非衛星導航技術發展研究

摘 要：衛星導航系統已經成為支持軍事作戰的重要信息基礎設施，由于自身固有的局限性，使其服務和應用受到了限制。目前，國外展開了多項新型導航技術的研究，以此彌補GPS系統受限，來確保軍隊在各種環境中的作戰能力。本文討論主要的幾種非衛星導航技術研究現狀。

關鍵詞：微型慣性導航；全源定位與導航；隨機信號導航

1 衛星導航應用廣泛，也存在一定局限性

在美軍目前裝備的近百萬部GPS接收機里，GPS導航系統幾乎是所有軍用系統和作戰平臺不可缺少的重要部分。包括GPS在內的衛星導航的出現極大地改變了戰爭的形式，精確導航定位能力在現代戰爭中變得尤為重要。但是，由于導航衛星發射的信號強度很低（相當于20000km以外一只5W燈泡的照射），使其應用受到了兩方面的限制：

一是信號功率低導致的易受干擾，使敵方很容易對衛星信號干擾、壓制和欺騙。二是信號難以覆蓋特殊區域。在建筑物密度較大或水下、地下、室內、峽谷、森林等特殊環境中，信號衰減或完全屏蔽現象時有發生。

第二次海灣戰爭中出現的大量GPS信號干擾設備，向一直以來依賴GPS的美國和盟軍提出了挑戰。此外，特殊環境下GPS信號易屏蔽和衰減的特性，給美軍在水下、地下、室內、峽谷、森林、洞穴或都市等環境的反恐戰爭帶來了困難。

2 發展新型導航定位技術，彌補衛星導航的不足

為了彌補GPS現有的不足，外軍開發了一系列新型導航定位技術。其中，最具代表性的是下面四種技術：

2.1 微型慣性導航技術

較為典型的是2012年4月DARPA宣布將開展的C-SCAN項目，計劃研究將固態和原子慣性傳感器集成在單個微系統內的小型慣性測量組件（IMU）。該系統尺寸小于20cm3，功率低于1W，具備尺寸小、功耗低、重量輕，運動探測精度高以及啟動迅速等特點，可廣泛應用于幾乎所有的作戰平臺。開發完成后的慣性測量單元將集成陀螺儀和加速度計，性能見表1.

C-SCAN項目將依照DARPA的計劃，在3年內完成以下三階段工作：

（1）原子慣性參考單元小型化；

（2）算法和體系結構的集成工作；

（3）對C-SCAN微系統的集成與驗證。

2.2 全源定位與導航技術

2010年，DARPA啟動了全源定位與導航項目，開發先進算法，將作戰平臺中的導航系統與紅外、雷達、聲學等近20種傳感器信息進行無縫融合。該技術可以充分利用多種傳感器信息，即插即用，成本低、可信度高、可以在GPS可用或不可用的任意情況下使用。美國空軍認為，這項技術將成為未來作戰平臺導航系統的重要發展方向，可顯著降低作戰行動中對GPS的依賴。

導航算法和導航軟件體系架構，是ASPN研究第一階段的兩項關鍵技術。導航算法的重點是定位和導航解決方案中的導航濾波算法，導航軟件體系架構用于支持導航系統中傳感器之間的重新配置和即插即用。

ASPN研究第二階段目標是演示和評估自適應導航系統，方案的優化與實時運行，以展示第一階段開發的算法和架構。

2.3 隨機信號導航技術

2012年，英國BAE系統公司推出了隨機信號導航技術。該技術利用空間傳播的多種無線電信號（如GPS信號、電視廣播信號、WiFi信號、手機信號甚至GPS干擾機發射的信號等）獲取位置信息，定位精度可達數米，包括GPS信號不可達的地方，該項技術依然可以發揮作用。此外，這項技術不需要專門建立費用高昂的發射機網絡。BAE系統公司認為，“導航對抗領域”將被隨機信號導航技術改變。

2.4 Locate技術

2012年，澳大利亞公司開發了Locata地面導航技術。該技術采用地面設備取代衛星，向局部地區發射導航信號，強度比GPS高100萬倍。2012年底，美軍已經在白沙靶場對該技術進行了測試，其定位精度達18cm，未來其精度還將進一步提升。Locate技術可以獨立使用，并且在室內和地下等特殊環境中，也可以提供精確的定位服務，解決GPS信號受阻的導航問題。

上述技術都可以與GPS組合工作，提高導航定位的速度、精度和可靠性，同時也能獨立運行，為作戰平臺提供精確的定位、導航和授時信息，確保部隊在GPS拒止環境下的作戰能力。

3 結語

在衛星信號可用的情況下，最可靠、有效的導航定位方法依然是衛星導航。新型非衛星導航技術雖然也可以提供導航定位信息，但其適用范圍和易用性，與衛星導航都存在有一定的差距，目前還只能做為衛星信號不可用情況時的一個臨時替代方案。除了軍事目的，新型非衛星導航技術在采礦、物流、應急等民用行業上同樣可以贏得發展空間。

參考文獻：

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