近年来,外军为提高在高威胁环境中的作战能力,大力提高武器制导的可靠性,许多国家军方政策支持加速发展不依赖GPS的武器制导技术,并开始应用于诸多新型武器。
发展背景
进入新世纪后,包括美军在内的许多国家军队都意识到现代作战行动对GPS的依赖过于严重,而随着GPS干扰技术的快速发展,这一隐患将成为各国军队战时使用武器的巨大威胁。为此,从2010年开始,以美军为首的西方军队大力倡导不依赖GPS导航技术的发展。
DARPA的新要求
从2010年起,美国国防部高级研究计划局开展了不依赖卫星导航系统的研发工作,目的是全面替代GPS,而不是作为GPS系统的补充。为此,2014年6月,美国国防预先研究计划局(DARPA)向工业界发布新的项目公告,要求发展不依赖现有GPS的武器导航技术。该项目名为“对抗性环境中的空间、时间和方位信息”(STOIC),目的是寻求发展PNT系统,提供独立于GPS系统之外的定位、导航和定时信息。该技术提供的信息应与GPS系统提供的定时和定位精度相当。
技术途径
传统的GPS主要通过接收不同卫星信号来计算确定接收者的空间位置,新的不依赖GPS导航技术主要依靠不与外界发生信息交互的自身定位系统或多种来源的外界光、电信号来定位和导航,新技术主要包括以下几种:
1、惯性导航技术
这是在传统惯性导航技术基础上发展起来的新一代微型化、精确化的导航技术。DARPA目前正在开展的5个不依赖GPS导航项目中,有两项是以惯性导航技术为基础。其中,适应性导航系统项目主要是开发可适应多种平台的“即插即用”导航与定位传感器结构与算法,开发成本降低,将部署周期从数月缩短到数天。该技术主要通过冷原子干涉陀螺仪实现惯性测量,利用量子属性制造准确的惯性测量装置,不需外部数据即可长时间确定时间和位置。同时,为将成果应用于武器制导,DARPA主要开发微导航定位(PNT)技术,通过利用其开发的微机电系统(MEMS)技术研发独立的芯片级惯性导航和精确制导系统。
2、图像导航技术
图像导航技术(lmageNav)是利用弹上传感器对地形成像,将飞行路径与存储的地形数据进行对比,可以达到3米的圆概率误差水平。
3、地磁导航技术
地磁场是地球的固有资源,为航空、航天、航海提供了天然的坐标系。在地球近地空间内任意一点的地磁矢量都不同于其它地点的矢量,而且与该地点的经纬度存在一一对应的关系。因此,理论上只要确定该点的地磁场矢量即可实现全球导航。近年来,地磁导航因其隐蔽性能好、效费比高、即开即用,误差不随时间积累的优势而被广泛应用和快速发展。
4、全源定位和导航(ASPN)
这也是美国DARPA正在开展的5个项目之一。该技术包括3个主要元素:远程强劲的参考信号,极稳定的战术时钟以及为多用户提供导航定位信息的多功能系统。其原理主要是利用非导航电磁信号,包括商用卫星、光波和电视信号甚至闪电,为PNT系统提供额外的参考信息。将不同的信号来源相结合,可以使这种导航系统在GPS信号较弱甚至消失的情况下,提供比GPS模块定位导航系统更强更丰富的信息。
5、超低频导航技术
目前,各国海军几乎都需要依靠超低频通信与潜艇保持联络,而这种超低频无线电波也可用于地理定位,可在未来作为当GPS系统失效时的替代定位手段。
应用发展
为了尽快将不依赖GPS导航技术成果应用于武器,各国已开始开发各种不依赖GPS导航装置,并在一些武器上开展试验。
1、授时惯性测量装置(TIMU)
在美国DARPA的支持下,密歇根大学的研究人员在授时惯性测量装置(TIMU)方面的研究已经取得重要进展。新的装置被集成在仅8立方毫米的芯片上,芯片中集成有3个微米级的陀螺仪、加速器和原子钟,它们共同构成一个不依赖外界信息的自主导航系统。