2021年，外軍定位、導(dǎo)航與授時(shí)（PNT）能力建設(shè)穩(wěn)步推進(jìn)。鑒于GNSS信號(hào)中斷或受損影響到及時(shí)決策、任務(wù)安全、武器系統(tǒng)以及關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，各國仍以提升PNT體系韌性、提供有保證的PNT能力為中心，持續(xù)增強(qiáng)和研發(fā)天基PNT能力，GNSS系統(tǒng)更新、換代與前沿關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)并行推進(jìn)；各種新PNT能力不斷集成到作戰(zhàn)系統(tǒng)中，增強(qiáng)作戰(zhàn)人員在動(dòng)態(tài)威脅環(huán)境下的優(yōu)勢。各國特別是一直引領(lǐng)軍用PNT技術(shù)發(fā)展的美國非常重視同步發(fā)展導(dǎo)航戰(zhàn)能力以及GNSS拒止環(huán)境下的備用PNT能力，不斷為各軍種開發(fā)PNT關(guān)鍵產(chǎn)品，增強(qiáng)各個(gè)作戰(zhàn)域的PNT能力。

隨著現(xiàn)代PNT體系對衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的依賴越來越深，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的固有脆弱性不斷顯現(xiàn)，特別是在復(fù)雜戰(zhàn)場條件和高度對抗的電磁環(huán)境下，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)易受干擾、欺騙和被中斷的問題顯得非常突出。如何建設(shè)能夠適應(yīng)條件不斷變化、抵御中斷的韌性PNT體系，提供連續(xù)、穩(wěn)健、可靠的PNT服務(wù)已成為各國關(guān)注的重要課題。

這一問題也是2021年美國政府和軍方討論的熱點(diǎn)問題。美國政府發(fā)布新版天基PNT政策，再次強(qiáng)調(diào)增強(qiáng)GPS系統(tǒng)與設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)安全性能與抗干擾能力并發(fā)展備用PNT技術(shù)；美國政府問責(zé)局（GAO）發(fā)布國防導(dǎo)航能力技術(shù)評(píng)估報(bào)告，對美國防部正在發(fā)展的備用PNT技術(shù)進(jìn)行評(píng)估，探討未來PNT發(fā)展需求以及如何集成各種PNT技術(shù)構(gòu)建更具韌性的PNT體系；美國國家科學(xué)技術(shù)委員會(huì)發(fā)布《美國國家PNT韌性提升研發(fā)計(jì)劃》，就提升PNT韌性的技術(shù)研發(fā)活動(dòng)提出指導(dǎo)意見。

2021年1月，美國白宮發(fā)布7號(hào)航天政策令——《美國天基定位導(dǎo)航與授時(shí)政策》。新政策取代了2004年版《美國天基PNT政策》，納入了導(dǎo)航戰(zhàn)、網(wǎng)絡(luò)安全、頻譜應(yīng)用以及使用國外天基PNT服務(wù)等相關(guān)規(guī)定，旨在為美國天基PNT計(jì)劃和活動(dòng)提供行動(dòng)指南，更好地滿足美國國家安全、國土安全、民/商用和科學(xué)應(yīng)用需求。

目前，美國軍事、民用基礎(chǔ)設(shè)施和應(yīng)用廣泛依賴于GPS及其增強(qiáng)系統(tǒng)，一方面GPS需求日益增長，服務(wù)范圍不斷拓展，面臨的威脅日益增大，另一方面其他國家天基PNT系統(tǒng)的發(fā)展對GPS的未來效用造成沖擊，在此背景下，美國認(rèn)為其需要制定適應(yīng)性更強(qiáng)的政策和管理框架。新政策強(qiáng)調(diào)了美國對GPS的嚴(yán)重依賴及其脆弱性，指出政府和商業(yè)機(jī)構(gòu)應(yīng)擁有可用的備用PNT技術(shù)。

7號(hào)令重申了2020年2月特朗普政府發(fā)布的行政指令《負(fù)責(zé)任地使用定位、導(dǎo)航與授時(shí)服務(wù)增強(qiáng)國家韌性》的要點(diǎn)和建議，目標(biāo)是保持美國在提供全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）服務(wù)和負(fù)責(zé)任地使用GNSS方面的領(lǐng)導(dǎo)地位。新政策要求增強(qiáng)導(dǎo)航戰(zhàn)能力，提升GPS及其增強(qiáng)系統(tǒng)和設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)安全性能與抗干擾能力，保護(hù)GPS及其增強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行的頻譜環(huán)境；鼓勵(lì)發(fā)展GPS替代性PNT服務(wù)并支持使用外國星基PNT服務(wù)對GPS形成補(bǔ)充，最終提升PNT服務(wù)精度、可用性和韌性。

2021年5月，美國政府問責(zé)局發(fā)布《國防導(dǎo)航能力技術(shù)評(píng)估》報(bào)告，對美國國防部研發(fā)新PNT技術(shù)作為GPS補(bǔ)充的情況進(jìn)行了分析。這份51頁的報(bào)告全面審視了美國替代性PNT技術(shù)的研發(fā)部署情況、發(fā)展策略及面臨的挑戰(zhàn)。報(bào)告指出，雖然GPS仍是美國防部PNT解決方案的核心，但決策者“應(yīng)考慮選擇最具韌性的技術(shù)作為不同軍事任務(wù)PNT裝備的基石，而不是默認(rèn)選擇GPS”。

GPS是美軍及其盟軍天基PNT信息的主要來源。近年來，考慮到GPS使用的普遍性和本身的弱點(diǎn)、以及潛在對手越來越多地研發(fā)和使用干擾器、欺騙器來影響美國軍方使用GPS系統(tǒng)，美國國防部開始探索GPS替代方案。

