導(dǎo)航戰(zhàn)背景下提高衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)監(jiān)測(cè)站抗干擾能力的方法

郭 強(qiáng)，蔣 超，譚周正，朱書(shū)悅

（中國(guó)人民解放軍61920 部隊(duì)，四川 成都610505）

0 引言

隨著軍隊(duì)信息化建設(shè)的全面推進(jìn)，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已被廣泛應(yīng)用于指揮通信、裝備操作和戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知等領(lǐng)域，成為戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境保障的基礎(chǔ)信息支撐。在未來(lái)軍事對(duì)抗乃至大國(guó)博弈中，能否掌握“制導(dǎo)航權(quán)”事關(guān)制信息權(quán)乃至整個(gè)戰(zhàn)爭(zhēng)的主動(dòng)權(quán)，是關(guān)系戰(zhàn)爭(zhēng)勝負(fù)、影響戰(zhàn)爭(zhēng)進(jìn)程的重要因素[1]。

1 導(dǎo)航戰(zhàn)常用技術(shù)路線和作戰(zhàn)手段

作為全新的戰(zhàn)爭(zhēng)形態(tài)，導(dǎo)航戰(zhàn)是美俄英法等軍事強(qiáng)國(guó)理論研究和能力建設(shè)的重點(diǎn)。尤其是美國(guó)，20 世紀(jì)末期以來(lái)的歷次局部戰(zhàn)爭(zhēng)中都可以找到美軍遂行導(dǎo)航戰(zhàn)的身影[1]。研究發(fā)現(xiàn)，最近的敘利亞空襲行動(dòng)，美敘雙方對(duì)導(dǎo)航戰(zhàn)進(jìn)行了一次比較完整的實(shí)戰(zhàn)驗(yàn)證。

1.1 敘利亞戰(zhàn)爭(zhēng)中的導(dǎo)航戰(zhàn)

2018 年4 月13 日晚，美國(guó)宣布將對(duì)敘利亞實(shí)施軍事打擊，4 月14 日凌晨，美英法三國(guó)對(duì)敘利亞首都大馬士革發(fā)動(dòng)空襲。相關(guān)資料和研究表明，美敘雙方在戰(zhàn)爭(zhēng)期間對(duì)GPS 系統(tǒng)實(shí)施了一套完整的導(dǎo)航戰(zhàn)[2]。其作戰(zhàn)進(jìn)程和相關(guān)情況如表1 所示。

研究表明，美敘導(dǎo)航戰(zhàn)的主要特點(diǎn)包括：

1)對(duì)大馬士革實(shí)施空襲期間，GPS Ll、L2 頻點(diǎn)的導(dǎo)航信號(hào)在局部地區(qū)受到干擾，導(dǎo)致敘利亞地區(qū)部分時(shí)段和部分區(qū)域的GPS 信號(hào)無(wú)法正常使用。

2)為了實(shí)現(xiàn)“3P”目標(biāo)[3]，美國(guó)對(duì)19 顆GPS IIRM和IIF 衛(wèi)星的P 碼信號(hào)實(shí)施了信號(hào)增強(qiáng)策略，同時(shí)對(duì)C碼信號(hào)進(jìn)行選擇可用性（Selective Availability,SA）策略，功率減弱。

表1 GPS 信號(hào)情況與戰(zhàn)爭(zhēng)進(jìn)程關(guān)系表

3)空襲結(jié)束后，美國(guó)在全球范圍內(nèi)分時(shí)段逐步實(shí)施GPS 信號(hào)功率增強(qiáng)和恢復(fù)，但信號(hào)增強(qiáng)和減弱后恢復(fù)的時(shí)刻并不同步，星下點(diǎn)的位置也不同，持續(xù)時(shí)間大約7 h，推測(cè)可能與運(yùn)控系統(tǒng)的上行注入命令有關(guān)。

4)為進(jìn)行信號(hào)增強(qiáng)，美國(guó)將GPS 的CASM 三路信號(hào)復(fù)用的調(diào)制方式變更為QPSK 調(diào)制，隨后進(jìn)行功率增強(qiáng)，在信號(hào)功率恢復(fù)正常后，其調(diào)制方式重新恢復(fù)為CASM 三路信號(hào)復(fù)用方式。推測(cè)，在三路復(fù)用模式下，GPS 不具有遂行單路信號(hào)功率增強(qiáng)任務(wù)的能力。

圖1—3 為以色列BSHM 測(cè)站以及南極中山站觀測(cè)到的GPS_L1C、GPS_L2P 信號(hào)強(qiáng)度變化情況，大致可以了解戰(zhàn)爭(zhēng)進(jìn)程與不同導(dǎo)航信號(hào)功率變化的關(guān)系。

