| 電子戰新戰場——導航戰(Navigation Warfare |
| 送交者: 一劍破天 2025年02月16日17:57:33 於 [軍事天地] 發送悄悄話 |
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0引言 美軍最早提出導航戰概念,通過發展規劃不斷迭代,並結合其網絡中心戰、馬賽克戰等新型作戰理念不斷推陳出新,形成了更為完善的導航戰裝備能力體系和戰術戰法。隨着衛星導航系統的不斷發展,美軍不斷完善了導航戰概念、作戰依據、作戰樣式、技術裝備、政策法規、力量體系等各個方面,實施了“保護、阻止、保持”政策。當前,各國將導航戰都對焦在衛星導航定位系統。以美國GPS為代表的衛星導航系統具備全天候、高可用、高精度連續定位,快速靈活、費用低等特點,目前已在大地測量、地球動力學、海陸空交通、氣象、大氣物理、精細農業、減災救災等眾多領域取得到廣泛的應用。因此高技術條件下的信息化戰爭,對武器裝備的精準度要求越來越高,從而使得導航能力在戰爭中的地位日漸突出。 隨着導航技術手段的不斷發展和在軍事上作用的不斷增強,導航定位信息已從最初的作戰保障功能,躍升為軍隊遂行精確作戰不可或缺的重要組成部分,成為軍隊戰鬥力的增長點。依託導航作戰體系展開導航攻、防作戰,對信息化戰爭的勝負具有不可替代的作用。本文通過深入分析導航戰概念內涵外延、作戰機理、關鍵技術,梳理總結了國內外導航戰能力現狀,並給出導航戰發展意見建議,能夠為中國導航戰能力發展提供參考借鑑,對提升導航戰能力體系建設和實踐運用具有現實意義。 1導航戰概述及地位作用 1.1導航戰相關概述 1.1.1導航戰概念 導航戰(Navigation Warfare,NAVWAR)的概念起源於20世紀90年代的海灣戰爭,在“沙漠風暴”軍事行動中,GPS有效增強了指揮部對戰場態勢的感知能力,提高了指揮員的戰場指揮效率,從整體上提升了部隊的綜合作戰能力,為美軍“沙漠風暴”軍事行動的成功起到了重要作用,GPS的巨大軍事效益,讓美軍高度重視相關軍事理論研究。 1997年,美軍正式提出“導航戰”概念,並將其定義為:保證己方和盟友部隊可以有效地利用衛星導航信息,阻止敵方使用衛星導航信息,同時不影響戰區以外區域和平利用衛星導航信息,可總結歸納為“保護”“阻止”“保持”,即(“Protection,Prevention,Preservation”)。2018年,美軍在聯合出版物JP3-14《太空作戰》條令中對導航戰進行了重新定義:聯合太空戰、網絡戰和電子戰能力,預先有準備地採取進攻性和防禦性的各種手段來確保己方使用並防止敵方使用定位、導航、授時信息;若能夠得到情報、監視與偵察和電磁頻譜管理的支持,導航戰更易成功。 1.1.2導航戰內涵外延 導航戰內涵主要包括: (1)保證在敵方實施導航戰的情況下己方能夠正常使用衛星導航系統; (2)阻止敵方利用衛星導航系統進行導航和定位; (3)保障交戰區域以外用戶能夠正常使用衛星導航系統。 隨着現代化戰爭的不斷發展變化,導航戰涵蓋相關內容也不斷的發展,相對於傳統導航戰的內涵,其外延主要包括: (1)導航戰對現代戰爭的影響不僅局限於GPS,而是針對作戰對手所有導航手段與方式進行博弈; (2)導航戰為精確制導武器能在戰場上發揮效能提供支撐,導航戰的優勢能夠保證己方部隊在戰場中的獨立性和主動性; (3)導航戰的勝利意味着在保護己方導航系統的同時,有效降低敵方導航系統的使用效能,從而達到控制整個戰場主動權的目的。 