根據(jù)美軍PNT發(fā)展戰(zhàn)略，未來，美國防部仍將GPS視為PNT架構(gòu)的核心，但會(huì)使用其他PNT技術(shù)對GPS能力進(jìn)行補(bǔ)充（如圖1所示）。美國國防部正在通過三項(xiàng)PNT科技計(jì)劃支持PNT研發(fā)：開放架構(gòu)計(jì)劃目標(biāo)是將各種PNT技術(shù)集成到一起，實(shí)現(xiàn)PNT韌性；時(shí)間分發(fā)計(jì)劃目標(biāo)是在GPS拒止或GPS性能降級(jí)環(huán)境下通過其他媒介向移動(dòng)用戶傳送時(shí)間信息；模擬和仿真計(jì)劃旨在進(jìn)行PNT技術(shù)評(píng)估，識(shí)別有前景的技術(shù)，為作戰(zhàn)規(guī)劃和投資決策提供支撐。美國防部官員和專家分析稱，目前沒有備選的PNT技術(shù)可以替代GPS，也沒有任何一種單獨(dú)的PNT技術(shù)能夠滿足所有PNT需求。美軍PNT技術(shù)路線圖希望實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)是：在任何威脅環(huán)境下，平臺(tái)都能夠擁有獨(dú)立的PNT系統(tǒng)以不同方式獲得足夠的PNT信息來滿足任務(wù)需求。

美軍在開發(fā)和集成備用PNT技術(shù)方面還面臨諸多挑戰(zhàn)。開發(fā)備用PNT信息源并不是美國防部的優(yōu)先事項(xiàng)，這些PNT能力也未被看作是正式的關(guān)鍵需求，而是被視為“二層需求”。該報(bào)告還指出，官僚和政治障礙是備用PNT技術(shù)發(fā)展面臨的最大挑戰(zhàn)，“任何威脅到GPS的技術(shù)都面臨很大阻力”。但實(shí)際上目前許多軍事任務(wù)并不需要GPS達(dá)到的精度。許多可選技術(shù)雖然更具韌性，但因無法達(dá)到與GPS同等精度而無法滿足過高需求。對此，GAO提出了六條建議，包括加強(qiáng)協(xié)作、聚焦韌性、明確軍事任務(wù)的實(shí)際PNT性能水平需求、與工業(yè)部門協(xié)作、保障開放式體系架構(gòu)長期發(fā)展及分析不同PNT系統(tǒng)的弱點(diǎn)。

該報(bào)告面向軍事應(yīng)用，聚焦于GPS補(bǔ)充業(yè)務(wù)，但并未討論如何增強(qiáng)GPS信號(hào)與裝備的韌性，也未涉及如何使用其他國家的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。從報(bào)告透露的內(nèi)容可以確定的是，美軍已充分意識(shí)到過度依賴GPS所帶來的風(fēng)險(xiǎn)，2021年國防授權(quán)法案已要求美國防部到2023年前為作戰(zhàn)指揮官提供非GPS PNT能力。雖然美軍對備用PNT技術(shù)的發(fā)展還缺乏統(tǒng)一規(guī)劃和協(xié)調(diào)，但各軍種都在積極研發(fā)各種新的PNT信息源，在GPS可用的情況下，這些技術(shù)還可以協(xié)同工作，檢驗(yàn)每種PNT信息源的精確性，并互為補(bǔ)充，提供更具韌性的PNT信息。

美軍各軍種已達(dá)成共識(shí)將模塊化開放體系架構(gòu)（MOSA）視為未來PNT成功的關(guān)鍵。MOSA無需對平臺(tái)做重大改裝就可為其增加新的PNT源，只需針對所需PNT源研發(fā)新的傳感器模塊。GAO在報(bào)告中對此表示認(rèn)同，并建議美國防部將開放架構(gòu)開發(fā)制度化，給予專門的長期資金投入。另外，學(xué)術(shù)界和商業(yè)領(lǐng)域的研究對美軍降低設(shè)備尺寸、重量、功率及成本一直有很大的推動(dòng)作用，未來，美軍將繼續(xù)利用民用和商用技術(shù)進(jìn)步不斷完善其PNT體系。

根據(jù)2020年美國政府發(fā)布的第13905號(hào)行政令“負(fù)責(zé)任地使用定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)增強(qiáng)國家韌性”的要求，2021年8月，美國國家科學(xué)技術(shù)委員會(huì)發(fā)布了《美國國家PNT韌性提升研發(fā)計(jì)劃》報(bào)告，旨在提升關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施對PNT服務(wù)中斷的韌性，有效滿足維護(hù)美國國家和經(jīng)濟(jì)安全的戰(zhàn)略目標(biāo)需求。

該計(jì)劃列出了“表征和模擬PNT服務(wù)及其使用”、“改進(jìn)并擴(kuò)展PNT能力”、“集成并部署韌性PNT架構(gòu)”三大研發(fā)目標(biāo)，下設(shè)共14個(gè)小目標(biāo)。該計(jì)劃指出，開發(fā)新的或改進(jìn)的PNT服務(wù)需要首先了解PNT應(yīng)用需求的不斷變化，應(yīng)全面了解當(dāng)前PNT系統(tǒng)漏洞以及系統(tǒng)之間的相互聯(lián)系和依賴關(guān)系，并確定有效的韌性度量標(biāo)準(zhǔn)。各聯(lián)邦機(jī)構(gòu)應(yīng)開發(fā)具有更好性能指標(biāo)（例如精度、可用性、連續(xù)性、覆蓋范圍和完好性）的PNT設(shè)備，改進(jìn)和擴(kuò)展PNT服務(wù)和能力，從而增強(qiáng)韌性并推動(dòng)創(chuàng)新（例如尺寸、重量、功耗和成本），刺激應(yīng)用發(fā)展。其中，改進(jìn)和擴(kuò)展服務(wù)中斷檢測工具和緩解方法對實(shí)現(xiàn)韌性PNT架構(gòu)至關(guān)重要。該報(bào)告同樣強(qiáng)調(diào)將不同PNT功能和組件集成到用戶設(shè)備中，開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)和指南促進(jìn)PNT架構(gòu)和接口的統(tǒng)一性和通用性。

