASM) 和現(xiàn)代化用戶設(shè)備配合使用,可用于機(jī)載、艦載和地面車(chē)輛。除了洞穴等受阻信號(hào)(在沒(méi)有GPS信號(hào)的情況下,沒(méi)有GPS系統(tǒng)可以提供PNT)之外,目前第1-5列存在基于GPS的解決方案。在CONOPS指示的情況下,增加了航位推算系統(tǒng)(即慣性和/或高穩(wěn)定性時(shí)鐘),當(dāng)空間中存在信號(hào)時(shí),就沒(méi)有GPS拒絕的環(huán)境。
全球中斷;或者,沒(méi)有空間的一天
在極不可能發(fā)生的全球GPS長(zhǎng)時(shí)間中斷(控制部分損壞或多顆衛(wèi)星丟失)的情況下,美國(guó)正在尋求下一代現(xiàn)代化接收器能力,以處理來(lái)自盟國(guó)GNSS系統(tǒng)的信號(hào)。此舉旨在解決長(zhǎng)期全球GPS中斷的可能性。
歸根結(jié)底,國(guó)防工業(yè)中的許多人一直稱之為GPS拒絕的實(shí)際上是“沒(méi)有太空的一天”情景。前面提到的二元選擇的后半部分(即根本沒(méi)有信號(hào))被證明確實(shí)是一個(gè)更可解決的頻譜的極端。軍事威脅環(huán)境已經(jīng)演變,同行國(guó)家級(jí)PNT威脅系統(tǒng)威脅到美軍在其選擇的地點(diǎn)和方式進(jìn)行高速作戰(zhàn)行動(dòng)的能力。然而,要解決的問(wèn)題不是“GPS與GPS拒絕”的挑戰(zhàn)是發(fā)明,現(xiàn)場(chǎng)和操作GPS的替代品。GPS仍然是PNT最普遍,最精確和最便宜的來(lái)源。目前存在解決方案(即使是最受SWaP限制的平臺(tái)),以強(qiáng)化和增強(qiáng)系統(tǒng),以擊敗除最不可能的威脅場(chǎng)景之外的所有威脅場(chǎng)景。
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