導航戰技術現狀及其發展趨勢

+ 高書亮

一、導航戰的提出背景

在現代戰爭和國民經濟發展中，導航技術正發揮著日益重要的作用。當前以GPS、北斗等為代表的一大批現代導航定位技術的快速發展，為現代戰爭提供了更加精確、可靠和全面的時空基準，也為交通運輸、工程建設、現代物流、精細農業等國民經濟的各個門類提供了更加豐富準確的地理信息支持，催生了蘊含巨大發展潛力和經濟價值的地理信息及位置服務產業。在軍事領域內，從上世紀海灣戰爭以來的幾次局部戰爭的實踐表明：衛星導航系統是實現精確打擊的重要依托手段，已成為海陸空天武器系統以及構造全數字化戰場的關鍵技術。美軍的各種武器平臺和軍事系統開始大量配備GPS，在作戰中也越來越依賴于GPS提供的精確位置和時間信息。但需要看到的是，隨著現代導航定位技術的不斷發展，針對導航系統及其無線電信號頻譜的爭奪和控制正愈發激烈，隨著相關技術的不斷發展，導航戰極有可能成為現代電子戰中新的作戰樣式。

二、導航戰的基本定義

導航戰是一個由來已久的概念：1997年，美軍正式提出“導航戰”概念，并將其定義為：阻止敵方使用衛星導航信息，保證己方和盟友部隊可以有效地利用衛星導航信息，同時不影響戰區以外區域和平利用衛星導航信息[2]。

從目前情況來看，全球四大衛星導航系統（美國GPS系統、中國北斗系統、歐洲Galileo系統和俄羅斯GLONASS系統）均采用了類似的無線電信號體制和定位測距方式，即基本上都采用了由導航衛星在公開無線信道環境中向用戶廣播直序擴頻（DSSS）信號的模式來實現導航定位，因此普遍存在著信道公開、信息格式公開、信號頻率公開、編碼方式公開、用戶群體開放的特點，這在一方面使得這些系統具備強大的導航位置服務能力的同時，也使得這些系統極易受到各種類型的攻擊。因此，在GPS系統發展之初，美國就敏銳地認識到：戰時，全球部署的GPS系統運行控制段極易受到敵方的干擾與攻擊，導致衛星導航系統不能提供滿足軍事作戰要求的服務。因此，早在上世紀八十年代美軍就圍繞導航系統脆弱性的問題開展了一系列的研究，開創了現代導航戰理論的先河，近年來，隨著導航技術尤其是衛星導航、慣性導航及組合導航技術的快速發展，圍繞自主導航技術、全源導航、衛星星間鏈路等技術的研究不斷深入，導航戰理論的研究逐步深化，形成了較為完備的理論和技術體系。

三、導航戰技術的主要門類

與電子戰領域的其它門類類似，導航戰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。導航戰技術是提升、增強戰場或對抗環境下衛星導航系統服務能力最重要的手段之一，在一定程度上代表著衛星導航系統的先進程度與服務的可用性與穩健性[2]。導航戰可劃分為進攻性導航戰和防御性導航戰兩大技術門類。其中：

（一）進攻性導航戰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和設施，從而破壞敵方對于現代導航定位服務的獲取能力，從根本上降低敵方作戰效能。以GPS系統為例，進攻性導航戰技術主要包括三大類基本手段：

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

2.針對導航系統的地面運控部分：由于衛星導航系統的地面運控站、監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無法正常運轉；

3.針對導航系統的用戶部分：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正常使用的作用。

（二）防御性導航戰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，防御性導航戰技術主要分為三個門類：

1.針對導航系統的空間部分：進一步優化導航衛星星座的設計，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星武器的打擊威脅；

2.針對導航系統的地面運控部分：進一步加強地面運控設施及其周邊區域的安全保衛措施;進一步優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.針對導航系統的用戶部分：進一步優化系統的信號體制設計，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現并上報潛在的惡意干擾。目前主要的信號抗干擾技術如表1所示[3]：

四、導航戰的最新進展

經過近幾十年的發展，美國、俄羅斯等擁有自主導航系統的大國在導航戰領域均開展了長期的探索，在很多領域取得了顯著的進步。以美國為例，從1995年開始，美國防部即指定羅克韋爾.柯林斯公司等企業牽頭,開展了一項關于導航戰的研究計劃并作為美國防部先期概念技術演示計劃的一部分，這是美軍第一次組織的針對導航戰的系統性研究工作。隨后，美軍在1997年正式提出了導航戰的概念并在美國西海岸開展了GPS衛星抗阻塞試驗。近年來，為了提升GPS系統的自主性和魯棒性，從而在導航戰中進一步占據主導地位，美軍先后開展了如下工作：