該研發(fā)計(jì)劃是在美國近幾年致力于提升國家總體PNT韌性的背景下提出的，雖然報(bào)告中建議各研發(fā)目標(biāo)主要由國土安全部、交通部、航天局等民用機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)完成，但其PNT韌性和服務(wù)新理念也必將影響并促進(jìn)軍事PNT應(yīng)用的發(fā)展。

導(dǎo)航戰(zhàn)是一系列旨在加強(qiáng)友軍PNT數(shù)據(jù)使用，干擾敵方使用PNT數(shù)據(jù)的行動(dòng)，也是各國建設(shè)韌性PNT體系的一個(gè)軍事應(yīng)用目標(biāo)。導(dǎo)航戰(zhàn)需要的不僅僅是GNSS設(shè)備或不依賴于GNSS的傳感器。導(dǎo)航戰(zhàn)的一個(gè)關(guān)鍵要素是能夠?qū)崟r(shí)“感知”PNT環(huán)境，使指揮官和部隊(duì)在GNSS性能降級(jí)或被拒止時(shí)仍能夠自信而精確地機(jī)動(dòng)。但過去多年來，國防PNT界主要側(cè)重于獲取和強(qiáng)化GNSS用戶段、改進(jìn)慣性傳感器、探索備用PNT能力，在了解和處理PNT威脅方面，如執(zhí)行頻譜和空間監(jiān)視等，則還需進(jìn)一步加強(qiáng)。2021年，美國和歐洲在這方面都有所動(dòng)作。

2021年3月，美國陸軍有保證定位、導(dǎo)航和授時(shí)/空間跨職能小組批準(zhǔn)了《導(dǎo)航戰(zhàn)態(tài)勢感知能力發(fā)展簡略文件》（A-CDD），要求對作戰(zhàn)人員的導(dǎo)航戰(zhàn)態(tài)勢感知能力進(jìn)行試驗(yàn)和快速原型開發(fā)。

導(dǎo)航戰(zhàn)態(tài)勢感知能夠幫助探測、識(shí)別和定位PNT干擾源，驗(yàn)證信號(hào)的完好性并就干擾的存在和強(qiáng)度向用戶發(fā)出提示與警告。通過集成能夠?qū)τ幸狻o意干擾源進(jìn)行探測、識(shí)別和定位的多種傳感器，導(dǎo)航戰(zhàn)態(tài)勢感知還能夠表征作戰(zhàn)環(huán)境。

這份A-CDD文件詳細(xì)介紹了利用新興和現(xiàn)有解決方案進(jìn)行快速原型開發(fā)、測試和士兵評(píng)估的方法，將使美陸軍加快導(dǎo)航戰(zhàn)關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展，并簡化為作戰(zhàn)人員加速交付作戰(zhàn)相關(guān)系統(tǒng)的流程，增強(qiáng)戰(zhàn)場士兵和指揮官對PNT可靠性的實(shí)時(shí)態(tài)勢感知能力，幫助實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程精確打擊，并為實(shí)現(xiàn)大規(guī)模地面作戰(zhàn)行動(dòng)的機(jī)動(dòng)自由提供支持。

該文件提出的需求是美軍為士兵開發(fā)專用導(dǎo)航戰(zhàn)能力的第一步，也是增強(qiáng)作戰(zhàn)行動(dòng)殺傷力的關(guān)鍵因素。聯(lián)合部隊(duì)將利用這種感知能力協(xié)調(diào)和實(shí)施行動(dòng)，應(yīng)對PNT挑戰(zhàn)環(huán)境。

2021年7月，歐盟提出投資5000萬歐元實(shí)施“韌性天基PNT與衛(wèi)星通信”計(jì)劃，目標(biāo)是通過測繪與威脅分析，提升對抗環(huán)境下天基PNT的韌性，同時(shí)發(fā)展歐洲技術(shù)和產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)具有互操作性和韌性的軍事衛(wèi)星通信。

歐盟在該計(jì)劃下提出了“天基與地基導(dǎo)航戰(zhàn)監(jiān)視”課題并向業(yè)界尋求建議書。該課題目標(biāo)是收集干擾與欺騙信息，包括來自太空的信息，以互操作的方式共享并處理這些信息，以實(shí)施導(dǎo)航戰(zhàn)業(yè)務(wù)，如威脅探測與地理定位，在GNSS發(fā)射機(jī)、接收機(jī)端實(shí)施對抗策略等，從而提升天基PNT的韌性。

目前，歐洲正在針對軍事應(yīng)用增強(qiáng)未來伽利略公共管制（PRS）服務(wù)的韌性并開發(fā)軍事用戶接收機(jī)，歐盟希望該課題發(fā)展全面的歐洲導(dǎo)航戰(zhàn)能力，依靠天基和地基監(jiān)視補(bǔ)充當(dāng)前伽利略系統(tǒng)的軍事應(yīng)用工作。為此，歐盟希望業(yè)內(nèi)提供的建設(shè)書面向?qū)Ш綉?zhàn)總體系統(tǒng)，包括模塊化導(dǎo)航戰(zhàn)信息管理系統(tǒng)，與導(dǎo)航戰(zhàn)子系統(tǒng)和PRS傳感器聯(lián)網(wǎng)，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)全球整體能力，同時(shí)解決韌性、監(jiān)視與進(jìn)攻措施問題。