1.2 導(dǎo)航戰(zhàn)常用技術(shù)路線和作戰(zhàn)手段

導(dǎo)航戰(zhàn)歷經(jīng)20 余年的發(fā)展，已經(jīng)形成了一套比較完整的技術(shù)路線和作戰(zhàn)手段。主要包括空間段信號(hào)功率可調(diào)、導(dǎo)航拒止、星間鏈路、自主導(dǎo)航等方式。按照作用和功能的不同，主要分為以下5 類：

1）對(duì)敵方導(dǎo)航信號(hào)實(shí)施壓制式干擾和誘騙式干擾，導(dǎo)致敵方無(wú)法接收正常導(dǎo)航信號(hào)。壓制式干擾主要是利用干擾平臺(tái)對(duì)敵方導(dǎo)航信號(hào)實(shí)施功率壓制，致使敵方無(wú)法接收導(dǎo)航信號(hào)；誘騙式干擾主要是借助已經(jīng)掌握的導(dǎo)航信號(hào)體制進(jìn)行虛假信號(hào)發(fā)送，導(dǎo)致敵方產(chǎn)生信息誤判。

2）對(duì)敵方使用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)施拒止，降低敵方的作戰(zhàn)效能。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)提出并發(fā)展了衛(wèi)星功率可調(diào)、關(guān)閉民用導(dǎo)航信號(hào)等技術(shù)。

3）對(duì)特定區(qū)域衛(wèi)星的導(dǎo)航信號(hào)功率實(shí)施增強(qiáng)，研發(fā)抗干擾裝備，有效降低敵方干擾的影響。例如波束功率增強(qiáng)、“補(bǔ)丁”天線技術(shù)、數(shù)字接收機(jī)技術(shù)等。

4）發(fā)展星座自主導(dǎo)航技術(shù)，確保地面運(yùn)控系統(tǒng)受損情況下能夠提供正常的導(dǎo)航、定位、授時(shí)服務(wù)。例如導(dǎo)航電文自主生成技術(shù)、星間鏈路技術(shù)等。

5）研發(fā)可以在軌重新編程和信號(hào)重構(gòu)的新型衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)干擾條件下衛(wèi)星信號(hào)體制重獲新生的目標(biāo)。例如美國(guó)空軍研發(fā)的“在軌數(shù)字波形生成器”技術(shù)。

圖1 以色列BSHM 測(cè)站GPS_L1C 信號(hào)強(qiáng)度瞬時(shí)變化情況（4 月13 日）

圖2 以色列BSHM 測(cè)站GPS_L2P 信號(hào)強(qiáng)度瞬時(shí)變化情況（4 月13 日）

圖3 中山站測(cè)站GPS_L2P 信號(hào)強(qiáng)度變化情況（4 月13—23 日）

2 導(dǎo)航戰(zhàn)背景下衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)監(jiān)測(cè)站所面臨的挑戰(zhàn)

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由空間段、地面段和用戶段三部分組成。地面段主要指分布在各地的主控站、注入站和監(jiān)測(cè)站等[4]。其中，監(jiān)測(cè)站擔(dān)負(fù)監(jiān)測(cè)、跟蹤、接收導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)，為系統(tǒng)精密定軌、電離層修正、完好性判斷提供原始觀測(cè)數(shù)據(jù)的作用，是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的核心組成部分。由于監(jiān)測(cè)站是通過(guò)接收導(dǎo)航衛(wèi)星的電磁波信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)上述功能，在信道環(huán)境差的情況下，導(dǎo)航定位過(guò)程極易受到干擾信號(hào)的影響，從而導(dǎo)致監(jiān)測(cè)站的功能作用降低，甚至無(wú)法工作。在導(dǎo)航戰(zhàn)背景下，監(jiān)測(cè)站主要面臨強(qiáng)敵的有意干擾，包括欺騙式干擾和壓制式干擾[5]：

1）監(jiān)測(cè)站受到虛假導(dǎo)航信號(hào)干擾，產(chǎn)生錯(cuò)誤定位。在敵方利用空基、天基等干擾平臺(tái)實(shí)施欺騙式干擾時(shí)，虛假電文、虛假傳播時(shí)延很有可能被監(jiān)測(cè)站“信以為真”，并用來(lái)進(jìn)行站點(diǎn)定位和時(shí)間測(cè)量，最終影響衛(wèi)星精密定軌和時(shí)間測(cè)量。

