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GPS信號易受干擾與壓制,美軍研製不依賴GPS導航裝置!

攜帶型GPS干擾器的價格,已低到幾十美元一台。它能在一定範圍內,壓制與干擾美製GPS的導航定位信號,讓採用GPS制導系統的武器打不中目標。目前,美軍正在開發全新的定位導航系統,有了這種系統,美軍就可以不依賴GPS而高效作戰。

作者:楚人陳奇雄

美國陸軍以及其他軍種,都嚴重依賴GPS來授時、定位與導航,因此美軍的對手都在提升與強化反GPS能力。多年來,為擺脫軍隊對GPS的嚴重依賴狀態,美國幾大軍種,都在尋求不依賴GPS系統的備份導航技術。

據外媒報道,2017年7月6日,美國陸軍快速能力辦公室發布了「定位、導航與授時替代方案」信息徵集書,號召相關企業研製可替代GPS系統的全新導航系統,以讓陸軍地面部隊、陸軍航空兵等兵種的作戰平台與作戰人員,可以在GPS信號被屏蔽情況下有效作戰。

GPS系統,是美軍於20世紀九十年代建成的一個全球衛星授時、導航、定位系統。GPS也是一項完全由美軍掌控的基礎作戰設施。經過多年的發展,美軍及其盟友的軍隊,在作戰時,已對其產生了嚴重依賴。美軍及其盟友軍隊的坦克裝甲車、各型戰機、各種水面艦艇與潛艇等種種作戰平台,及眾多精確制導彈藥,大都用上了GPS終端,這讓美軍及其盟友在與對手作戰時,擁有導航與定位方面的優勢。

(下為美製GPS空間部分簡介)

但進入21世紀后,美軍驚訝地發現,一旦離開GPS系統,美軍自己都沒法遂行作戰和保障任務。

大家知道,GPS的信號,其實非常微弱,很容受到干擾、壓制與屏蔽。如東北亞某國,就曾利用大型版GPS干擾器屏蔽了韓國的GPS信號。2012年,該國在16天時間內,動用作用距離達50到150公里的GPS干擾器材,讓韓國的1016架次飛機和254艘輪船的GPS信號發生中斷。在2003年的伊拉克戰爭中,伊拉克軍隊利用從俄羅斯購買的GPS干擾器,讓美軍發射的部分GPS制導武器偏離目標。

各國已開發出來的GPS干擾器種類繁多:有可干擾數十公里範圍內GPS信號的大型車載移動式干擾器,也有可由單兵攜帶的超小型干擾器。其中,超小型GPS干擾器,在黑市上只需幾十美元一個。

近年來,美軍及其盟友軍隊,為提高部隊在高威脅環境中的作戰能力,大力提高武器制導系統的可靠性,都在加速發展不依賴GPS的武器制導技術,並研製出多型不依賴GPS導航的武器平台。

(加裝GPS接受機后,火箭彈的命中率大大提高)

美國是GPS的開發國,也是最早意識到軍隊在作戰行動中,如果對GPS過度依賴,就會讓自己處於危險狀態的國家。美軍認為,隨著GPS干擾技術的快速發展及GPS干擾器被做成白菜價,美軍必須擁有一種新的能力,有了這種新的能力,美軍在沒有GPS信號情況下,也能隨時隨地知道自己在哪,敵人在哪。

為此,從2010年開始,以美軍為首的北約軍隊,就著手開發不依賴GPS的新型導航定位技術與裝備。

美國國防部高級研究計劃局專家,曾在不同場合強調,研製新型導航定位裝置的目的,是用它全面替代GPS,而不是僅僅用它作為GPS系統的補充。

專家認為,美軍及其盟友正在開發的、不依賴GPS的新型導航定位系統,至少有四種:

第一種,是新一代低成本微型慣性導航系統。

慣性導航技術,是一種很古老的導航技術。其最大優點是,在導航時,它不與外界發生信息交換,所以也能不被外界信號干擾。新一代慣導技術,是在傳統慣性導航技術基礎上發展起來的微型化、精確化導航技術。2013年,美國國防部高級研究計劃局,就啟動了一個名為「彈藥精確強大慣性制導:先進慣性微型感測器」的項目,旨在給制導彈藥研發一種精確導航技術,讓制導彈藥在「沒有外部導航援助」如GPS支持情況下,也能準確摧毀目標。

(滑翔增程制導炸彈上,裝有GPS/INS複合制導系統)

按美國國防部高級研究計劃局專家的說法,新一代慣導裝置,是一種微機電系統,它利用冷原子干涉陀螺儀來實現慣性測量,利用微晶元來完成數據處理。新一代慣導裝置,具有體積小、成本低優點,它也是一種模塊化設計的通用裝置,可即插即用,可輕易整合進各種武器平台與彈藥中。它不需外部數據支持,就可長時間給各種平台與彈藥提供準確的導航定位服務。