歐盟將通過天基和地基導(dǎo)航戰(zhàn)監(jiān)視系統(tǒng)，定位、識(shí)別和表征主要威脅并監(jiān)視GNSS信號(hào)，支持GNSS/PRS接收機(jī)在對抗和敵對電磁環(huán)境下實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)性能。該課題將集合成員國的力量和聯(lián)合手段，提高歐盟導(dǎo)航戰(zhàn)能力，有助于各成員國在作戰(zhàn)行動(dòng)和任務(wù)期間，在領(lǐng)土上和領(lǐng)土外不受限制、無中斷地使用伽利略全球PRS業(yè)務(wù)。

美國PNT相關(guān)國家政策和規(guī)劃中一直將GNSS中斷檢測與地理定位視為未被滿足的需求。2021年8月，美國防部國防創(chuàng)新組織（DIU）對一項(xiàng)GNSS有意中斷態(tài)勢感知項(xiàng)目發(fā)布了信息征集需求，希望利用從公開/商業(yè)可用信息中獲取的分析結(jié)果和數(shù)據(jù)集，檢測GNSS中斷，該項(xiàng)目尤其關(guān)注大面積范圍內(nèi)非法GNSS發(fā)射機(jī)造成的局部欺騙現(xiàn)象。

DIU提出的能力需求主要涉及商業(yè)可用數(shù)據(jù)源、GNSS干擾分析和數(shù)據(jù)輸出格式，要求收集、提供和/或獲取后續(xù)持久GNSS干擾分析所需的各種相關(guān)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)可來自如自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（AIS）、自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視廣播系統(tǒng)（ADS-B）、蜂窩電話、衛(wèi)星電話、基于app的GNSS元數(shù)據(jù)、GNSS接收機(jī)等等；要求對商業(yè)可用數(shù)據(jù)源和數(shù)據(jù)庫進(jìn)行自動(dòng)篩選、模式識(shí)別和關(guān)聯(lián)，并以通用、開放格式輸出，支持利用可視化工具進(jìn)行實(shí)時(shí)和歷史檢測，對實(shí)時(shí)和歷史GNSS事件進(jìn)行深度分析。

根據(jù)GNSS內(nèi)參2021年10月28日的報(bào)道，諾斯羅譜?格魯曼公司正在根據(jù)美國陸軍的一份研發(fā)合同，利用人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)開發(fā)GPS威脅探測軟件，在對抗戰(zhàn)場環(huán)境下應(yīng)對導(dǎo)航系統(tǒng)干擾和欺騙威脅。

這種探測軟件將部署到各種軟件定義無線電和其他類型的嵌入式系統(tǒng)上，該軟件能夠快速檢測傳統(tǒng)上很難觀測到的低功耗GPS威脅并對其進(jìn)行分類。目前該技術(shù)已在美國陸軍地面車輛上進(jìn)行了現(xiàn)場演示，展示了威脅檢測方面的重大改進(jìn)。

這種GPS威脅探測軟件掃描RF信號(hào)環(huán)境，使用機(jī)器學(xué)習(xí)在海量數(shù)據(jù)中搜索威脅特征。一旦檢測到并識(shí)別出威脅，威脅檢測器將與更大的用戶網(wǎng)絡(luò)共享其了解到的威脅類型和位置，然后用戶可以決定如何對威脅做出反應(yīng)。該算法還使用威脅數(shù)據(jù)自動(dòng)更新自己的已知威脅列表，以便在射頻環(huán)境的后續(xù)掃描中查找。

機(jī)器學(xué)習(xí)提高了軟件檢測“難以檢測”威脅（如RF接收機(jī)噪底附近的低功率信號(hào)）的能力，并減少了誤報(bào)威脅的數(shù)量。作為一種軟件定義算法，該軟件可以在現(xiàn)場快速修改、重新訓(xùn)練和重新部署。這種新型軟件將幫助美軍跟上不斷發(fā)展的導(dǎo)航戰(zhàn)威脅。

2021年，多國繼續(xù)實(shí)施衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)現(xiàn)代化計(jì)劃和新一代系統(tǒng)研發(fā)，致力于不斷提升衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)服務(wù)性能，并不斷強(qiáng)化系統(tǒng)的安全性和可用性。

美軍成功發(fā)射第五顆GPS III衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)全球M碼覆蓋，與此同時(shí)加大M碼接收機(jī)研發(fā)和部署力度，但支持M碼的新一代運(yùn)控系統(tǒng)仍處于延期之中，美軍要獲得M碼完全運(yùn)行能力仍需等待；美軍還探索在GPS IIIF衛(wèi)星上搭載通信載荷，利用中地球軌道導(dǎo)航衛(wèi)星擴(kuò)展其天基通信層；未來導(dǎo)航技術(shù)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星NTS-3的生產(chǎn)及測試也在按計(jì)劃進(jìn)行。

伽利略系統(tǒng)開始發(fā)射第三批一代衛(wèi)星并同步推進(jìn)二代星研發(fā)和地面段升級(jí)。特別值得的關(guān)注是，2021年初，歐盟啟動(dòng)了“伽利略歐盟防御”（GEODE）項(xiàng)目，伽利略系統(tǒng)軍事用戶設(shè)備發(fā)展邁出了關(guān)鍵一步。

俄羅斯將第一顆GLONASS-K2衛(wèi)星的發(fā)射推遲到2022年，并準(zhǔn)備在多國增設(shè)監(jiān)測站。為了滿足國家安全需求，英國、日本、印度進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)發(fā)展自主衛(wèi)星導(dǎo)航能力：英國推出“天基PNT計(jì)劃”并即將發(fā)送自己生成的第一個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)；日本區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)“準(zhǔn)天頂衛(wèi)星”星座首次補(bǔ)網(wǎng)發(fā)射新衛(wèi)星；印度頒布了《2021印度衛(wèi)星導(dǎo)航政策》，謀劃將其獨(dú)立衛(wèi)星導(dǎo)航能力擴(kuò)展至全球應(yīng)用。