2）監(jiān)測(cè)站受到壓制式信號(hào)干擾，導(dǎo)致接收機(jī)無(wú)法接收導(dǎo)航信號(hào)。在壓制信號(hào)與導(dǎo)航信號(hào)頻率一致的情況下，干擾機(jī)僅適當(dāng)提高噪聲功率就可以輕松將導(dǎo)航信號(hào)屏蔽。研究發(fā)現(xiàn)，一臺(tái)發(fā)射功率為10 W 的干擾機(jī)就可以令10 km 以內(nèi)的GPS 軍用接收機(jī)喪失效能。因此，壓制式干擾成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中應(yīng)用最為廣泛的作戰(zhàn)手段。若敵方使用壓制干擾信號(hào)，極易造成監(jiān)測(cè)站“盲眼”，無(wú)法發(fā)揮作用。

在導(dǎo)航戰(zhàn)背景下，監(jiān)測(cè)站導(dǎo)航定位信號(hào)隨時(shí)面臨被干擾的危險(xiǎn)，這給衛(wèi)星的精密定軌和精確時(shí)間保持等功能的發(fā)揮帶來(lái)了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。因此，研究提升導(dǎo)航戰(zhàn)背景下監(jiān)測(cè)站的抗干擾能力，對(duì)戰(zhàn)時(shí)發(fā)揮衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)功能、支撐軍事斗爭(zhēng)準(zhǔn)備具有重要的意義。

3 提升監(jiān)測(cè)站抗干擾能力的方法研究

從本質(zhì)上講，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是一個(gè)信息集中系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，非常脆弱。作為系統(tǒng)的重要信息節(jié)點(diǎn)之一的監(jiān)測(cè)站也存在很多薄弱環(huán)節(jié)，其防御應(yīng)戰(zhàn)技并用，實(shí)行整體防護(hù)，綜合運(yùn)用技術(shù)和戰(zhàn)術(shù)手段提高監(jiān)測(cè)站的抗干擾能力。借鑒美、俄等軍事強(qiáng)國(guó)的普遍做法，并結(jié)合個(gè)人思考，可以從以下幾個(gè)方面著手全面提高監(jiān)測(cè)站的抗干擾能力：

1）建立平戰(zhàn)一體、軍民融合的干擾監(jiān)測(cè)平臺(tái)，增強(qiáng)導(dǎo)航監(jiān)測(cè)站的抗干擾能力。監(jiān)測(cè)站具有實(shí)時(shí)和長(zhǎng)期的任務(wù)特征，因此其抗干擾能力和防護(hù)水平的提高重在平時(shí)構(gòu)建、戰(zhàn)時(shí)方便使用。

①干擾監(jiān)測(cè)平臺(tái)可以借助軍民融合的發(fā)展戰(zhàn)略，注重平戰(zhàn)一體、軍民兼顧、方便切換。首先，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)具有軍民共用性質(zhì)，最經(jīng)濟(jì)、有效的防護(hù)網(wǎng)應(yīng)平戰(zhàn)一體、軍民兼顧。和平時(shí)期，既可以用于監(jiān)測(cè)站干擾信號(hào)監(jiān)測(cè)，也可服務(wù)于經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要。甚至可以借助地方優(yōu)勢(shì)科技力量開(kāi)展日常維護(hù)保養(yǎng)和設(shè)備巡檢，兼顧平時(shí)與戰(zhàn)時(shí)的不同需要。對(duì)于區(qū)域性的應(yīng)急導(dǎo)航系統(tǒng)或干擾監(jiān)測(cè)站，可以探索利用地方相關(guān)、相近基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行改造的方法。其次，導(dǎo)航監(jiān)測(cè)站干擾監(jiān)測(cè)平臺(tái)應(yīng)統(tǒng)籌考慮平時(shí)與戰(zhàn)時(shí)的需求，做到狀態(tài)切換輕便。充分考慮軍事斗爭(zhēng)的殘酷性，可以增加機(jī)動(dòng)監(jiān)測(cè)分隊(duì)，加強(qiáng)重點(diǎn)目標(biāo)防護(hù)建設(shè)，戰(zhàn)時(shí)切換順暢。最后，由于干擾監(jiān)測(cè)平臺(tái)的使用維護(hù)涉及軍地雙方，需要和平時(shí)期就著眼平戰(zhàn)2 種情況的需求做好頂層規(guī)劃和布局，盤(pán)活軍地雙方人才和基礎(chǔ)設(shè)施資源，加快信息流通和導(dǎo)航對(duì)抗人才培養(yǎng)，使平臺(tái)設(shè)計(jì)既不重復(fù)建設(shè)，又能各取所需。

②探索建立干擾信號(hào)數(shù)據(jù)庫(kù)。當(dāng)前，監(jiān)測(cè)站周邊的電磁環(huán)境日益復(fù)雜，戰(zhàn)時(shí)干擾信號(hào)也越來(lái)越具有“針對(duì)性”和打擊性，應(yīng)注重搜集各類干擾信號(hào)，及時(shí)分析、研判類別，建立綜合數(shù)據(jù)庫(kù)，做到出現(xiàn)過(guò)的干擾信號(hào)能及時(shí)判定。并針對(duì)各類干擾信號(hào)進(jìn)行實(shí)戰(zhàn)演練和應(yīng)急處置，提高抗干擾壓制能力，確保平戰(zhàn)皆能及時(shí)預(yù)警、定位、排除干擾。

