三、导航定位系统
导航定位系统具有范围广、全天候、连续实时的精确导航与定位能力,可为各种武器装备和人员提供精确的位置、速度和时间信息。卫星导航技术于20世纪50年代末走上军事高技术的舞台,半个多世纪以来,其在军事领域广泛应用于陆海空各种战场作战单元,成为高技术兵力兵器实施战场机动和远程精确打击的重要保障。
目前正在运行的全球卫星导航定位系统主要有美国的“全球定位系统”、俄罗斯的“全球导航卫星系统”、欧洲的“伽利略”和我国的“北斗”卫星导航系统。
(一)导航定位系统的军事应用
在美国近期几场高技术局部战争中,GPS(全球定位系统)导航定位技术的应用体现于海陆空力量的指挥控制、战场机动、补给支援、火力协同、战场救援和保障精确打击等各个环节。
1.嵌入武器系统,提高精确打击能力
在近几次局部战争中,提高武器系统打击精度已成为武器发展面对的主要问题之一。在海湾战争中,美军主要是将GPS的接收机安装在弹药、武器平台、通信系统和指挥控制系统中。至“沙漠之狐”行动,美军GPS应用能力、导航定位精度有所提高,此时GPS系统空间段已由海湾战争时的16颗卫星发展到24颗,并正式投入使用。
同时美军首次对“战斧”巡航导弹加装GPS中段制导系统,在美军发射的415枚巡航导弹上均装备了惯导/全球定位系统中段制导设备,以替代原有的惯导/地形匹配中段制导系统,通过此种制导方式,“战斧”巡航导弹中段定位精度提高到了12米,防区外发射距离增加了20%,任务规划时间缩短到只有几小时。在以美国为首的北约多国部队对科索沃实施的大规模空袭行动中,美国精确制导武器再次发挥了决定性作用,尤其是美军第一次大规模使用了GPS制导炸弹,打击速度与效率明显提高。因此,美国的海射、空射巡航导弹、炸弹都安装了GPS制导系统。在阿富汗战争中美国精确制导武器的使用率大大高于以往,而其所有使用的精确制导武器几乎都利用GPS制导系统,使得美国精确打击武器的战斗力和命中率大幅提高。此次行动中,GPS为参战部队提供了翔实准确的导航定位信息,更为各种制导武器提供了精确的制导数据。
2.配备于各种作战单元,增强方位识别与战场机动能力
在海湾战争中,美军为满足作战需求,几乎为所有的作战平台甚至单兵配备了GPS设备。美国国防部特别紧急采购了价值超过4000万美元的8000部GPS小型接收机,配发给参战的舰船、飞机甚至步兵,其中给步兵配备的袖珍接收机仅有雪茄烟盒大小。通过单兵配备的GPS接收机,美国第24机械化步兵师能够准确地实施夜间机动作战;炮兵部队利用GPS确定射击方位;M1A1坦克利用GPS接收机实施高速准确的机动,并实现了与加油车的快速对接;空军则通过GPS实现数千架次的空中机动,穿越122个不同的空中加油航线、600个限航区、312个导弹交战空域、78条攻击走廊和92个空中战斗巡逻点以及36个训练区。值得一提的是,在海湾战争中,多国部队处在陌生的沙漠地带,缺少足够的标识物,不利于部队的部署与协同,特别是进入科威特地区后,还要设法避开伊拉克的雷场。为此,地面部队根据给定的雷场信息,利用GPS指示的位置信息标出了主要进攻通道。在科索沃战争中,以美国为首的北约联军借助于GPS,首次实现了B-2隐形轰炸机从美国本土到南联盟的远程奔袭作战。在阿富汗战争中,美军B-2隐形轰炸机又通过GPS实现了首次在美国本土外的海外战场远程轰炸行动。此外,美军在历次军事行动中,其特种部队及特工人员均携带各种便携式GPS接收机在战场内实施作战、侦察,对目标方位进行实地精确测定及召唤火力打击等行动。
3.应用于指挥自动化系统,实现对各种作战的指挥与协同
在现代战争中,由于武器系统的发展和作战样式的变化,为了迅速捕捉战机,作战指挥自动化系统得到了广泛的应用。这些系统首先要生成战场实时敌我态势,指挥员将据此采取措施,使态势发生有利于己方的变化。导航系统在其中的作用首先是为己方各单位提供实时位置,然后由通信系统把它们广播出来,使指挥部和其他单位能够掌握己方成员的实时分布。指挥自动化系统中包含各种监视与侦察平台,装有雷达、红外及光电传感器,监视着整个战场的情况,这些传感器产生的目标监视信息必须借助于导航系统所提供的平台位置、航向与姿态信息,才能转换到公共坐标系中,最后形成实时敌我态势。对于指挥自动化系统来说,导航必须与通信相结合,因此集成的通信、导航与识别系统是十分重要的。2001年阿富汗战争和2003年伊拉克战争中试用的“21世纪部队旅及旅以下战斗指挥”系统就是一个集指挥控制、通信、导航与识别于一体的系统。