2021年，美軍成功發(fā)射第5顆GPS III衛(wèi)星，已可向全球播發(fā)先進(jìn)的M碼軍用信號(hào)，但新一代運(yùn)控系統(tǒng)和用戶設(shè)備的延期使美軍仍舊無法使用M碼完全運(yùn)行能力；新一代GPS系統(tǒng)后續(xù)衛(wèi)星GPS IIIF將采用更先進(jìn)的衛(wèi)星平臺(tái)并準(zhǔn)備搭載通信載荷；下一代GPS地面運(yùn)控系統(tǒng)（OCX）將升級(jí)至支持GPS IIIF衛(wèi)星；未來導(dǎo)航技術(shù)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星NTS-3的生產(chǎn)及測試也正在按計(jì)劃實(shí)施。

（1）美太空軍成功發(fā)射第5顆GPS III衛(wèi)星，空間段實(shí)現(xiàn)全球M碼覆蓋能力；后續(xù)星GPS IIIF訂購數(shù)量已達(dá)7顆，并將采用可獲取在軌服務(wù)的新衛(wèi)星平臺(tái)

2021年6月，GPS III星座第5顆衛(wèi)星成功發(fā)射并在約兩周后通過了運(yùn)行驗(yàn)收批準(zhǔn)，標(biāo)志著GPS星座中具備M碼能力的衛(wèi)星數(shù)量達(dá)到24顆，使系統(tǒng)能夠向全球任意地點(diǎn)的軍事用戶播發(fā)加密M碼PNT信號(hào)。

未來美軍還將迎來更多的GPS III衛(wèi)星。美軍計(jì)劃用32顆最新的GPS III衛(wèi)星取代目前在軌運(yùn)行的二代GPS衛(wèi)星。新一代系統(tǒng)計(jì)劃部署10顆GPS III，后續(xù)升級(jí)至GPS IIIF衛(wèi)星。

2021年2月，L3Harris公司獲得了價(jià)值1.37億美元的合同，為GPS IIIF提供4套全數(shù)字導(dǎo)航有效載荷任務(wù)數(shù)據(jù)單元（MDU）。MDU是衛(wèi)星導(dǎo)航有效載荷的核心，數(shù)字MDU的靈活性將能適應(yīng)GPS技術(shù)的發(fā)展和未來任務(wù)需求的變化。新的MDU還將支持GPS星座向未來地面控制系統(tǒng)（OCX）平穩(wěn)遷移。

2021年11月，美太空軍再次從洛克希德?馬丁公司訂購了3顆GPS IIIF型衛(wèi)星。至此，從2018年開始，美軍共向洛馬公司訂購了7顆GPS IIIF，計(jì)劃2026年開始發(fā)射GPS IIIF衛(wèi)星。目前，洛馬公司正在重新設(shè)計(jì)衛(wèi)星平臺(tái)，預(yù)計(jì)從第三顆GPS IIIF開始使用。此次升級(jí)可謂意義重大，因?yàn)樾滦l(wèi)星平臺(tái)將可以獲得在軌服務(wù)，通過在軌升級(jí)引入新的處理器或傳感器技術(shù)等，從而提升太空平臺(tái)的關(guān)聯(lián)性和任務(wù)能力。

（2）美太空軍考慮在GPS IIIF衛(wèi)星上搭載軍事通信有效載荷

特別值得關(guān)注的是，美軍正在考慮利用未來GPS導(dǎo)航衛(wèi)星提供通信連接能力。2021年8月，美國太空軍發(fā)布一份信息征詢書（RFI），向業(yè)內(nèi)征求在GPS IIIF衛(wèi)星上托管通信有效載荷的方案。該RFI指出，美國太空軍正考慮從2030年開始在GPS星座上搭載衛(wèi)星通信載荷，首選X頻段和Ka頻段，但也會(huì)考慮其他衛(wèi)星通信頻段，第一批載荷必須在2029年交付。

美軍此舉一方面是基于GPS IIIF衛(wèi)星有更多空間和功率支持托管有效載荷，另一方面也是為了利用中地球軌道導(dǎo)航衛(wèi)星提供更多一層的天基通信連接。

（3）GPS下一代運(yùn)行控制系統(tǒng)（OCX）將升級(jí)至支持GPS IIIF衛(wèi)星

支持M碼和GPS III衛(wèi)星的下一代運(yùn)行控制系統(tǒng)（OCX）目前仍處于延期之中。主承包商雷聲公司已交付了Block 0，正在開展Block 1和Block 2工作。2021年4月，美太空軍又與雷聲公司簽訂了價(jià)值2.28億美元的合同，增加了OCX 3F版本。

目前只有Block 0在運(yùn)行，該版本只處理發(fā)射和早期軌道運(yùn)行以及所有GPS III衛(wèi)星的在軌檢查。截止到目前，Block 0已為發(fā)射的5顆GPS III衛(wèi)星提供了服務(wù)。

OCX Block 1和2計(jì)劃2022年交付。OCX 3F修改了Block 1和2的軟件基線，以利用GPS IIIF增強(qiáng)能力。除了支持美國防部最新的網(wǎng)絡(luò)安全標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)踐，OCX 3F還支持許多先進(jìn)功能，包括增強(qiáng)和擴(kuò)展監(jiān)控站網(wǎng)絡(luò)，以提升網(wǎng)絡(luò)安全和抗干擾能力；增強(qiáng)對現(xiàn)代化軍事信號(hào)的控制能力；支持GPS III提升全球軍用碼覆蓋；以及監(jiān)控新的伽利略兼容和生命安全信號(hào)。OCX 3F預(yù)計(jì)2025年7月交付。

當(dāng)前所有GPS衛(wèi)星均由現(xiàn)役運(yùn)行控制段（OCS）控制，洛克希德?馬丁公司將維持OCS運(yùn)行至2025年，并提供一系列軟件升級(jí)。通過升級(jí)，OCS目前能夠運(yùn)行更強(qiáng)大的GPS III衛(wèi)星，可以實(shí)現(xiàn)加密M碼信號(hào)的任務(wù)分配、上傳和監(jiān)控，但還不能完全支持M碼的使用。

