聞成
近年來，外軍為提高在高威脅環(huán)境中的作戰(zhàn)能力，大力提高武器制導(dǎo)的可靠性，許多國(guó)家軍方政策支持加速發(fā)展不依賴GPS的武器制導(dǎo)技術(shù)，并開始應(yīng)用于諸多新型武器。
發(fā)展背景
進(jìn)入新世紀(jì)后，包括美軍在內(nèi)的許多國(guó)家軍隊(duì)都意識(shí)到現(xiàn)代作戰(zhàn)行動(dòng)對(duì)GPS的依賴過于嚴(yán)重，而隨著GPS干擾技術(shù)的快速發(fā)展，這一隱患將成為各國(guó)軍隊(duì)?wèi)?zhàn)時(shí)使用武器的巨大威脅。
為此，從2010年開始，以美軍為首的西方軍隊(duì)大力倡導(dǎo)不依賴GPS導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展。
DARPA的新要求從2010年起，美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局開展了不依賴衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的研發(fā)工作，目的是全面替代GPS，而不是作為GPS系統(tǒng)的補(bǔ)充。為此，2014年6月，美國(guó)國(guó)防預(yù)先研究計(jì)劃局（DARPA）向工業(yè)界發(fā)布新的項(xiàng)目公告，要求發(fā)展不依賴現(xiàn)有GPS的武器導(dǎo)航技術(shù)。該項(xiàng)目名為“對(duì)抗性環(huán)境中的空間、時(shí)間和方位信息”（STOIC），目的是尋求發(fā)展PNT系統(tǒng)，提供獨(dú)立于GPS系統(tǒng)之外的定位、導(dǎo)航和定時(shí)信息。該技術(shù)提供的信息應(yīng)與GPS系統(tǒng)提供的定時(shí)和定位精度相當(dāng)。為了達(dá)成目的，專家們必須結(jié)合遠(yuǎn)程參考信號(hào)、超穩(wěn)定戰(zhàn)術(shù)時(shí)鐘、以及可在用戶之間分享PNT信息的多功能系統(tǒng)。此后，美國(guó)DARPA同時(shí)開展了5個(gè)項(xiàng)目的研究，全部或部分聚焦于定位導(dǎo)航授時(shí)技術(shù)的開發(fā)。
空軍的新政策DARPA的要求很快得到了空軍的政策支持。2015年1月，美國(guó)國(guó)防部在尋求AGM-86“空射型巡航導(dǎo)彈”替代方案時(shí)表示，未來所有空基核武器將全部可在非GPS環(huán)境中工作。幾乎與此同時(shí)，美國(guó)防部修訂了“LRASM導(dǎo)彈加速采購(gòu)項(xiàng)目”合同，要求該彈在無GPS系統(tǒng)、數(shù)據(jù)鏈等其它信息支援的情況下，在電子戰(zhàn)環(huán)境中憑借自身的多模傳感器和機(jī)載/艦載瞄準(zhǔn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自主探測(cè)、識(shí)別和打擊目標(biāo)。2015年9月，位于美國(guó)俄亥俄州賴特·帕特森空軍基地的美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室與3個(gè)軍事承包商簽訂合同（STOIC），開發(fā)具有全球定位系統(tǒng)（GPS）性能的軍事定位、導(dǎo)航和授時(shí)（PNT）技術(shù)，但其運(yùn)行獨(dú)立于GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。其中，雷聲BBN技術(shù)公司在2015年6月獲得170萬美元合同；探險(xiǎn)技術(shù)公司、羅克韋爾柯林斯公司在同年4月分別獲得52.4萬美元和540萬美元的合同。