美國密歇根大學的研究人員,已在新一代慣導裝置的研製上,取得重大進展。他們將微米級大小的陀螺儀、加速器和原子鐘,集成到了一塊8立方毫米的晶元上,這個晶元,就是一個不依賴外界信息的自主導航系統。以這種晶元作為核心部件的慣導裝置,整體尺寸比1美分硬幣還小。麻雀雖小,卻五臟俱全,因為在它內部,裝有由3個陀螺儀與3個加速度計組成的6坐標軸慣性測量裝置,及高精度的微型原子主時鐘。

這種新型慣導裝置,體積小、重量輕,但功能強大,它可用在手持式導航儀、小口徑彈藥以及小型空中平台上。

第二種,是超微型多合一導航晶元。

這種導航晶元,是一種可對來自圖像導航、慣導、GPS導航、地磁導航等多種導航裝置的數據進行綜合處理,並輸出自身位置的高性能晶元。當這種晶元被用在無人機或彈道導彈上時,可讓無人機與彈道導彈在高危與高干擾環境下,成功完成任務。比如,在GPS信號良好時,它就利用GPS信號來導航;當GPS信號受到干擾時,它就轉為採用慣導系統與地磁導航系統來校正無人機與彈道導彈的飛行軌跡;當然,它上面的圖像導航系統,也會在無人機與彈道導彈的飛行過程中,發揮導航定位功能。

美軍已提出配有超微型多合一導航晶元的新一代導引頭概念方案。在新一代導引頭中,裝有超微型多合一導航晶元、被動捷聯式電光/紅外感測器、GPS接收機、慣性測量部件、磁強計等元器件。

其中,超微型多合一導航晶元,是導引頭的大腦與計算中心。隨著微機電技術、感測器技術的迅猛發展,將來,被動捷聯式電光/紅外感測器、GPS接收機、慣性測量部件、磁強計及其它導航裝置,還可能被整合進超微型多合一導航晶元中,而讓超微型多合一導航晶元成為一個集多種感測器與測量裝置、計算裝置、數據輸出裝置於一體的全能導航定位與授時裝置。

(美製精確制導炸彈普遍採用GPS制導技術)

第三種,是全源定位和導航系統。這種導航系統在工作時,可綜合使用包括商用衛星的無線電信號、電視廣播信號、星光信號等多種信號源中的信息,來算出自己所處的空間位置、運行速度與方向。這種導航系統在GPS信號較弱甚至消失的情況下,也能提供比GPS模塊定位導航系統更強更豐富的導航定位信息。

在全球範圍內,最先開展全源定位和導航系統技術研發的國家,是英國。美軍打算將英國開發的該種技術提檔升級,變為己有。

早在2012年,英國的BAE系統公司,就宣布自己正在開發「通過隨機信號導航裝置」,試圖通過利用諸如Wi-Fi信號、無線電台和行動電話等發出的輻射信號,來計算系統用戶的位置,精度可達到數米,其抗干擾能力超出GPS幾千倍。在某些情況下,它甚至可以利用GPS干擾機所發射的信號來進行輔助導航。

「通過隨機信號導航裝置」,本質上是一種全源定位和導航裝置。

全源定位和導航系統工作所需要的大多數基礎設施都是現成的,所需要的硬體都可通過商業系統獲取,用戶不需要為它建立費用高昂的發射機網路。此外,它還可被集成到現有的各種定位設備中,從而提供比GPS更為優越的服務。

全源定位和導航系統系統,可以在建築物林立的城區和建築物內等GPS信號不能到達的地方發揮作用。它還可以通過捕獲低軌道衛星和其它民用設備及太空中星星發出的無線電信號或光電信號來工作,因而它可在北極等世界上最偏遠的地區發揮作用。

第四種,是超低頻導航系統。

目前,各國海軍幾乎都需要依靠超低頻通信系統,來與在深海活動的潛艇保持聯絡,而這種超低頻無線電波也可用於地理定位。當GPS系統失效時,超低頻導航系統,就可作為替代定位手段使用。目前,美國國防部高級研究計劃局,正在資助美國佛羅里達大學國際雷電研究與測試中心發展超低頻導航定位技術。

(美製「宙斯盾」艦上,也配有GPS導航終端)

軍事專家認為,減少對GPS的依賴,這是美軍及其盟友們積極發展不依賴GPS導航技術的主要原因。

美軍是一支憂患意識很強烈的軍隊。美軍是GPS系統的開發者,所以他們對GPS的弱點很清楚。

美軍認為,在未來戰場上,GPS很不可靠,過度依賴GPS,將會使己方武器系統在GPS信號受到自然或人為干擾時,變得極為脆弱。因此從本世紀初開始,美軍就在設法開發新的定位導航系統,以使武器平台與彈藥在導航與定位方面,不再完全依靠GPS。

(本文為原創作品,如需轉載,請註明出處!本文作者「楚人陳奇雄」先生,是武漢某報資深記者、軍事版編輯、科技史愛好者。)

特別聲明與鳴謝:本文所有配圖,都來自網路,特在此向這些圖片的提供商與拍攝者,表示最真誠的感謝;本文所有數據,均來自知網、《兵器知識》、新華網、人民網、央視網、龍源期刊網等地方,特向這些數據提供者表示最誠摯的謝意。

(下為韓國戰機投放GPS制導炸彈場面)



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