（4）美軍繼續(xù)研發(fā)并向盟友提供新一代M碼軍事用戶設(shè)備

2021年，美軍繼續(xù)軍用GPS用戶設(shè)備（MGUE）增量的研發(fā)及現(xiàn)場評(píng)估工作，并將M碼接收機(jī)的使用擴(kuò)展到了盟友。

美軍先后與BAE系統(tǒng)公司簽訂三份合同開發(fā)新一代M碼軍用GPS用戶設(shè)備模塊。

2021年2月，美國太空軍授予BAE公司價(jià)值2.47億美元的合同，該合同與MGUE增量2微型串行接口（MSI）計(jì)劃有關(guān)。該計(jì)劃有兩個(gè)重點(diǎn)：認(rèn)證一種先進(jìn)專用集成電路（ASIC）并開發(fā)一種超小型、低功耗GPS模塊，為下一代M碼GPS接收機(jī)提供支持。BAE公司將利用其核心M碼技術(shù)和下一代ASIC在更多平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)安全可靠的軍用GPS功能。

2021年5月，美國后勤局與BAE簽署3.255億美元合同，要求交付與先進(jìn)M碼信號(hào)兼容的MGUE增量1通用GPS模塊（CGM）。BAE公司將負(fù)責(zé)生產(chǎn)該模塊，管理其庫存，并應(yīng)用這些模塊制造可應(yīng)用于地面和精確制導(dǎo)彈藥的軍用級(jí)GPS接收機(jī)。2021年12月，在此合同基礎(chǔ)上，美國國防后勤局又訂購了3.16億美元的GPS模塊。BAE系統(tǒng)公司將為美國國防部及其盟友生產(chǎn)用于未來地面、機(jī)載和武器GPS接收機(jī)的通用GPS模塊。這兩份合同將滿足2030年前美國及盟友對MGUE增量1 M碼模塊的需求，支持部署先進(jìn)M碼GPS接收機(jī)實(shí)現(xiàn)對抗環(huán)境下作戰(zhàn)。

圖2 MGUE增量1組成及主裝武器平臺(tái)

美國海軍信息戰(zhàn)中心于2021年8月～9月進(jìn)行了一個(gè)月的作戰(zhàn)評(píng)估試驗(yàn)，對海軍陸戰(zhàn)隊(duì)聯(lián)合輕型戰(zhàn)術(shù)車（JLTV）的多個(gè)車載M碼接收機(jī)板卡性能進(jìn)行了作戰(zhàn)效用評(píng)估（FUE）。測試在動(dòng)態(tài)且具有挑戰(zhàn)性的干擾環(huán)境下進(jìn)行。美軍計(jì)劃到2024年秋完成在空軍B-2轟炸機(jī)和海軍制導(dǎo)導(dǎo)彈驅(qū)逐艦上的測試，最終完成MGUE 增量1在美軍主要平臺(tái)上的戰(zhàn)場測試。增量1組成及部署平臺(tái)如圖2所示。

此外，2021年3月，美太空軍宣布面向盟國啟動(dòng)了為期三年的新型軍用M碼GPS接收機(jī)租賃計(jì)劃。美國的盟友將可以采用MGUE技術(shù)的接收機(jī)板卡，用于實(shí)驗(yàn)室或戰(zhàn)場測試。加拿大首先加入了該計(jì)劃，首批接收機(jī)已于2021年2月交付，法、德、英、韓等國也將陸續(xù)獲得該接收機(jī)。該計(jì)劃將幫助美國盟軍作戰(zhàn)人員獲得更安全、可靠的PNT數(shù)據(jù)。

（5）導(dǎo)航技術(shù)衛(wèi)星-3（NTS-3）發(fā)射推遲至2023年

新型實(shí)驗(yàn)性導(dǎo)航衛(wèi)星NTS-3是美空軍“先鋒計(jì)劃”之一，將展示變革性PNT能力，同時(shí)補(bǔ)充現(xiàn)有GPS星座。2021年4月美軍宣布將其發(fā)射時(shí)間從2022年推遲到2023年，將利用新加時(shí)間降低風(fēng)險(xiǎn)并進(jìn)行更多地面測試。

目前，NTS-3的生產(chǎn)和測試正在按計(jì)劃進(jìn)行。2021年6月，諾斯羅普?格魯曼公司交付了NTS-3衛(wèi)星平臺(tái)，為2023年發(fā)射NTS-3提供了一項(xiàng)重要保障。接下來，L3Harris公司將進(jìn)行平臺(tái)測試并集成PNT載荷。同樣是在6月，美空軍研究實(shí)驗(yàn)室交付了“GNSS測試架構(gòu)（GNSSTA）”接收機(jī)，這種可重編程軟件定義設(shè)備既可以接收GPS信號(hào)，也可以接收NTS-3號(hào)發(fā)射的先進(jìn)PNT信號(hào)。

空軍研究實(shí)驗(yàn)室計(jì)劃在地球同步軌道上對NTS-3衛(wèi)星進(jìn)行為期一年的試驗(yàn)，測試航天器上新的PNT信號(hào)和架構(gòu)，以及新的地面指控系統(tǒng)和軟件定義無線電。此后，NTS-3將轉(zhuǎn)交給美國太空軍，并與太空軍其他PNT能力整合到一起。

2021年，歐洲伽利略系統(tǒng)又發(fā)射兩顆衛(wèi)星入軌，二代衛(wèi)星開發(fā)也在同步進(jìn)行中。“伽利略歐盟防御”（GEODE）軍用PNT應(yīng)用開發(fā)項(xiàng)目啟動(dòng)，歐盟多國將共同開發(fā)軍用PNT設(shè)備。