2）研制符合導(dǎo)航戰(zhàn)要求的“北斗”系統(tǒng)接收機(jī)、濾波器和“補(bǔ)丁”天線，增強(qiáng)裝備的抗干擾能力。目前，美俄等國(guó)在導(dǎo)航戰(zhàn)中最常用的手段就是對(duì)接收機(jī)實(shí)施干擾。應(yīng)加大接收機(jī)和天線的技術(shù)更新，努力研發(fā)能夠符合導(dǎo)航戰(zhàn)要求的“北斗”接收機(jī)，使其抗干擾系能達(dá)到120 dB 信噪比的量級(jí)。迫使敵方干擾設(shè)備通過(guò)提高功率來(lái)實(shí)現(xiàn)干擾，方便己方進(jìn)行探測(cè)和定位，繼而實(shí)施打擊、摧毀。研發(fā)“補(bǔ)丁”天線，則能盡快獲取干擾信號(hào)類型和能量，據(jù)此進(jìn)行自動(dòng)增益控制，將干擾方向天線增益降至0。

3）創(chuàng)新發(fā)展網(wǎng)絡(luò)安全與信息保證技術(shù)，構(gòu)建安全健康的監(jiān)測(cè)站網(wǎng)絡(luò)信息空間。分析衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)和關(guān)鍵設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)空間已經(jīng)成為影響整個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)安全的重要領(lǐng)域。目前，網(wǎng)絡(luò)安全與信息保證也是美軍新一代“運(yùn)行控制系統(tǒng)”（OCX）的重要核心能力之一[4]，其具體組成如圖4 所示。為此，空軍也針對(duì)新一代的GPS“運(yùn)行控制系統(tǒng)”設(shè)計(jì)了多層防護(hù)的安全結(jié)構(gòu)，以應(yīng)對(duì)物理威脅、網(wǎng)絡(luò)威脅、內(nèi)部威脅與供應(yīng)鏈威脅所造成安全挑戰(zhàn)。應(yīng)著眼未來(lái)發(fā)展，提早籌劃設(shè)計(jì)自主可控的導(dǎo)航地面站網(wǎng)安防護(hù)系統(tǒng)，通過(guò)病毒查殺、漏洞修復(fù)、網(wǎng)絡(luò)接入鑒權(quán)等技術(shù)手段及時(shí)將網(wǎng)絡(luò)危險(xiǎn)消滅在監(jiān)測(cè)站內(nèi)部，防止對(duì)大系統(tǒng)造成坍塌性損害。

圖4 美國(guó)GPS“運(yùn)行控制系統(tǒng)”安全防護(hù)結(jié)構(gòu)

4）增加導(dǎo)航監(jiān)測(cè)站冗余備份，加大機(jī)動(dòng)監(jiān)測(cè)力量建設(shè)，提高站點(diǎn)生存能力。由于導(dǎo)航地面監(jiān)測(cè)站具有目標(biāo)明顯、易受打擊的顯著特征，在導(dǎo)航戰(zhàn)背景下，尤其是沿海沿邊區(qū)域的監(jiān)測(cè)站極易受到敵機(jī)偵查和軍事打擊，在近距離對(duì)峙中也極易成為敵方損毀對(duì)象。應(yīng)加大導(dǎo)航監(jiān)測(cè)站的冗余備份，增加無(wú)人站數(shù)量，借助機(jī)動(dòng)力量的強(qiáng)大生存能力，綜合運(yùn)用車載、機(jī)載等平臺(tái)支撐系統(tǒng)的自主運(yùn)行能力。

4 結(jié)束語(yǔ)

面對(duì)信息化戰(zhàn)爭(zhēng)的潮起云涌，能否掌握制導(dǎo)航權(quán)事關(guān)戰(zhàn)爭(zhēng)勝負(fù)，影響重大。導(dǎo)航戰(zhàn)背景下，提高監(jiān)測(cè)站抗干擾能力對(duì)于確保衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的作用發(fā)揮具有重要意義。通過(guò)建立平戰(zhàn)一體、軍民融合的干擾監(jiān)測(cè)平臺(tái)，加大抗干擾裝備研發(fā)，構(gòu)建監(jiān)測(cè)站網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)系統(tǒng)和增加站點(diǎn)冗余備份等手段可以提升戰(zhàn)時(shí)監(jiān)測(cè)站的抗干擾能力和防御能力，對(duì)于支撐大系統(tǒng)在極端惡劣條件下的力量存續(xù)具有一定的啟示意義。