1.針對GPS空間段逐步老化等問題，開展了GPS現代化計劃，陸續建造并發射最新型的GPS BLOCK III系列衛星，從而逐步代替原有的早期GPS衛星。這些新的導航衛星具有更高的發射功率和新的抗干擾措施，為美軍提出的21世紀“導航戰”服務，增加敵方干擾其導航定位信號的難度。據估計，新一代GPS III衛星在信號頻率精度方面將提高3倍，而抗干擾能力將提高8倍，使用壽命將延長到15年，比目前在軌的GPS衛星壽命延長了將近25%。與此同時，美國越來越重視針對GPS衛星的各類在軌故障修復技術，進一步提高GPS空間星座的可靠性和魯棒性。美國空軍在導航技術試驗衛星－3項目中，將“在軌數字波形生成器技術”的優先級列為最高。在軌數字波形生成器技術在功能上是一種類似于軟件無線電、利用硬件加以實現的技術，可實現導航信號波形、中心頻率等多種參數的調整，可在GPS系統受到干擾時，調整或改變GPS系統導航信號的參數，從而進一步提升或增強抗干擾能力[4]。

表1 主要的GPS信號抗干擾技術

2.針對原有的GPS信號體制進行了改進，目前的GPS系統發送兩種偽碼:粗測碼( C/A碼)和精確碼( P 碼)。前者用于民用, 后者只限于美國政府授權的用戶使用。這些碼以擴頻方式調制在L1和L2兩種不同的頻率上發射。隨著GPS現代化進程的進行，美國國防部將對當前的GPS衛星信號體制進行升級，增加發射3種新的信號:一是高功率點波束軍用M碼信號。此信號采用數字控制的點波束天線，實現對全球區域覆蓋和重點區域覆蓋工作方式的切換，在重點區域工作的衛星信號功率將增加幾十個dB，這將大大增強系統的抗干擾能力，可為未來美軍在重點作戰區域執行特種任務時提供排他性的導航定位支持；二是增加新的民用碼信號( L2C) , 此信號加載到L2載波上，原來加載在L1載波上的C/A碼繼續保留；三是增加L5頻段(1176.45MHz)，供民用航空等領域的高安全性用戶使用，這一信號上增加了指定的無數據導頻信號，使得相關用戶能夠在遇到強干擾情況下依靠導頻完成信號捕獲，進一步提升了終端用戶的接收靈敏度性能。

3.針對不同軍種用戶對于GPS用戶終端的不同使用需求，設計不同類型的用戶終端，增強客戶端的導航對抗能力。美國陸軍航空與導彈司令部導彈研究發展與工程中心研制了小型廉價的GPS接收機天線，用于各種導彈和火箭彈，該接收天線可對抗連續波、寬帶噪聲、脈沖等多種類型的GPS干擾信號；美國洛克希德馬丁公司與羅克韋爾柯林斯公司合作，已研制出專用抗干擾GPS接收機GSTAR，G-STAR抗干擾接收機采用數字信號處理技術，以濾掉、抑制各種干擾信號；采用自適應技術，在抑制干擾信號的同時，能自動指向GPS衛星的波束。另外，軍用M碼接收機也正在研制中，由于采用了先進的加密電路，使得M碼接收機不用先捕獲C/A碼，就可直接獲取M碼。這一點對利用GPS制導的快速反應武器尤為重要。

多種導航技術聯合使用，在原有的GPS系統基礎上，為不同類型的用戶和作戰平臺配備組合導航系統。以全球鷹無人機為例，該型飛機采用美國Kearfott公司生產的INS/GPS組合導航系統，將傳統的慣性導航傳感器與GPS傳感器進行一體化設計，當GPS信號遇到干擾或欺騙而出現失效時，啟用慣性導航傳感器為飛機提供精確的位置、速度和姿態信息，從而保障飛行安全。

五、小結

從上述分析可見，隨著相關領域技術的不斷發展，導航戰正呈現出如下的趨勢：

1.抗干擾技術快速發展，使得維修導航系統應對復雜條件和環境的能力不斷增強，因此針對維修導航系統的壓制和干擾必須選擇效費比最優的技術手段；

2.攻防并重，綜合使用多種不同類型的導航對抗技術，根據導航對抗的實際態勢實時調整相關對抗策略，在有效遏制敵方導航服務的同時也要有效地保障自身的導航信息安全，從而更加有效地提供戰場時空信息支援；

3.由于現代導航系統存在于自由空間，沒有明顯的區域和邊界，因此導航戰技術應與信息作戰支援戰術緊密融合，有計劃、有步驟地使用好不同類型的干擾和防護資源，才能保障在有效遏制敵方的同時保障我方的正常運轉；

4.進一步發展自主衛星導航系統，建設好、使用好和維護好我國的北斗衛星導航系統，實現關鍵系統、裝備、部件和技術標準的自主可控才是贏得導航戰主動權的關鍵。