（1）歐盟發(fā)射前2顆伽利略系統(tǒng)第三批一代衛(wèi)星并升級(jí)地面控制系統(tǒng)，二代衛(wèi)星研發(fā)同步進(jìn)行中

2021年12月5日，歐洲發(fā)射第27顆和第28顆伽利略衛(wèi)星。這兩顆衛(wèi)星是伽利略系統(tǒng)第三批一代衛(wèi)星中的前兩顆，加入當(dāng)前在軌的26顆衛(wèi)星后，將進(jìn)一步增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)健性。第三批一代衛(wèi)星共12顆，將使伽利略在軌衛(wèi)星達(dá)到38顆。歐盟計(jì)劃2022年再發(fā)射兩次共4顆衛(wèi)星，屆時(shí)將宣布伽利略系統(tǒng)達(dá)到完全運(yùn)行能力。目前，伽利略系統(tǒng)的全球定位精度已達(dá)到米級(jí)。

這兩顆衛(wèi)星首次實(shí)現(xiàn)由現(xiàn)有伽利略控制中心監(jiān)控進(jìn)入太空，而不需要其他外部任務(wù)控制站點(diǎn)。2021年，伽利略地面控制系統(tǒng)（GCS）更新至3.0版，能夠監(jiān)管的衛(wèi)星數(shù)量從26顆增加到38顆。此次升級(jí)于2018年啟動(dòng)，中間歷經(jīng)新冠疫情影響，于2021年7月底完成。升級(jí)后的系統(tǒng)通過引入先進(jìn)技術(shù)提升了運(yùn)行能力和可靠性，同時(shí)顯著增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)安全和安全監(jiān)控能力。

在建造第三批一代衛(wèi)星的同時(shí)，第二代伽利略系統(tǒng)衛(wèi)星也在開發(fā)中。2021年5月底，歐洲航天局與泰勒斯?阿萊尼亞航天公司和空中客車防務(wù)與航天公司最終簽訂了共14.7億美元的兩份合同，兩家公司將分別建造6顆不同類型的二代伽利略衛(wèi)星，計(jì)劃2024年進(jìn)行首次發(fā)射。二代系統(tǒng)精度預(yù)計(jì)將達(dá)到厘米級(jí)。

第二代伽利略衛(wèi)星將首次采用全電力推進(jìn)系統(tǒng)，采用新型數(shù)字雙向?qū)Ш教炀€設(shè)計(jì)、可在軌重配置的全數(shù)字導(dǎo)航載荷和星間鏈路（實(shí)現(xiàn)測距、任務(wù)分發(fā)和指揮控制）。這些創(chuàng)新技術(shù)將進(jìn)一步提升伽利略系統(tǒng)精度和信號(hào)魯棒性與韌性，通過新的信號(hào)與服務(wù)響應(yīng)不斷變化的用戶需求，支撐伽利略系統(tǒng)的安全軍事應(yīng)用。新型天線還將增強(qiáng)搜索救援服務(wù)，為處于困境中的人員提供雙向通信。

（2）“伽利略歐盟防御”軍用PNT項(xiàng)目啟動(dòng)

伽利略系統(tǒng)依靠其公共管制服務(wù)（PRS）提供加密導(dǎo)航服務(wù)，面向政府授權(quán)用戶和需求高連續(xù)性的敏感應(yīng)用。PRS軍事用戶設(shè)備發(fā)展于2021年邁出了關(guān)鍵一步，2021年初“伽利略歐盟防御”（GEODE）軍用PNT應(yīng)用開發(fā)項(xiàng)目啟動(dòng)，該項(xiàng)目是由歐盟14國、30家組織機(jī)構(gòu)共同合作承擔(dān)的伽利略系統(tǒng)規(guī)模最大的應(yīng)用開發(fā)項(xiàng)目。

“伽利略歐盟防御”將持續(xù)至2026年，將開發(fā)軍用PNT設(shè)備，包括公共管制服務(wù)安全模塊、公共管制服務(wù)接收機(jī)、抗干擾受控輻射模式天線、通用/標(biāo)準(zhǔn)化測試環(huán)境、伽利略公共管制服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施等。伽利略公共管制服務(wù)可與GPS互操作，也可在無法訪問GPS信號(hào)的情況下提供安全PNT服務(wù)，具備高抗干擾、抗欺騙能力。

“伽利略歐盟防御”將提升歐盟在軍事定位、授時(shí)和同步這一高度戰(zhàn)略性領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)競爭力。歐盟成員國軍隊(duì)裝備伽利略公共管制服務(wù)能力，將會(huì)加強(qiáng)其互操作性和自主性。“伽利略歐盟防御”還將促進(jìn)獲得復(fù)雜的經(jīng)過安全認(rèn)證的技術(shù)，并通過標(biāo)準(zhǔn)化手段和規(guī)模效應(yīng)，使這些技術(shù)變得更經(jīng)濟(jì)適用。

英國政府在脫歐后一直在尋求獨(dú)立PNT計(jì)劃，2021年3月在其發(fā)布的《英國在競爭時(shí)代的全球地位：安全、國防、發(fā)展和外交政策綜合評(píng)審》報(bào)告中再次提出了要加強(qiáng)英國關(guān)鍵國家基礎(chǔ)設(shè)施和經(jīng)濟(jì)所依賴的PNT服務(wù)的韌性能力。

2021年5月，空客公司、CGI公司等六家企業(yè)獲得英國政府超過200萬英鎊的撥款，為英國航天局的“天基PNT計(jì)劃”（SBPP）開展系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行、信號(hào)和算法、韌性能力、保證能力和成本建模研究工作。SBPP是英國航天局于2020年10月推出的一項(xiàng)新的重大政府計(jì)劃，將探索研究GPS或是Galileo可替代衛(wèi)星導(dǎo)航方案。

