美军导航战运用浅析及思考_魏蒸.pdf

63技术交流2023.01 广东通信技术DOI:10.3969/j.issn.1006-6403.2023.01.013美军导航战运用浅析及思考魏蒸李景伟王春雷常凯首先从梳理导航战概念的发展沿革、导航战表现形式与技术现状入手，从技术门类梳理导航战的模式，进而阐述了美国导航战理论与政策的最新进展，以及近年来美国导航战演习与作战应用实践，最后总结并提出了美国导航战发展启示。魏蒸甘肃酒泉 14 支局工程师，现从事卫星定位测量专业。李景伟甘肃酒泉 14 支局高级工程师，现从事遥测及空中测量总体专业。王春雷甘肃酒泉 14 支局高级工程师，现从事卫星定位测量专业。常凯甘肃酒泉 14 支局助理工程师，现从事卫星定位测量专业。关键词：卫星导航 导航战 干扰 美军摘要1 引言在 1997 年，美军正式提出“导航战”概念，并将其定义为：阻止敌方使用卫星导航信息，保证己方和盟友部队可以有效地利用卫星导航信息，同时不影响战区以外区域和平利用卫星导航信息。在 GPS 系统发展之初，美国就敏锐地认识到：战时，全球部署的 GPS 系统运行控制段极易受到敌方的干扰与攻击，导致卫星导航系统不能提供满足军事作战要求的服务。所以近年来美国国防部一直在从事导航战理论技术以及相关政策的研究，并且在美军多次局部战争和演习演训中进行试验和迭代，使得理论和技术不断得到检验和升华，逐渐形成了较为完备的理论和技术体系1。2 导航战技术的主要门类导航战作为美军军事行动对于 PNT（Positioning,Navigation，and Timing，定位导航计时）体系影响，可划分为进攻性导航战和防御性导航战两大技术门类。与电子战领域的其它门类类似，导航战的主要任务是确保我方有效保护对于导航基础设施及手段的有效使用，同时尽可能阻碍和破坏敌方的正常导航定位服务。导航战技术是提升、增强战场或对抗环境下卫星导航系统服务能力最重要的手段之一，在一定程度上代表着卫星导航系统的先进程度与服务的可用性与稳健性。2.1 进攻性导航战技术进攻性导航战技术主要是指采取主动性手段，干扰、64技 术 交 流技术交流破坏甚至摧毁敌方导航系统和设施，从而破坏敌方对于现代导航定位服务的获取能力，从根本上降低敌方作战效能。以 GPS 系统为例，进攻性导航战技术主要包括三大类基本手段2：（1）针对导航系统的空间部分：通过反卫星武器直接杀伤导航卫星，目前已经出现的包括定向能武器、反卫星导弹等多种反卫星武器都可以用作空间段攻击手段；（2）针对导航系统的地面运控部分：由于卫星导航系统的地面运控站、监测站和上行注入站等地面运控设施一般为全球部署，因此可针对这些设施采取无线电干扰、信息安全攻击等手段，从而使得这些地面运控设施难以正常工作，从而使得整个导航系统无法正常运转；（3）针对导航系统的用户部分：在实际应用中，可采用压制和诱骗干扰等多种手段，对于机载、车载、弹载和单兵手持等导航终端进行直接干扰，使其无法输出或错误输出导航信息，进而起到干扰导航系统正常使用的作用。2.2 防御性导航战技术防御性导航战技术主要是指采取被动性手段，有效的抵抗、化解相关破坏与干扰，从而保障我方准确、可靠的导航定位服务。与进攻性导航技术相对应，防御性导航战技术主要分为三个门类：（1）针对导航系统的空间部分：进一步优化导航卫星星座的设计，使得其轨道排布更加合理；采用电磁或激光加固技术进一步提升导航卫星的防护性能；通过星间链路等技术逐步提升导航星座的自主运行能力，从而更加有效的抵御反卫星武器的打击威胁；（2）针对导航系统的地面运控部分：进一步加强地面运控设施及其周边区域的安全保卫措施；进一步优化不同类型的地面基础设施的地面部署，对于关键设施进行冗余配置；对系统的遥测和通信链路进行加密保护，防止信息安全攻击；（3）针对导航系统的用户部分：进一步优化系统的信号体制设计，针对军事用户的实际需要，提升信号的防篡改、防破译和防干扰能力；进一步提升各类导航终端的抗干扰能力，采用自适应干扰抑制、射频检测、组合导航等多种技术，确保各类终端及时发现并上报潜在的恶意干扰。