“轉型計劃”下的美軍定位導航與授時能力發展

· 文|北京空間科技信息研究所 劉春保

“轉型計劃”下的美軍定位導航與授時能力發展

· 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布《彈性和分散空間體系白皮書》，分析了美國軍事航天的戰略環境。美國認為，不論自己的空間作戰能力如何強大，只要存在對空間系統依賴的短板，敵方必然會發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將從以大型空間系統為主，轉變為構建‘彈性和分散空間體系’（即本文中的“轉型計劃”），以提升空間系統的彈性（即抗毀能力）”，并將作戰能力、彈性和經濟可承受性作為評估未來軍事航天系統的重要指標。

美國空軍將彈性定義為：“彈性是一個系統體系在面對系統故障、環境挑戰或敵對行動時能夠繼續提供所需能力的本領。”而將“空間分散”定義為：“將天基任務、功能或傳感器分散于橫跨一個或多個軌道平面、平臺、載具以及多域的多個系統之中”。

為實現上述目標，美國空軍提出了實現軍事航天系統的彈性的5種分散形式，即：多軌分散、多域分散、載荷搭載、系統分解、功能分散。

那么，在“轉型”發展前提下，GPS與美軍定位導航與授時（PNT）能力將如何發展？

GPS是美國重要的空間基礎設施，是美軍軍事能力的倍增器，在冷戰結束后的歷次局部戰爭中均發揮了極其重要的作用。然而，衛星導航系統固有的脆弱性使GPS系統在滿足未來對抗條件下的作戰需求方面有著較大差距。

實際上，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》的發布，使我們可以更加明確地梳理出美國未來軍事PNT能力發展的思路，即通過整體能力的分散與單一能力增強，提升滿足PNT需求的能力，實現軍事PNT能力的整體彈性。依據美國軍方計劃、規劃，以及正在開展的預先研究項目，美國軍方正在通過多域分散的方式發展軍事PNT能力。

首先，GPS是美國軍事PNT能力的核心與基礎，提升GPS系統滿足未來作戰需求的能力就成為重中之重。美國正在實施GPS現代化計劃，軍用M碼信號、星上信號功率可調、新一代高速星間星地鏈路、點波束增強等將顯著增強GPS系統對抗環境下提供PNT服務的能力。未來GPS系統定位精度將達到0.5m，授時精度1.2ns，點波束增強能力20dB，為全部軍事與民用、商業用戶提供高精度PNT能力。

第二，以“全源定位導航（ASPN）”為代表的自主導航能力。2010年11月，美國國防高級研究計劃局（DARPA）發布了ASPN項目的首個標書，發展以芯片級高精度慣性器件與原子鐘為核心、可引入任何導航信息源（包括GPS系統提供的信息）進行校準與修正，并能夠快速集成、重新配置的組合導航架構及算法，為強對抗環境下的軍事用戶提供滿足任務需求與環境變化的高精度PNT能力。

第三，提升區域超高精度PNT能力。美國空軍與澳大利亞Locata公司合作完成了基于LocataNET技術的區域高精度導航系統的初步測試。美空軍第746測試中隊的測試結果表明：對于距離50km、速度500km/h的運動目標，其水平定位精度約6cm，垂直15cm，抗干擾抗欺騙能力遠優于GPS系統，可為軍用用戶提供超高精度的PNT能力，如軍用機場、航母編隊等。

同時，美國軍方正在探討采取多軌分散和載荷搭載的途徑發展GPS系統的可靠性，以增強GPS系統的“彈性”。美國作為GNSS的先行者，在“彈性”這個問題上采取的對策，值得后來者學習借鑒。