“转型计划”下的美军定位导航与授时能力发展

· 文|北京空间科技信息研究所 刘春保

“转型计划”下的美军定位导航与授时能力发展

· 文|北京空间科技信息研究所 刘春保

2013年8月，美国空军航天司令部发布《弹性和分散空间体系白皮书》，分析了美国军事航天的战略环境。美国认为，不论自己的空间作战能力如何强大，只要存在对空间系统依赖的短板，敌方必然会发展非对称的空间攻击能力，给美国造成致命一击。为此，美国军方提出了“美国未来军事航天系统将从以大型空间系统为主，转变为构建‘弹性和分散空间体系’（即本文中的“转型计划”），以提升空间系统的弹性（即抗毁能力）”，并将作战能力、弹性和经济可承受性作为评估未来军事航天系统的重要指标。

美国空军将弹性定义为：“弹性是一个系统体系在面对系统故障、环境挑战或敌对行动时能够继续提供所需能力的本领。”而将“空间分散”定义为：“将天基任务、功能或传感器分散于横跨一个或多个轨道平面、平台、载具以及多域的多个系统之中”。

为实现上述目标，美国空军提出了实现军事航天系统的弹性的5种分散形式，即：多轨分散、多域分散、载荷搭载、系统分解、功能分散。

那么，在“转型”发展前提下，GPS与美军定位导航与授时（PNT）能力将如何发展？

GPS是美国重要的空间基础设施，是美军军事能力的倍增器，在冷战结束后的历次局部战争中均发挥了极其重要的作用。然而，卫星导航系统固有的脆弱性使GPS系统在满足未来对抗条件下的作战需求方面有着较大差距。

实际上，美国军方早已开始着手解决未来军事PNT能力不足的问题，《弹性和分散空间体系白皮书》的发布，使我们可以更加明确地梳理出美国未来军事PNT能力发展的思路，即通过整体能力的分散与单一能力增强，提升满足PNT需求的能力，实现军事PNT能力的整体弹性。依据美国军方计划、规划，以及正在开展的预先研究项目，美国军方正在通过多域分散的方式发展军事PNT能力。

首先，GPS是美国军事PNT能力的核心与基础，提升GPS系统满足未来作战需求的能力就成为重中之重。美国正在实施GPS现代化计划，军用M码信号、星上信号功率可调、新一代高速星间星地链路、点波束增强等将显著增强GPS系统对抗环境下提供PNT服务的能力。未来GPS系统定位精度将达到0.5m，授时精度1.2ns，点波束增强能力20dB，为全部军事与民用、商业用户提供高精度PNT能力。

第二，以“全源定位导航（ASPN）”为代表的自主导航能力。2010年11月，美国国防高级研究计划局（DARPA）发布了ASPN项目的首个标书，发展以芯片级高精度惯性器件与原子钟为核心、可引入任何导航信息源（包括GPS系统提供的信息）进行校准与修正，并能够快速集成、重新配置的组合导航架构及算法，为强对抗环境下的军事用户提供满足任务需求与环境变化的高精度PNT能力。

第三，提升区域超高精度PNT能力。美国空军与澳大利亚Locata公司合作完成了基于LocataNET技术的区域高精度导航系统的初步测试。美空军第746测试中队的测试结果表明：对于距离50km、速度500km/h的运动目标，其水平定位精度约6cm，垂直15cm，抗干扰抗欺骗能力远优于GPS系统，可为军用用户提供超高精度的PNT能力，如军用机场、航母编队等。

同时，美国军方正在探讨采取多轨分散和载荷搭载的途径发展GPS系统的可靠性，以增强GPS系统的“弹性”。美国作为GNSS的先行者，在“弹性”这个问题上采取的对策，值得后来者学习借鉴。