3 近年来美军导航战理论及政策2019 年 8 月，美国国防部发布了其公开版国防部定位导航与授时体系战略报告，报告中提到导航战包括国防部 PNT 体系功能的防御型和进攻型应用组合，其作用是通过协调空间网络空间和电子战来影响所有作战领域。在所有作战领域中进攻和防御能力特点是定义导航战环境并将其用于作战目的的关键3。导航战行动包括如下，如图1 所示。图 1 导航战行动（1）了解战场上对手的依赖性和脆弱性；（2）了解战场上联合 PNT 保证的太空网络空间和射频威胁；（3）对 PNT 信息基础设施的动能威胁；（4）射频频谱和网络空间的实时状态；（5）联合导航战功能的可用性和状态。国防部政策规定，美国和盟军必须有效地使用导航战，以确保 PNT 优势支持军事行动，这要求所有国防部系统都必须符合导航战，且必须由国防部采购和适当的测试机构对合规性进行测试和验证，如果系统在预期的物理电磁和网络环境中，在特定任务所需的时间段内继续按照任务要求的准确性级别提供受信任的 PNT 信息，则该系统将被确定为符合导航战要求。3.1 进攻型导航战联合进攻型导航战能力包括在物理网络空间域或射频频谱中的任何信息（无论当前是否与 PNT 任务相关），这些都可被调用以产生动态或非动态 PNT 不利影响。作战人员在执行进攻型导航战行动时，必须考虑到 PNT 在信息体系中对友军和敌对部队的综合作用 PNT 是体系的基本推动者，对于电信和信息系统的有效运行是必不可少的。这种启用的 PNT 系统是指挥和控制军队、有效使用65技术交流美军导航战运用浅析及思考2023.01 广东通信技术武器以及执行许多重要军事和情报任务不可或缺的，随时可用的精确位置和时间为美军和敌军提供了近乎实时的态势感知。在这种情况下，PNT 是美国和敌对技术情报体系结构的重要组成部分为了实现 PNT 优势，国防部将做如下筹划：（1）确保美国和盟军使用 PNT 设备，其中包含各种已知且特征明确的 PNT 信息源。要有效地执行进攻型导航战方案，就必须全面了解美国和盟军使用的 PNT 能力和应用范围，以避免牺牲；（2）加速服务计划，以实施模块化开放系统方法进行 PNT 功能集成，以加速应用程序的可用性，从而增强进攻型导航战的灵活性；（3）继续敦促快速部署 GPS 军用码接收器，这对于美国全面启用电子攻击并利用 GPS 现代化计划的固有优势至关重要。3.2 防御型导航战国防部利用 PNT 功能的分层体系结构，以防止由于国防部系统中使用的 PNT 信息源受到干扰而导致导航战操作性能下降使用各种经过整合和验证的 PNT 信息源，以符合预期的导航战环境，可确保在国防部武器系统和平台中启用 PNT 程序的连续性。国防部将做如下筹划：（1）尽可能采用模块化的开放系统方法将国防部PNT 体系功能集成到国防部平台和武器系统中，在应对不断发展的导航战威胁环境中实现最大的灵活性和不可预测性；（2）与美国盟国进行讨论并建立协议，以获取和使用 PNT 体系功能，最大程度地减少杀伤力并确保在导航战组合作战环境中的互操作性。4 美军导航战运用及效果近些年，美军在伊拉克、科索沃、阿富汗、利比亚、叙利亚、俄乌战争以及施里弗、红旗、海军航母等一系列局部战争和演习中广泛应用，其核心是夺取定位导航与授时信息在内的制信息权，如表 1 所示。在表 1 中涉及的美军在导航战中的作战及训练内容较多，为便于归纳上述美军导航战的运用情况，从上表中选取具有代表意义案例进行重点分析和解读。4.1 叙利亚军事打击中的导航战2018年3月中下旬以来，俄罗斯为对抗美国的无人机，在叙利亚地区对 GPS 信号进行了干扰。4 月 13 日，叙利亚周边的 IGS 站 BSHM 测站出现数据中断现象，GPS 部分卫星 P 码信号功率大幅度增强。BSHM 测站及附近数据利用率如图 2、图 3 所示，可知 4 月 620 日三个测站的数据利用率均在 90以上。