海軍積極響應(yīng)與空軍幾乎同時(shí)，海軍也對(duì)DARPA的要求反應(yīng)積極。2015年1月，美國(guó)海軍提出，考慮到潛艇越來越依賴GPS導(dǎo)航，需要發(fā)展GPS被干擾或不可用時(shí)的潛艇導(dǎo)航系統(tǒng)。為此，美國(guó)海軍制定計(jì)劃將利用有限的資金和現(xiàn)有的傳感器，比如成像器、天線和陀螺儀等，完成新型硬件保障裝備。海軍建議導(dǎo)航源為磁場(chǎng)、天文或者光學(xué)。計(jì)劃中還明確任何需要主動(dòng)向外發(fā)送信號(hào)的方案一律不予通過，因?yàn)檫@樣很有可能暴露潛艇的位置。
在拒止環(huán)境中作戰(zhàn)是美軍當(dāng)前國(guó)防科技和作戰(zhàn)能力的發(fā)展重點(diǎn)之一，涉及指揮控制、互聯(lián)互通、精確制導(dǎo)、電子對(duì)抗、機(jī)群協(xié)同、定位導(dǎo)航授時(shí)等諸多領(lǐng)域的科技項(xiàng)目正在實(shí)施之中。目前，在國(guó)防部和各軍種的積極響應(yīng)下，不依賴GPS的武器制導(dǎo)技術(shù)已經(jīng)成為新的武器技術(shù)發(fā)展方向。為此，英國(guó)等美盟國(guó)也開始與美國(guó)同步發(fā)展各種不依賴GPS的武器制導(dǎo)技術(shù)，有些項(xiàng)目已投入應(yīng)用試驗(yàn)。
技術(shù)途徑
傳統(tǒng)的GPS主要通過接收不同衛(wèi)星信號(hào)來計(jì)算確定接收者的空間位置，新的不依賴GPS導(dǎo)航技術(shù)主要依靠不與外界發(fā)生信息交互的自身定位系統(tǒng)或多種來源的外界光、電信號(hào)來定位和導(dǎo)航，新技術(shù)主要包括以下幾種。
慣性導(dǎo)航技術(shù)這是在傳統(tǒng)慣性導(dǎo)航技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新一代微型化、精確化的導(dǎo)航技術(shù)。2013年開始，DARPA啟動(dòng)了一個(gè)名為“彈藥精確強(qiáng)大慣性制導(dǎo)：先進(jìn)慣性微型傳感器”的項(xiàng)目，為制導(dǎo)彈藥研發(fā)“沒有外部導(dǎo)航援助”（如GPS）情況下的精確導(dǎo)航技術(shù)。DARPA目前正在開展的5個(gè)不依賴GPS導(dǎo)航項(xiàng)目中，有兩項(xiàng)是以慣性導(dǎo)航技術(shù)為基礎(chǔ)。其中，適應(yīng)性導(dǎo)航系統(tǒng)項(xiàng)目主要是開發(fā)可適應(yīng)多種平臺(tái)的“即插即用”導(dǎo)航與定位傳感器結(jié)構(gòu)與算法，開發(fā)成本降低，將部署周期從數(shù)月縮短到數(shù)天。該技術(shù)主要通過冷原子干涉陀螺儀實(shí)現(xiàn)慣性測(cè)量，利用量子屬性制造準(zhǔn)確的慣性測(cè)量裝置，不需外部數(shù)據(jù)即可長(zhǎng)時(shí)間確定時(shí)間和位置。同時(shí)，為將成果應(yīng)用于武器制導(dǎo)，DARPA主要開發(fā)微導(dǎo)航定位（PNT）技術(shù)，通過利用其開發(fā)的微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)研發(fā)獨(dú)立的芯片級(jí)慣性導(dǎo)航和精確制導(dǎo)系統(tǒng)。DARPA目前正在開發(fā)具有自校準(zhǔn)、高性能和低成本的微型傳感器，用來替代當(dāng)前體積、重量和功率均較大的傳感器。微導(dǎo)航定位（PNT）技術(shù)近期的其它技術(shù)突破包括用于慣性傳感器的新型微加工技術(shù)和材料。