1.2導航戰地位作用 導航系統獲得的位置、導航、時間信息(即PNT信息)的可靠性和可用性將成為精確打擊、偵察預警、指揮控制等任務的基礎信息,制導航權也將成為取得制空權、制海權等作戰任務的基礎之一,是現代戰場新的爭奪對象,是信息化戰爭中的重要組成部分,爭奪導航資源優勢將貫穿於作戰始終。 1.2.1導航戰已經上升至戰略高度 從美俄軍事強國發展布局來看,導航戰已經上升至戰略高度。在以非接觸作戰特點的未來戰爭中,圍繞制導航定位信息權的激烈爭奪是戰爭主動權爭奪的重要內容,進而影響到制天權、制空權、制海權等的爭奪與保持。因此,導航戰的勝負直接影響到爭奪並控制導航定位信息,進而影響戰爭的控制權。 1.2.2導航戰已經滲透至戰場全過程 從近幾年局部戰爭特點規律看,導航戰已經滲透到作戰全過程。導航定位系統為各級作戰單元提供準確實時統一的時間、位置等重要基礎信息。導航戰是圍繞控制、阻止與破壞敵方的導航定位系統,同時確保己方導航定位系統有效發揮作用的導航攻防作戰,導航戰已貫穿作戰全過程。一方面,通過導航對抗手段直接影響、削弱、毀癱敵作戰體系整體作戰能力;另一方面,通過導航系統為作戰部隊機動作戰、特種作戰、遠程精確打擊兵器等提供精確的導航定位信息,提升打擊精度、攻擊時效,支援、配合其破擊敵作戰體系。 1.2.3導航戰在實戰中不斷迭代發展 對電子戰對抗博弈相關技術發展看,導航戰持續迭代發展。從作戰屬性上,導航戰可分為進攻性和防禦性兩種:進攻性導航戰主要是採用主動手段,干擾、破壞和摧毀敵方導航系統和設施,從而破壞敵方獲取導航定位的能力,從根本上降低敵方作戰效能;防禦性導航戰主要是採用被動性手段,有效的抵抗、化解相關干擾和破壞。 從近年來幾場局部戰爭和衝突來看,導航戰越來越頻繁進入實戰,並向綜合化、體系對抗的方向發展,圍繞制導航權的鬥爭越來越激烈。隨着導航戰的持續發展,干擾與反干擾、欺騙與反欺騙技術呈現螺旋升級趨勢,並在實戰中不斷迭代發展。美軍不斷加大力度提升其衛星導航系統的防禦能力,同時俄羅斯也在不斷提升和完善其導航對抗能力,相繼推出了“磁場-21”、“克拉蘇哈”、“汽車場”等多型具備導航對抗能力的電子戰系統。針對世界軍事強國及周邊國家導航系統發展情況,需加速構建導航對抗體系,全方位提升導航對抗能力。 2導航戰能力現狀及發展趨勢 2.1導航戰能力現狀 2.1.1美國導航戰能力現狀 美國是最早開展導航對抗技術研究的國家,從1990年開始不斷迭代推進其導航戰概念和規劃演進發展,整體歷程如圖1所示。 2021年1月15日,美國發布了新的PNT政策——《空間政策指令-7(SPD-7)》,本次政策延續了近年來美國對於網絡風險的關注,將提高GPS及其增強系統的網絡安全作為新增指導目標之一。政策對導航戰概念做出了全新的詮釋,指出“導航戰”是指通過協調使用空間、網絡和電子戰來確保定位、導航及授時信息的有意防禦和進攻行動。美國繼續改進和維護GPS及其增強系統,並繼續提高阻止敵方獲得天基PNT服務的能力,鼓勵開發PNT服務獲取方法的安全替代方法,包括量子導航、相對導航等。 隨着導航系統的發展,美軍完善了導航戰概念、作戰依據、作戰樣式、技術裝備、政策法規、力量體系等方面,實施了“保護、阻止、保持”政策。美軍導航戰的以推進GPS現代化為主,包括軍民信號分離,提高軍碼發射功率等技術措施,同時持續推進以降低或摧毀敵方PNT信息進攻性導航戰裝備和以提升自身獲取PNT信息的防禦性導航戰裝備的研製。 (1)進攻性導航戰方面 美軍在進攻性導航裝備方面開展了以NGJ為代表的的下一代干擾機和反衛星武器研製,美軍進攻性導航戰裝備主要如表1所示。 (2)防禦性導航戰方面 針對GPS信號易於干擾的問題,DARPA先後發布了如何提高GPS抗干擾能力的報告,其中與GPS抗干擾終端相關的技術主要包括:濾波技術、波束形成技術、軍碼直捕技術和組合導航技術。其中濾波技術主要指採用兩陣元及以下的接收天線的GPS抗干擾技術,而波束形成技術主要指採用較多陣元抗干擾天線的技術體制。針對濾波技術和波束形成技術,美軍進行了深入的研究,陸續研製了多款高性能的抗干擾終端,這些終端廣泛應用於各種機載、彈載、艦載和車載武器系統。 美軍還對GPS地面站進行的優化升級、地基增強技術用於增強區域範圍導航信號、新體制GPS衛星導航信號和柔性GPS衛星導航信號等技術手段增強了GPS的抗干擾能力,美軍最新的M碼信號具有拒止敵方使用民用測距碼信號的能力,並可以實現全球和重點區域工作方式的切換,在重點區域的衛星信號功率較目前功率將提高20dB,從而大幅度增強系統的抗干擾能力;目前在軌最先進的GPS衛星是BLOCK-IIF型導航衛星,衛星播發的導航信號到達地面後的信號功率為-160dBW,計劃2025年發射的BLOCK-IIIC型導航衛星將採用數控點波束天線播發導航信號,用戶終端接收到的導航信號功率為-140dBW,即衛星信號功率將提高20dB,從而大幅度增強系統的抗干擾能力;在未來第三代BLOCK-III型GPS現代化導航衛星中,GPS衛星可以根據戰場需求靈活調整軍用M碼信號和P(Y)碼信號的發射功率,稱為“Flexpower”技術,可以提高不低於7dB信號功率。 2.1.2俄羅斯導航戰能力現狀 上世紀90年代蘇聯解體後,俄羅斯繼續完善全球導航衛星導航系統的建設。美國在“沙漠之狐”行動和北約對南聯盟打擊中,GPS衛星導航系統在戰爭中的成功引用,引發了俄羅斯的高度關注。為充分應對美國的導航戰技術威脅,俄羅斯相繼頒布了一些相關的法案以支撐導航戰技術的研究。 2011年6月俄羅斯聯頒布《2020年前GLONASS聯邦計劃》,法案內容包括包括保持星座的衛星數量、研製新衛星、開發導航地圖、建設必要的地面設施、補充研發用戶設備等。俄羅斯計劃2021年後計劃為GLONASS系統軌道星座補充小衛星。《GLONASS聯邦專項計劃(2021~2030年)》構想研製重500kg以下的新航天器。衛星將僅裝備導航儀器,不像現在GLONASS-K系列衛星那樣擁有附加性能,如接受災難信號並將其傳送給救援人員。 在進攻性導航戰方面:深入開展了GPS干擾技術研究,其中空間段和用戶段是針對GPS系統的干擾重點;同時俄羅斯也着力提升太空反衛星能力,包括核導彈反衛星武器、動能反衛星武器、定向能反衛星武器和反衛星衛星等。 在防禦性導航戰方面:俄羅斯同時重視備份導航系統的發展,通過完善已有的地面導航系統,包括類似美國“奧米加”導航系統的“阿爾法”超遠程地面導航系統(RSDN-20)等。同時,還新研了“天蠍座”遠程地面導航系統,原理類似美國的羅蘭系統,其特點是功率小和可搬移,可代替技術落後的地面無線電導航系統“海鷗”。 2.2導航對抗關鍵技術 通過梳理分析外軍導航戰中進攻性對抗關鍵技術發展現狀和研究動態,總結歸納出導航對抗關鍵技術主要包括在以下兩個方面: 2.2.1壓制干擾技術 壓制式干擾技術是針對衛星導航干擾的主要形式,美國與俄羅斯等軍事強國的衛星導航干擾機通常可以產生一系列不同干擾體制的干擾信號,干擾功率從幾瓦到幾兆瓦不等。