BSHM 测站数据利用率在 4月 1216 日波动较大且相对较低，在 4 月 13 日达到最低即 91%4。4 月 14 日，叙利亚当地时间凌晨 4 点，美国对叙利亚实施打击；4 月 17 日，GPS 信号功率恢复正常；4 月 23 日，地面干扰逐渐减弱据此可判断，美军对叙利亚进行军事打击前后，敌对双方上演了 GPS 信号干扰与反干扰的导航战。总之，叙利亚地区经历了俄罗斯对 GPS信号进行局部干扰，美国实现对 P 码信号增强，美国对叙利亚实施军事打击，GPS 信号功率恢复，地面干扰逐渐减弱，从而形成了一个完整的 GPS 导航战实例。叙利亚军事打击中的导航战表明：美国已经可以在实战中，灵活地运用各种导航战技术配合地面军事打击，包括区域军用信号功率增强技术和导航拒止技术1。4.2 加快演练在 GPS 受干扰条件下作战应用红旗系列演习是美国空军最重要的军事演习，是在近实战环境下实施的高强度空战对抗训练。2018 年 12 月，美空军联合海军、海军陆战队以及澳洲皇家空军与英国皇家空军，在美国西部内华达州内利斯试验训练靶场，举行了规模空前的红旗 18 演习。本次演习的重点科目之一是GPS 干扰环境下的空战组织与实施。参演部队需要在无GPS 提供 PNT 服务的情况下实施防区外导弹攻击、飞越敌占区进行精确目标打击等作战任务。这种对抗不仅是火力的对抗，也是 PNT 的对抗。2018 年 9 月，美军航母第 4 攻击群在美国东海岸组织的 2018 年度第 3 次军演中，假想 GPS 被切断处于不可用状态下的模拟实战演习，如图 4 所示。2019 年 2 月 6日 10 日，同样是美军航母第 4 攻击群在美国东南部至加勒比海地区组织的本年度第 1 次演习中，在不同时段对该区域 GPS 信号进行了干扰。美国近期实施的导航战战例表明：美国导航战技术发展已经日趋完善，有着系统的作战条令可供遵循，并且将GPS 拒止条件下的作战应用作为演习训练的重点6。66技 术 交 流技术交流表 1 美军近年来历次导航战情况战争或演习时间方式和手段反制措施导航战结果海湾战争19901991 年开 始 使 用 GPS 精 确 制 导（占 比 约10%），并利用 GPS 进行但并定位呼叫火力GPS 走向现代战争的舞台，美军初次系统性诠释了信息化战争的作战思想、样式；在美军的全面信息优势下，各个重要的目标被精确打击科索沃战争1999 年广泛使用 GPS 精确制导炸弹、并适应大量信息对抗飞机精确制导炸弹的精度在 10 m 以内，有效提高了空袭效率阿富汗战争2001 年对特定区域 GPS 信号实施干扰阿富汗地区无法获取民用 GPS伊拉克战争2003 年大量使用 GPS 精确制导武器，占比约68%战争前已在边境部署从俄罗斯购买的干扰机，导致美导弹频频出现误炸伊拉克邻国的事件英美联军摧毁台伊拉克的干扰设施，并在战争后期对伊进行干扰，确保牢牢掌握制导航权 伊朗捕获美军无人机2011 年伊朗使用俄罗斯进口的“汽车场”电子对抗系统，采用分布式干扰源布局，运用“先压制失锁，再组合诱骗”的组合导航干扰策略；捕获美军RQ-170“哨兵”无人机4施里弗太空作战演习20152016 年演练对导航卫星实施网络对抗的战法训法逐步理清导航战与太空战、网络战的关系叙利亚空袭2018 年P 码增强、C 码选择可用性（SA）战争前，叙利亚对 GPS 信号进行干扰，以对抗美军无人机的侦查，导致部分地区、部分时段的 GPS信号减弱、中断码增强、码选择可用性（SA）逐步成为美导航战的固定手段 红旗系列演习 2018 年 12 月本次演习的重点科目之一是 GPS 干扰环境下的空战组织与实施参演部队需要在无 GPS 提供服务的情况下实施防区外导弹攻击飞越敌占区进行精确目标打击等作战任务美国导航战技术发展已经日趋完善有着系统的作战条令可供遵循并且将 GPS 拒止 注 1 条件下的作战应用作为演习训练的重海军年度军演2018 年美军航母第攻击群（Carrier Strike Group