圖像導(dǎo)航技術(shù)圖像導(dǎo)航技術(shù)（ImageNav）是利用彈上傳感器對(duì)地形成像，將飛行路徑與存儲(chǔ)的地形數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，可以達(dá)到3米的圓概率誤差水平。美國(guó)國(guó)防部在2016年1月授予美國(guó)科學(xué)系統(tǒng)公司“小企業(yè)創(chuàng)新研究”第3階段合同。要求開發(fā)先進(jìn)的“圖像導(dǎo)航”技術(shù)，并對(duì)技術(shù)成熟度進(jìn)行評(píng)估。該技術(shù)將在波音公司的增量Ⅰ型“小直徑炸彈”（SDB）上進(jìn)行試飛和演示，并對(duì)技術(shù)成熟度進(jìn)行評(píng)估，預(yù)計(jì)在2018年1月之前完成。按照該合同發(fā)展的圖像導(dǎo)航/精確瞄準(zhǔn)系統(tǒng)還可用于無人機(jī)和導(dǎo)彈。除了美國(guó)空軍之外，美國(guó)國(guó)防部國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局也正在實(shí)施“導(dǎo)引頭成本轉(zhuǎn)變”（SECTR）項(xiàng)目。該項(xiàng)目發(fā)展的帶有SECTR的武器由載機(jī)發(fā)射后，在進(jìn)入高對(duì)抗空天環(huán)境前，利用GPS進(jìn)行導(dǎo)航，進(jìn)入高對(duì)抗空天環(huán)境后，利用成像傳感器進(jìn)行搜索、目標(biāo)定位和識(shí)別、瞄準(zhǔn)點(diǎn)選擇和末段尋的。該技術(shù)也是提高導(dǎo)彈武器制導(dǎo)技術(shù)可靠性的主要項(xiàng)目。
地磁導(dǎo)航技術(shù)地磁場(chǎng)是地球的固有資源，為航空、航天、航海提供了天然的坐標(biāo)系。在地球近地空間內(nèi)任意一點(diǎn)的地磁矢量都不同于其它地點(diǎn)的矢量，而且與該地點(diǎn)的經(jīng)緯度存在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。因此，理論上只要確定該點(diǎn)的地磁場(chǎng)矢量即可實(shí)現(xiàn)全球?qū)Ш?。近年來，地磁?dǎo)航因其隱蔽性能好、效費(fèi)比高、即開即用，誤差不隨時(shí)間積累的優(yōu)勢(shì)而被廣泛應(yīng)用和快速發(fā)展。早在2003年8月，美國(guó)國(guó)防部軍事關(guān)鍵技術(shù)列表中提到，他們所研制的純地磁導(dǎo)航系統(tǒng)在地面和空中的定位精度優(yōu)于30米（CEP）。俄羅斯的新型SS-19導(dǎo)彈采用地磁場(chǎng)等值線匹配制導(dǎo)方式，導(dǎo)彈進(jìn)入大氣層后，不是按拋物線飛行，而是在稠密大氣層內(nèi)沿地磁等高線飛行，使美國(guó)導(dǎo)彈防御系統(tǒng)無法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)來襲導(dǎo)彈的飛行彈道軌跡，大大增強(qiáng)了導(dǎo)彈的突防能力。美國(guó)生產(chǎn)的波音飛機(jī)上配備有地磁匹配制導(dǎo)系統(tǒng)，供飛機(jī)起飛降落時(shí)使用。目前，該技術(shù)已經(jīng)在高空長(zhǎng)航時(shí)無人機(jī)上得到驗(yàn)證，并和GPS組合使用。在GPS完好時(shí)，將磁強(qiáng)計(jì)同時(shí)用于定姿和定位，以提高慣導(dǎo)/GPS組合導(dǎo)航系統(tǒng)的精度；在GPS失效時(shí)，利用磁場(chǎng)匹配輔助慣性導(dǎo)航，減少慣導(dǎo)系統(tǒng)輸出誤差。