針對衛星接收機的壓制式干擾信號,將使衛星接收機定位性能下降,甚至無法穩定定位。壓制式干擾干擾信號過大很容易喪失隱蔽性,所以尋找合適的干擾功率是導航對抗的基本要求。 目前,在實際的導航對抗中,常用的分類方法是根據干擾信號的帶寬,壓制式干擾可分為窄帶干擾和寬帶干擾兩類。窄帶干擾信號是指干擾信號帶寬遠小於有用信號帶寬的信號,一般干擾信號帶寬小於有用信號帶寬的10%,即認為是窄帶干擾。寬帶干擾信號占據有用信號的10%以上乃至超出整個帶寬範圍。具體的干擾形式包括:連續波、掃頻連續波、帶限高斯白噪聲、窄帶/寬帶調頻、偽碼數字等相關干擾。 2.2.2欺騙干擾技術 (1)轉髮式欺騙干擾 轉髮式欺騙干擾技術是指欺騙源接收到真實衛星信號,經過一定的時延將功率放大,然後經天線發射到目標接收機。轉髮式欺騙干擾原理示意圖如圖3所示,干擾源接收衛星導航信號後進行轉發,控制定位方程的延時量,可根據不同衛星時延實現任意位置欺騙效果,目前針對轉髮式欺騙干擾的研究主要集中在欺騙位置即區域計算方面。 由於轉髮式的產生模式不能改變衛星導航電文的數據,只能通過控制衛星信號到達目標接收機的時延實施欺騙干擾,所以採用這種方法對解算結果的控制性較差,但其固有的缺點(欺騙信號總是晚於真實信號到達接收機)使其能夠被現有的多徑抑制技術消除。 (2)產生式欺騙干擾 產生式欺騙信號技術不依賴於衛星信號,能夠獨立產生欺騙信號,產生式式欺騙方法主要包括初級欺騙模式、中級欺騙模式和高級欺騙模式。初級欺騙模式只需信號模擬器產生模擬的真實信號,並不要求與真實信號同步;中級欺騙信號需要與真實信號同步;高級欺騙模式不僅需要欺騙信號與真實信號同步,還需要使用多個欺騙源同時進行欺騙,以達到理想的欺騙效果。 表2給出了不同欺騙方式在複雜度、場景適應性和有效性3個方面的對比結果,基於接收機的中級欺騙信號產生模式效果較好,欺騙場景適應性也較高,應用範圍最廣,如圖4給出了中級欺騙模式的工作過程。 中級欺騙模式主要由一台接收機和一個欺騙源組合而成。接收機和欺騙源可以實現小型化,並能夠放置在目標接收機附近。接收機接收衛星導航信號,可以獲得自身的精確位置,進而獲得目標接收機的大致位置。通過測距等方式,獲取目標接收機精確位置。欺騙源根據目標接收機的精確位置產生欺騙信號,使欺騙信號和真實信號同步,最終使目標接收機解算出錯誤的定位信息。 綜上,雖然中等的欺騙產生技術能夠有效實施欺騙,但也存在一定的不足,其最大的缺點就是信號是從同一方向發出,而通常衛星導航信號來自不同的方向,因此這種方式存在着較為容易檢測出欺騙信號的存在。 2.3導航戰發展趨勢 導航戰作為一種創造非對稱優勢的工具,貫穿於現代化戰爭的全過程,導航戰已從最初只考慮衛星導航系統干擾與抗干擾,逐步擴展到衛星導航系統的物理打擊對抗、天基/地基備份增強、不依賴衛星導航的眾多新型PNT技術等,導航戰的內涵外延大幅拓展,技術手段更加豐富、戰術戰法更為多樣,通過梳理分析世界軍事強國的發展方向和近年來局部戰爭的特點規律,總結歸納導航戰發展趨勢主要包含以下四個方面: 2.3.1從點目標對抗到區域對抗轉變 導航戰已從傳統的終端點目標對抗發展到區域對抗。在區域交戰態勢下,敵我雙方介入部隊多、兵力複雜,聯合作戰是其主要的作戰樣式,各參戰單元鏈接要素多、情況瞬息萬變,在這種作戰態勢下,當該區域內衛星導航系統受到了干擾,導致時空基準無法精確統一,從而引起聯合作戰精確指揮不能順利進行。