4.应用于战场人员搜救,使行动更加准确快捷
在海湾战争中,多国部队曾在法国PU-MA直升机上安装了GPS接收机,以增强其人员搜索和救援能力。1995年,美英轰炸波黑,一架F-16战机在执行任务时被击落,飞行员落入塞族控制区。美军利用GPS指示的位置信息,迅速救出了这位飞行员。在1999年对南联盟的空中打击行动中,一架美军F-117A隐身战斗机被击落,其飞机驾驶员配有GPS接收机的无线电发射机,在100~160千米之外的救援飞机马上捕获到驾驶员的呼救信号,定位精度达到100米之内,从而使这名飞行员在24小时之内从南联盟人员的大规模搜捕下获救。(https://www.daowen.com)
5.应用于导引飞机自动着陆
空军是夺得战争主动权的主要力量,各种飞机的安全准确降落是保存有生力量的关键。“联合精确进场着陆系统”(JPALS)是美国1996年提出并开始研制的,它基于GPS技术,是美国军队在全球范围内实现高速机动和快速反应能力的主要支持系统。美国陆、海、空三军都对其表示了浓厚的兴趣,并已成为该项目的参与者。雷声公司为美国海军开发的着舰系统是JPALS的海军版,在JPALS的基础上做了修改。美国海军试飞员已驾驶F/A-18飞机在罗斯福号航母上进行了首次自动着舰,该系统的性能超过了目前自动着舰系统。
6.应用于军队的补给支援
传统的空投方式是采用普通降落伞来投放物资,其投放精度取决于飞机高度和空投时风向及风速情况。低于610米的低空投放落点相当精确,但飞机和机组人员暴露在敌人火力的打击范围内;而高空投放则落点精度低。采用GPS制导的降落伞空投,与常规空投相比有很多优点:第一,大大增强了空投的灵活性,飞行员只需飞近空投区投下物品即可离去,其余的由降落伞自主完成,这样飞机在空投区域停留的时间很短暂,大大提高了飞行员及飞机的安全性;第二,可在相对较高的高空进行投放却能确保空投精度,使飞机远离敌人地面火力攻击;第三,落点准确,地面士兵能够快速判断物品降落的确定地点,快速找到物资,在最需要的时间和情况下得到补给,可在敌方觉察到之前顺利完成补给任务,为作战人员的持续作战并取得最后的胜利提供了保证。
(二)导航系统的发展趋势
1.未来的导航系统将由“单极”向“多极”发展,多系统共存是必然趋势
目前,卫星导航市场几乎仍为美国GPS系统独占,但这种局面正在改变。随着俄罗斯的“全球导航卫星系统”的恢复,以及我国“北斗”系统区域服务的正式运行,这两个系统在卫星导航应用市场已经或正在显示出相当的活力。
至2020年,随着“北斗”系统、欧洲的“伽利略”系统等的部署完成,全球卫星导航领域将呈现这四大系统并存的局面。而在局部区域,日本的准天顶卫星系统以及印度的区域导航卫星系统其力量也不可忽视。这些系统在为卫星导航用户提供更多选择的同时,GPS系统一家独大的局面也将发生重大改变,多系统共存将使更多的国家受益。
2.PNT体系将成为解决军事与民用导航问题的最终解决方案
定位导航授时(Positioning,Navigation,and Timing,PNT)是描述时间和空间的关键技术。为了解决单一卫星导航系统的不足,美国首先提出了国家PNT体系。集成、融合各种可用PNT资源,灵活组合,互为冗余,优势互补的国家PNT体系,能够弥补单一系统能力的缺陷与不足,从而提供具有更高可用性、完好性、稳健性和可维持性的高精度PNT能力与服务。可以预见,PNT体系将是未来解决军事与民用PNT问题的最终解决方案。
3.强对抗条件下的军事PNT技术将成为未来信息化战争中的重要保障
未来的战争将会是以导航、侦察、通信等信息手段为主导的信息化战争,这不但包括依赖上述信息获取手段的“知己、知彼”,更包括通过电子干扰、电子欺骗等信息对抗手段,阻断、破坏敌军的信息获取。PNT信息的获取是信息化战争的重要保障,同时也不可避免地将受到敌军的干扰与破坏的威胁。以美国为代表的卫星导航大国,近些年一直重视对抗条件下的PNT技术发展,如美国GPS系统增加播发的M码信号和未来GPS-3卫星加装的点波束天线等。可以预见,强对抗条件下的军事PNT技术将成为未来信息化战争中时空信息对抗的关键技术。