全源定位和導(dǎo)航（ASPN）這也是美國(guó)DARPA正在開展的5個(gè)項(xiàng)目之一。該技術(shù)包括3個(gè)主要元素：遠(yuǎn)程強(qiáng)勁的參考信號(hào)，極穩(wěn)定的戰(zhàn)術(shù)時(shí)鐘以及為多用戶提供導(dǎo)航定位信息的多功能系統(tǒng)。其原理主要是利用非導(dǎo)航電磁信號(hào)，包括商用衛(wèi)星、光波和電視信號(hào)甚至閃電，為PNT系統(tǒng)提供額外的參考信息。將不同的信號(hào)來源相結(jié)合，可以使這種導(dǎo)航系統(tǒng)在GPS信號(hào)較弱甚至消失的情況下，提供比GPS模塊定位導(dǎo)航系統(tǒng)更強(qiáng)更豐富的信息。
超低頻導(dǎo)航技術(shù)目前，各國(guó)海軍幾乎都需要依靠超低頻通信與潛艇保持聯(lián)絡(luò)，而這種超低頻無線電波也可用于地理定位，可在未來作為當(dāng)GPS系統(tǒng)失效時(shí)的替代定位手段。目前，美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局資助美國(guó)佛羅里達(dá)大學(xué)國(guó)際雷電研究與測(cè)試中心正在發(fā)展超低頻導(dǎo)航定位技術(shù)，該中心已在全球各地布置超低頻信號(hào)接收器，其中甚至包括格陵蘭和南極地區(qū)，并不斷開展利用閃電以及窄波通訊技術(shù)進(jìn)行的定位測(cè)量實(shí)驗(yàn)。
應(yīng)用發(fā)展
為了盡快將不依賴GPS導(dǎo)航技術(shù)成果應(yīng)用于武器，各國(guó)已開始開發(fā)各種不依賴GPS導(dǎo)航裝置，并在一些武器上開展試驗(yàn)。
授時(shí)慣性測(cè)量裝置（TIMU）在美國(guó)DARPA的支持下，密歇根大學(xué)的研究人員在授時(shí)慣性測(cè)量裝置（TIMU）方面的研究已經(jīng)取得重要進(jìn)展。新的裝置被集成在僅8立方毫米的芯片上，芯片中集成有3個(gè)微米級(jí)的陀螺儀、加速器和原子鐘，它們共同構(gòu)成一個(gè)不依賴外界信息的自主導(dǎo)航系統(tǒng)。單芯片的TIMU樣機(jī)包含6坐標(biāo)軸慣性測(cè)量裝置（3個(gè)陀螺儀和3個(gè)加速度計(jì)），并集成了高精度的主時(shí)鐘，這7種裝置構(gòu)成一套獨(dú)立的微型導(dǎo)航系統(tǒng)，尺寸比1美分的硬幣還小。精確導(dǎo)航需要知道方向、加速度和時(shí)間3類關(guān)鍵信息，這種新型芯片能夠同步測(cè)量這3類信息。芯片通過新型制造工藝、高質(zhì)量材料才能完成，TIMU共有6層用微技術(shù)加工的二氧化硅結(jié)構(gòu)層，每層厚度僅為50微米，與人類頭發(fā)的直徑相當(dāng)，每層功能不同。TIMU未來的潛在應(yīng)用廣泛，由于其體積小且功能強(qiáng)大，可用于人員追蹤、手持式導(dǎo)航、小口徑彈藥以及小型空中平臺(tái)等。該項(xiàng)目的目標(biāo)是為了開發(fā)獨(dú)立的芯片級(jí)慣性導(dǎo)航和精確制導(dǎo)技術(shù)。