因此,利用區域導航對抗系統對重點區域內導航鏈路實施干擾,破壞或降低敵作戰能力,是導航戰發展的趨勢之一。 2.3.2從終端對抗到導航全系統對抗轉變 導航戰已從終端對抗發展到全系統對抗,而不僅僅是導航終端單一作戰。導航戰已經從傳統的導航終端對抗嚮導航全系統對抗方向發展。針對導航系統干擾主要包含針對衛星導航系統的空間部分、地面運控部分和用戶終端部分三方面。 (1)針對空間部分:①採用反衛星武器直接殺傷導航衛星,包括定向能武器、反衛星導彈等多種反衛星武器;對星地鏈路實施攻擊,破壞敵衛星導航系統空間星座運行控制、星地數據傳輸和時頻同步,從而使整個衛星導航系統無法正常運轉;②研發星間鏈路技術,拓展加強地基、空基等多平台區域增強手段,有效提升戰時因空間衛星受擾、受損後的連續導航服務能力。 (2)針對地面運控部分:①針對衛星導航系統的地面運控站、監測站和上行注入站等地面的運控設施採取無線電干擾、信息安全攻擊等手段,使這些地面運控設施不能正常工作,從而使整個衛星導航系統無法正常運轉;②進一步優化地面運控系統布局,採取機動分布式架構和動態運行管理技術,完善星地鏈路技術體制,提升地面段抗干擾、抗物理摧毀以及信息防護能力。 (3)針對用戶部分:①採用多種干擾手段並結合使用,對不同類型導航終端(車載、機載、彈載和單兵手持等)進行干擾,使其無法輸出或錯誤輸出導航信息,進而起到干擾衛星導航系統正常使用;②採用組合導航、射頻干擾檢測、時域/頻域濾波、自適應調零等技術手段,進一步提升導航終端的抗壓制、欺騙干擾能力。 2.3.3從單一壓制/欺騙對抗到“分布式協同+多手段組合”對抗轉變 採用了抗干擾措施的衛星導航終端,單一的干擾手段很難發揮作用,需要採用多種手段聯合併靈活運用才能達到有效干擾效果。對於採用了自適應陣列天線的衛星導航終端,單幹擾源難以發揮作用,目前M碼衛星導航接收機採用了“陣列天線+超緊耦合”的抗干擾方式,其抗干擾能力非常強,採用單一的功率壓制干擾對干擾裝備功率要求非常高,因此,需要採用分布式協同干擾源策略,突破陣列天線形成零陷數量的能力。 針對無人平台的協同對抗可綜合利用通信、導航對抗手段切斷無人平台測控通信鏈路和導航鏈路,迫使其接收虛假的衛星導航信號,並在綜合監測手段的支持下,逐步牽引目標脫離正常的航跡,進而達成誘騙甚至毀癱效果。 3導航戰能力發展建議 為應對未來戰爭,加速導航戰能力建設,實現新體制導航對抗/防禦能力和多平台/多手段完備的導航戰能力體系建設,必須全方位發展導航戰進攻與防禦能力,進而掌握未來戰爭的制導航權,導航戰能力建設發展可以從以下三個方面重點考慮: 3.1制定頂層規劃 導航戰作戰運用是提升、增強戰場或對抗環境下衛星導航系統服務能力的重要手段,在一定程度上代表着衛星導航系統的先進程度與服務的穩健性。美軍導航戰是以推進GPS現代化為主,包括軍民信號分離,提高軍碼發射功率等技術措施,同時持續推進以降低或摧毀敵方PNT信息的導航戰進攻性裝備和以提升自身獲取PNT信息的導航戰防禦性裝備的研製發展。 隨着導航系統的不斷發展,美軍不斷完善導航戰概念、作戰依據、作戰樣式、技術裝備、政策法規、力量體系等方面,實施了“保護、阻止、保持”的政策。美軍能夠適應針對熱點地區的戰術應用調整,全球範圍多地區導航對抗體系靈活調配能力經過實戰驗證。為確保己方導航戰絕對優勢,美軍持續更新導航戰發展規劃,謀求構建技術全面、具備絕對優勢的導航戰技術、裝備和戰術戰法體系。