06.12 現代軍事中的GPS問題及應對之法

現代軍事中的GPS問題及應對之法

軍事技術網6月11日消息:自從海灣戰爭結束以後,很多國家的軍隊,尤其是美軍日益依賴GPS衛星星座,戰艦、戰機、制導導彈和地面的士兵都需要用它們來進行定位、導航和正時。但是,當下GPS是否依然像當時一樣,有著自己的革命意義?

現代軍事中的GPS問題及應對之法

回想1991年時,隨著“沙漠風暴”行動的展開,精確制導彈藥的強大能力令公眾眼前一亮。GPS成為當時的技術奇蹟,預示著新戰爭時代的到來。所見之人,都將它與“智能炸彈”和“最小附帶損傷”聯繫到了一起。

在海灣戰爭結束後的二十多年間,GPS已經覆蓋到個個角落,幾乎融入到了現代生活的方方面面。從軍隊到手機,GPS已經成為21世紀一個必不可少的組成部分。但是,它的成功卻也是一把雙刃劍,有越來越多的聲音,包括美國國防高級研究計劃局項目負責人都指出,GPS已經成為一個“單點故障”。(當某一系統存在“單點故障”時,只要這個部分出現問題,必然會造成系統的其他部分全部出現問題。)

除軍事功能外,很多其他行業和活動也離不開GPS,包括民用航空、航海、公路和鐵路運輸、應急服務、農業、漁業、手機網絡、公共設施系統和金融系統。雖然GPS很強大,但它卻也有自己的弱點。

GPS的薄弱點 GPS的信號容易受到影響

GPS一個最大的問題就是信號本身比較脆弱。它的信號是從中地球軌道發出的,要到達地球,需要穿過層層障礙。很多幹擾情況都會減弱GPS的接收,例如太陽黑子和大氣層的自然活動,其他的合法民用和軍用通信傳輸等。除此之外,信號還很容易遭到犯罪分子或外軍的故意阻擋。

其實早在伊拉克和科威特戰爭期間,GPS這種新奇蹟剛剛出現時,這個問題就已經顯現了。雖然當時伊拉克與美軍存在很大技術差距,但薩達姆軍隊還是很快就發現,即便是藉助不太精密的設備,也能將GPS信號淹沒在無線電噪音當中。這個弱點一直都存在,只不過在1991年時,干擾GPS需要一定程度的專業技術知識和相關資源。但是在27年後的今天,幾乎每個人都可以藉助網絡和到處都是的廉價硬件來獲得所需的技術和資源。

干擾可能會造成很大的影響。在2009年的一次測試中,英國一艘船上一個功率不到一部手機的千分之一的干擾器,使電子海圖上顯示了錯誤位置,而且還通過自動識別系統傳輸給了附近的航運調度點。另外,衛星通信、應急安全系統和直升機甲板穩定性都出現問題,時鐘出錯,船隻的雷達和陀螺羅經也受到了影響。

雖然如此,直接進行干擾依然不太可能造成重大威脅,這主要是因為簡單粗暴的干擾很難不引起注意。一旦信號突然出現損失或劣化,就會有很多裝置檢測到問題,隨之發出警報。

信號欺騙和優雅降級

信號欺騙,指的是向接收器發出錯誤的定位、導航和正時信息,使其顯示“錯誤的”位置,採用這種方法無法檢測到出現問題。“優雅降級”就是一種最好的欺騙手段,它通過對虛假GPS信號進行謹慎管理,逐步增多,這樣便很難注意到。2013年時,美國德州大學的一個小組在意大利沿岸展示了這種方法的有效性,緩慢使一艘小艇偏離航道,而其高端導航系統持續顯示船隻沿直線行駛。

另外也出現了其他的報道。2011年,伊朗稱對美國一架RQ-170“哨兵”無人機進行了黑客攻擊,欺騙其在伊朗一個基地降落。去年,20多艘在黑海俄羅斯新羅西斯克港口附近的船隻,發現自己到了32公里以外的格連吉克港口。

應對之法 偽衛星與國防高級研究計劃局的自適應導航

美國陸軍研發了地基小型類GPS衛星,即偽衛星。在定位、導航和正時方面,它們有兩大優勢。第一,它們發出的信號更加強大,更難受到干擾。第二,它們的位置可以具體設定,可覆蓋當前GPS無法到達的地方。偽衛星發射的信號與GPS發射的信號類似,可由士兵們已經熟悉的設備接收到,所以在GPS信號差或暫時沒有信號的地方,可以用偽衛星進行補充。既可以應對信號欺騙,也可以應對無法使用GPS的環境。

在國防高級研究計劃局,研究人員正在努力完善自適應導航系統。這種系統有兩個主要的補充部分——精確慣性導航系統和全源定位導航。精確慣性導航系統能提供更好的慣性測量,需要較少的外部定位,而全源定位導航側利用非GPS信號源(如移動網絡、電視發射站和商業衛星)來進行外部定位。通過將所有這些輸入結合起來,將它們與已知來源的數據庫進行對比,同時用國防高級研究計劃局當前開發的新算法進行計算,即可確定準確的定位、導航和正時。

重拾老作法:天體導航

在天體導航消失十多年後,三年前,美國海軍學院恢復了教授天體導航課程。當然,利用星體來導航也很好,不過卻無法像GPS那樣精確。但是從另一個方面來看,像六分儀、地圖和指南針等老式做法,在無法使用GPS的情況下卻有著很大的幫助,至少能夠進行粗略定位。


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