微型慣性傳感器該項(xiàng)目與授時(shí)慣性測(cè)量裝置相似，部分內(nèi)容甚至在同一發(fā)展計(jì)劃中進(jìn)行，主要是實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航裝置的小型化和精確化。2016年初，美國(guó)DARPA授予總部位于加利福尼亞州的HRL實(shí)驗(yàn)室價(jià)值430萬美元的合同，用于研發(fā)最終能實(shí)現(xiàn)不依賴GPS精確制導(dǎo)和導(dǎo)航的抗振抗沖擊慣性傳感器技術(shù)。該實(shí)驗(yàn)室為波音公司與通用動(dòng)力公司聯(lián)合擁有。該合同要求HRL實(shí)驗(yàn)室計(jì)劃把一個(gè)名為“柯氏振動(dòng)陀螺”（CVG）的“微電子機(jī)械系統(tǒng)”（MEMS）傳感器與一個(gè)極精準(zhǔn)原子鐘基準(zhǔn)頻率同步，目的是利用“原子超精細(xì)躍遷頻率”的精確性提高慣性陀螺的精確程度，其實(shí)際就是將該原子鐘基準(zhǔn)頻率的穩(wěn)定性傳遞給“柯氏振動(dòng)陀螺”傳感器。DARPA指出，對(duì)稱“微電子機(jī)械系統(tǒng)”架構(gòu)、集成光子學(xué)、光學(xué)測(cè)力及位置應(yīng)用方面取得的近期進(jìn)步，為感應(yīng)旋轉(zhuǎn)及加速度新模式提供了機(jī)遇，而感應(yīng)旋轉(zhuǎn)及加速度是慣性導(dǎo)航的組成基礎(chǔ)。DARPA還表示，使用“柯氏振動(dòng)陀螺”的2D及3D“微電子機(jī)械系統(tǒng)”平臺(tái)可以生成先進(jìn)的自動(dòng)陀螺，能實(shí)現(xiàn)相當(dāng)于、甚至優(yōu)于當(dāng)前GPS方法的精確制導(dǎo)。
導(dǎo)引頭成本轉(zhuǎn)變項(xiàng)目（SECTR）2015年6月，美國(guó)防預(yù)先研究計(jì)劃局（DARPA）發(fā)起了導(dǎo)引頭成本轉(zhuǎn)變項(xiàng)目，對(duì)不依賴于GPS的制導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證。該制導(dǎo)系統(tǒng)能夠?qū)o止、可重新部署和移動(dòng)目標(biāo)等進(jìn)行全天時(shí)導(dǎo)航和精確末段尋的，主要用于高對(duì)抗環(huán)境下無法借助數(shù)據(jù)鏈獲得激光目標(biāo)指示和連續(xù)的瞄準(zhǔn)更新數(shù)據(jù)時(shí)使用。DARPA的導(dǎo)引頭概念方案，采用被動(dòng)捷聯(lián)式電光/紅外傳感器（用于導(dǎo)航的大視場(chǎng)、低級(jí)到中級(jí)分辨率，用于末制導(dǎo)的窄視場(chǎng)、中級(jí)到高級(jí)分辨率），進(jìn)行末段尋的時(shí)，廣域視場(chǎng)分辨率為低度到中度、窄視場(chǎng)時(shí)分辨率為中度到高度。該項(xiàng)概念導(dǎo)引頭還加載有GPS接收機(jī)、慣性測(cè)量部件，以及為未來升級(jí)潛力預(yù)留的接口。SECTR項(xiàng)目包括兩個(gè)階段：第一階段持續(xù)21個(gè)月，主要設(shè)計(jì)和開發(fā)重量小于5千克導(dǎo)引頭；第二階段持續(xù)18個(gè)月，集成和測(cè)試重量不超過2千克的導(dǎo)引頭，最終的重量指標(biāo)小于1千克。DARPA表示，該系統(tǒng)“將為目標(biāo)識(shí)別和優(yōu)化選擇打擊部位提供高分辨率的成像和距離信息，這將在滿足摧毀目標(biāo)的前提下使戰(zhàn)斗部的尺寸和重量最小化”，這也會(huì)降低武器的尺寸。這種小型、低成本導(dǎo)引頭具有開放式和模塊化架構(gòu)，能根據(jù)設(shè)計(jì)或計(jì)劃轉(zhuǎn)換為先進(jìn)的低成本精確制導(dǎo)彈藥。