美軍導航戰從最初單純只考慮GPS系統的電磁干擾與抗干擾,逐步發展擴展到衛星導航系統物理打擊對抗、天基/地基備份增強、不依賴衛導的眾多新型PNT技術等,導航戰概念內涵得到了大幅拓展,技術手段更為豐富,對抗模式也更為多樣。目前,中國還缺少強幹擾條件下的備份導航系統,“導航戰”、“授時戰”等對抗性概念尚未引起足夠的重視,導航系統對地面站依賴性高,系統運行自主化、智能化水平還需進一步提高,應該加強導航戰頂層體系規劃,並不斷完善體系化程度和作戰概念創新力度。 3.2加強進攻能力 隨着導航戰的持續發展,干擾與反干擾、欺騙與反欺騙技術呈現螺旋升級趨勢,針對衛星導航系統發展情況,需加速構建導航對抗體系,全方位提升導航對抗能力。針對導航系統特點,導航進攻能力是指採取主動進攻手段,干擾、破壞甚至摧毀敵方導航系統包含的各種設施設備,從而破壞敵方對於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。通過綜合運用不同類型導航對抗力量實現對敵空基/地基平台衛星導航終端的干擾能力,能夠在重點方向、重點區域內對敵衛星導航終端實施有效壓制和欺騙干擾,最終形成對敵導航戰的戰略優勢。 3.3完善防禦能力 導航對抗不僅僅是導航終端的單一作戰,而是包含戰區功率增強、區域導航增強、導航裝備自身抗干擾和多源融合導航等綜合性體系對抗。由於衛星導航體制自身的脆弱性,導航服務信號時常存在有意或者無意干擾,在各類武器裝備執行作戰任務過程中,因作戰場景的不同,會面臨敵方壓制干擾、欺騙干擾、毀傷干擾等多樣化的導航干擾攻擊,導致無法正常提供有效的定位授時信息,影響作戰任務的執行。因此導航對抗防護(或稱“防禦”)措施需要針對導航系統自身結構特點(主要包括地面運控部分、空間部分和用戶部分),採用最佳技術手段和多種措施融合實施,有效的抵抗、化解相關破壞與干擾,從而保障己方準確、可靠的導航定位服務。主要包括:提升地面段抗擾防護能力;提升導航終端抗壓制、抗欺騙能力;研發星間鏈路技術,加強地基、空基等多平台區域增強手段,加強信號體制優化設計,有效提升戰時因空間衛星受擾、受損後的連續導航服務能力。 4結語 隨着導航技術及各種對抗技術的發展,導航戰不再是僅針對衛星導航系統為目標對象,而是針對敵方所有導航手段和方式開展並進行的,導航戰已成為繼空天、網絡、電子等諸多維作戰域的綜合攻防對抗。為構建攻防一體、專業高效的導航戰作戰體系,必須從其涵蓋的領域進行分析研究,並制定相應的發展策略。其體系領域主要包含政策法規、技術應用和戰術戰法三個方面:①政策法規方面,導航戰已經成為繼電子戰、網絡戰、太空站之後的一種新的作戰樣式,因此應從國家層面推動導航戰的發展與作戰應用,適時制定新的政策法規、作戰條令和發展戰略,加快導航戰裝備建設和作戰運用,提升導航戰深度融入聯合作戰中;②技術應用方面,導航戰技術主要涵蓋導航進攻技術和導航防禦技術,在不同作戰背景和戰場環境下實施的難度和達到的效果不盡相同,如何針對敵方有效組合各種技術進而最大化獲得戰場優勢導航戰優勢是下一步技術應用研究的重點;③戰術戰法方面,導航戰能力建設要根據軍事作戰需求的變化而不斷變化,同時,導航對抗技術和導航裝備的發展也是一個不斷迭代的過程,因此,導航戰戰術戰法是一個逐步演進發展的過程,需要制定適合我軍特點的導航戰戰術戰法,並採用科學合理、切實可行的實施路線並結合作戰條令、技術應用和訓練演練穩步推進實施。 |
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