隨機(jī)信號(hào)導(dǎo)航項(xiàng)目（NAVSOP）這一技術(shù)最早源于英國(guó)BAE系統(tǒng)公司，該公司在2012年6月公布“通過隨機(jī)信號(hào)導(dǎo)航”（NAVSOP）技術(shù)。其利用諸如Wi-Fi、無線電臺(tái)和移動(dòng)電話等現(xiàn)成的信號(hào)輻射來計(jì)算系統(tǒng)用戶的位置，精度可達(dá)到數(shù)米。NAVSOP系統(tǒng)可以抵抗敵方的干擾（這是GPS的弱點(diǎn)）和欺騙，還能夠通過獲取起初未能識(shí)別的信號(hào)來建立逐漸精確和可靠的定位結(jié)果。在某些情況下，它甚至可以利用GPS干擾機(jī)所發(fā)射的信號(hào)來進(jìn)行輔助導(dǎo)航。NAVSOP系統(tǒng)工作所需要的基礎(chǔ)設(shè)施都是現(xiàn)成的，所需要的硬件都可通過商業(yè)系統(tǒng)獲取，用戶不需要為它建立費(fèi)用高昂的發(fā)射機(jī)網(wǎng)絡(luò)。此外，它還可被集成到現(xiàn)有的各種定位設(shè)備中，從而提供比GPS更為優(yōu)越的服務(wù)。該系統(tǒng)可以在建筑物林立的城區(qū)和建筑物內(nèi)等GPS信號(hào)不可達(dá)的地方發(fā)揮作用，也可以通過捕獲各種信號(hào)（包括低軌道衛(wèi)星的和其它民用設(shè)備的），在北極等世界上最偏遠(yuǎn)的地區(qū)發(fā)揮作用。因此，該系統(tǒng)在軍事方面有廣泛的應(yīng)用潛力。它可以幫助士兵在邊遠(yuǎn)地區(qū)和建筑物密集的城區(qū)行動(dòng)，也可以提高無人機(jī)（UAV）的安全性。目前，BAE系統(tǒng)公司已通過“雷神”無人機(jī)對(duì)該技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證。此外，澳大利亞的洛卡塔（Locata）公司為美國(guó)空軍研制的洛卡塔網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)也已在白沙靶場(chǎng)完成測(cè)試，結(jié)果表明該系統(tǒng)可在GPS拒止情況下滿足軍用導(dǎo)航定位需求。該系統(tǒng)采用地面廣播設(shè)備取代衛(wèi)星，向局部區(qū)域發(fā)射導(dǎo)航信號(hào)。其信號(hào)強(qiáng)度是GPS衛(wèi)星信號(hào)的100萬倍，理論定位精度可達(dá)6厘米，且具有快速啟動(dòng)能力。
光學(xué)原子鐘授時(shí)項(xiàng)目眾所周知，導(dǎo)航技術(shù)嚴(yán)重依賴于精確的時(shí)鐘基準(zhǔn)，而GPS就是通過時(shí)鐘授時(shí)達(dá)到了不同地點(diǎn)的時(shí)鐘同步，進(jìn)而計(jì)算出各自位置。光學(xué)原子鐘授時(shí)項(xiàng)目是美國(guó)DARPA發(fā)展的不依賴GPS導(dǎo)航主要技術(shù)項(xiàng)目的基礎(chǔ)。該技術(shù)主要通過發(fā)展精確的時(shí)鐘基準(zhǔn)為其它不依賴GPS導(dǎo)航技術(shù)提供基礎(chǔ)服務(wù)。主要包括：一是量子輔助傳感與讀出技術(shù)。該項(xiàng)目主要是為了制造具有高可靠性和高兼容性的原子鐘。目前高精度原子鐘只能在實(shí)驗(yàn)室固定環(huán)境下工作。美國(guó)（QuA？ SAR）研究人員已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下開發(fā)出了光學(xué)原子鐘，其在50億年內(nèi)的誤差小于1秒。通過研發(fā)可移動(dòng)的原子鐘，提高GPS的精確度，開發(fā)新型雷達(dá)、激光雷達(dá)和測(cè)量系統(tǒng)等；二是超快激光科學(xué)與工程項(xiàng)目。該項(xiàng)目利用超短脈沖激光技術(shù)來顯著提升原子鐘和微波源的精度，從而精確實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的時(shí)間和頻率同步。如果PULSE項(xiàng)目取得成功，全球范圍內(nèi)都可以共享最精確的光學(xué)原子鐘授時(shí)。
發(fā)展動(dòng)因
發(fā)展不依賴GPS導(dǎo)航技術(shù)的目的是為作戰(zhàn)人員和武器精確打擊提供競(jìng)爭(zhēng)激烈環(huán)境中類似GPS的定位、導(dǎo)航和授時(shí)功能。以美軍為首的西方國(guó)家軍隊(duì)積極發(fā)展這一技術(shù)體系，既有著面對(duì)未來威脅環(huán)境發(fā)展的無奈，又有著占據(jù)技術(shù)優(yōu)勢(shì)地位的野心，也有著對(duì)現(xiàn)有GPS發(fā)展的無望。
減少對(duì)GPS的依賴美國(guó)的GPS系統(tǒng)在上個(gè)世紀(jì)末曾發(fā)展為最廣泛的作戰(zhàn)基礎(chǔ)設(shè)施，滲透到了西方國(guó)家軍隊(duì)作戰(zhàn)的方方面面，美軍也對(duì)其產(chǎn)生了嚴(yán)重依賴，在本世紀(jì)前十年，美軍忽然發(fā)現(xiàn)離開GPS系統(tǒng)，美軍已經(jīng)無法遂行作戰(zhàn)和保障任務(wù)，這成為美軍積極發(fā)展不依賴GPS導(dǎo)航技術(shù)最根本的原因。由于普遍預(yù)期GPS在未來戰(zhàn)場(chǎng)上不可靠，因此從本世紀(jì)初開始，美軍一直想在彈藥制導(dǎo)和導(dǎo)航方面降低對(duì)全球定位系統(tǒng)（GPS）的依賴，因?yàn)槊儡娨?guī)劃人員擔(dān)憂，這種依賴會(huì)使武器在GPS信號(hào)受到自然或人為干擾時(shí)變得脆弱。美國(guó)DARPA項(xiàng)目經(jīng)理阿拉提·普拉巴卡爾介紹稱，“定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)對(duì)軍隊(duì)而言就像氧氣對(duì)人類一樣不可或缺。DARPA目前正在研究新機(jī)理、研制新設(shè)備、開發(fā)新算法，以擺脫軍事人員和系統(tǒng)設(shè)備對(duì)GPS的依賴?！?/p>
爭(zhēng)奪戰(zhàn)場(chǎng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)美軍認(rèn)為，為了在未來戰(zhàn)爭(zhēng)中立于不敗之地，必須保持對(duì)對(duì)手的高度技術(shù)優(yōu)勢(shì)，當(dāng)初GPS發(fā)展即出于這一思想。當(dāng)今的GPS模塊導(dǎo)航技術(shù)已經(jīng)無處不在，從汽車、船舶、飛機(jī)、火車、智能手機(jī)、手表，到無人駕駛車、制導(dǎo)武器和自動(dòng)供應(yīng)鏈管理，內(nèi)置的GPS模塊的設(shè)備發(fā)揮了重要作用，這都得益于美國(guó)DARPA早年對(duì)GPS小型化技術(shù)的投資。但未來大型沖突作戰(zhàn)，曾經(jīng)一度被視為優(yōu)勢(shì)的GPS由于易受干擾，反而處于潛在的劣勢(shì)；在未來高威脅環(huán)境下，GPS性能退化或由于電子干擾、電磁脈沖武器或地形遮蔽無法使用GPS；特別是俄羅斯和中國(guó)等也發(fā)展了“北斗”和“格拉納斯”等高性能GPS，逐漸縮小了與美軍的技術(shù)差異；基于這種認(rèn)識(shí)，美國(guó)正在尋求發(fā)展GPS的替代產(chǎn)品，以保證精確制導(dǎo)彈藥在未來對(duì)抗環(huán)境下仍然能夠發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，從而保持對(duì)潛在對(duì)手的技術(shù)差，確保其戰(zhàn)場(chǎng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
干擾技術(shù)發(fā)展迅猛隨著美國(guó)GPS技術(shù)在武器系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，近年來許多國(guó)家都開發(fā)了形式多樣的GPS對(duì)抗技術(shù)，對(duì)現(xiàn)有GPS系統(tǒng)構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。美國(guó)運(yùn)輸部在2001年8月公布的一份題為“評(píng)估運(yùn)輸基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)依賴GPS系統(tǒng)的脆弱性”報(bào)告中警告說，全世界軍事上日益依賴GPS已促使許多國(guó)家研制GPS干擾設(shè)備，而且毫無困難。報(bào)告指出，國(guó)外正在研制兆瓦級(jí)的干擾機(jī)，可在更大的范圍內(nèi)阻礙GPS的使用。2003年美軍在伊拉克的軍事打擊行動(dòng)受到了來自伊拉克軍隊(duì)的GPS干擾機(jī)的干擾。近年美韓軍隊(duì)多次發(fā)現(xiàn)朝鮮在朝鮮半島陸上軍事分界線附近兩到三處地點(diǎn)部署了車載全球定位系統(tǒng)干擾器，有效作用距離為50千米至100千米。2016年3月，英國(guó)陸軍發(fā)布的題為《對(duì)針對(duì)混合型對(duì)手的“智慧訓(xùn)練”的認(rèn)識(shí)》報(bào)告中透露，在電子戰(zhàn)方面，北約和英國(guó)都被甩在了后面，俄軍電子戰(zhàn)和黑客活動(dòng)對(duì)北約飛機(jī)、GPS制導(dǎo)武器和地面士兵構(gòu)成威脅?？梢?，現(xiàn)有GPS的缺陷已經(jīng)嚴(yán)重危害到了美軍事安全。對(duì)此美軍決定通過現(xiàn)代化計(jì)劃重點(diǎn)增強(qiáng)系統(tǒng)抗干擾的能力。
系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在局限盡管GPS是革命性的，但由于其總體技術(shù)框架是上世紀(jì)70年代確定的，因此存在諸多局限性。而且GPS建立在特殊的和相對(duì)較為脆弱的衛(wèi)星信號(hào)基礎(chǔ)上，容易被阻斷。例如，在地下和水下等空間，無法接收到GPS模塊設(shè)備發(fā)出的信號(hào)，GPS衛(wèi)星一旦因故障、敵對(duì)打擊或干擾（如太陽風(fēng)暴）等原因無法提供服務(wù)，這對(duì)僅依賴GPS導(dǎo)航定位的作戰(zhàn)人員或系統(tǒng)來說可能是致命的災(zāi)難。為此，美國(guó)阿富汗戰(zhàn)區(qū)司令部曾在2010年1月要求美空軍（操作GPS衛(wèi)星）改進(jìn)GPS阿富汗覆蓋范圍，以解決阿富汗山區(qū)地形阻擋GPS衛(wèi)星信號(hào)的問題。而上述情況下就需要具備GPS的新的導(dǎo)航定位替代方案，這也是外軍必須發(fā)展不依賴GPS導(dǎo)航技術(shù)的不得已原因。
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