英國航天局還正在資助一個(gè)測試項(xiàng)目－－英國天基增強(qiáng)系統(tǒng)（UKSBAS），目標(biāo)是提供一種平臺(tái)，增強(qiáng)英國脫歐后在PNT領(lǐng)域的能力。UKSBAS調(diào)整Inmarsat-3 F5衛(wèi)星上的一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器的用途，提供一個(gè)疊加（overlay）信號(hào)來增強(qiáng)GPS系統(tǒng)，可以將信號(hào)精度從幾米提升到幾厘米。UKSBAS也將產(chǎn)生第一個(gè)英國自己生成的導(dǎo)航信號(hào)，將為未來能夠支持英國安全關(guān)鍵應(yīng)用的可運(yùn)行能力開發(fā)提供基礎(chǔ)評(píng)估，支持英國建設(shè)自己的高完好性精確導(dǎo)航系統(tǒng)，服務(wù)于英國全域，包括其空域和附近水域。

原定于2021年第四季度發(fā)射的俄羅斯第一顆下一代格洛納斯-K2衛(wèi)星推遲到2022年初。此次推遲是由于部分星載設(shè)備在地面試運(yùn)行后仍需要進(jìn)一步改進(jìn)。GLONASS-K2是俄羅斯GlONASS定位系統(tǒng)的下一代導(dǎo)航衛(wèi)星，將傳輸9個(gè)導(dǎo)航信號(hào)，其導(dǎo)航精度預(yù)計(jì)優(yōu)于30厘米。

此外，根據(jù)塔斯社2021年9月的消息，俄羅斯國家航天集團(tuán)公司計(jì)劃在巴西、中國、印尼、印度和安哥拉新部署6個(gè)GLONASS地面監(jiān)測站。當(dāng)前現(xiàn)場勘察工作已經(jīng)完成，正準(zhǔn)備合同簽訂事宜。此舉將進(jìn)一步增強(qiáng)GLONASS系統(tǒng)精度和其他參數(shù)性能。

2021年10月26日，日本發(fā)射了“準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)”（QZSS）的一顆補(bǔ)網(wǎng)星，即“準(zhǔn)天頂衛(wèi)星”（QZS）1R，又稱“指路”1R。這是“準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)”（QZSS）2017年初步組網(wǎng)完成后首次進(jìn)行補(bǔ)網(wǎng)發(fā)射。

“準(zhǔn)天頂”屬區(qū)域增強(qiáng)型衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，現(xiàn)階段由4顆衛(wèi)星組網(wǎng)，旨在增強(qiáng)日本用戶在城市峽谷等環(huán)境下的GPS和伽利略系統(tǒng)精度并播發(fā)自己的導(dǎo)航信號(hào)。首星QZS-1于2010年9月發(fā)射，用于相關(guān)技術(shù)驗(yàn)證，現(xiàn)已過了其10年的設(shè)計(jì)壽命。此次發(fā)射的QZS-1R設(shè)計(jì)壽命15年，用于接替QZS-1。日本政府已決定為“準(zhǔn)天頂”系統(tǒng)再增設(shè)3顆衛(wèi)星，要在2023年建成由7顆衛(wèi)星構(gòu)成的系統(tǒng)，以確保能不依賴于美GPS系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行。

出于國家戰(zhàn)略需求，印度已建成了自己的獨(dú)立區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)NavIC和GPS輔助型對地靜止軌道增強(qiáng)導(dǎo)航系統(tǒng)（GAGAN）。2021年7月29日，印度航天部（DOS）發(fā)布《2021印度衛(wèi)星導(dǎo)航政策》草案，旨在通過制定全面可行的國家政策來指導(dǎo)政府有效開發(fā)、運(yùn)行和維護(hù)印度自主控制的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)及其增強(qiáng)系統(tǒng)，進(jìn)一步推進(jìn)其“自力更生”計(jì)劃的實(shí)施。

《政策》強(qiáng)調(diào)，要將NavIC的使用范圍從區(qū)域擴(kuò)展到全球，逐步開發(fā)新的導(dǎo)航信號(hào)，保障NavIC獨(dú)立信號(hào)在全球任何地方的可用性，并且無需依賴其他GNSS系統(tǒng)，既要確保民用信號(hào)的持續(xù)可用，也要為戰(zhàn)略應(yīng)用提供安全導(dǎo)航信號(hào)；要確保GAGAN星基增強(qiáng)系統(tǒng)為航空安全領(lǐng)域提供有效保障和連續(xù)服務(wù)；并促進(jìn)實(shí)現(xiàn)印度衛(wèi)星導(dǎo)航及增強(qiáng)系統(tǒng)與其他GNSS和星基增強(qiáng)系統(tǒng)間的兼容性和互操作性。

《政策》還指出，要重視技術(shù)研發(fā)，充分利用空間段高穩(wěn)時(shí)鐘、人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、星間鏈路、在軌可重編程導(dǎo)航信號(hào)、量子通信等不斷發(fā)展的新興技術(shù)，不斷增強(qiáng)導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)能力。

如何避免過度依賴GNSS帶來的巨大風(fēng)險(xiǎn)，綜合運(yùn)用多種時(shí)空信息源確保各類武器裝備平臺(tái)及系統(tǒng)的生存和作戰(zhàn)能力，是美軍推進(jìn)新一代PNT體系建設(shè)中考慮的重要問題。面對未來威脅環(huán)境發(fā)展，美軍強(qiáng)調(diào)采用模塊化開放式系統(tǒng)融合多種PNT信息源，通過在未來軟硬件開發(fā)中采用開放式標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)新技術(shù)的即插即用。2021年，美軍繼續(xù)在PNT技術(shù)研發(fā)和裝備部署中檢驗(yàn)這一做法的作戰(zhàn)實(shí)用性。

美陸軍C5ISR中心正在開發(fā)一種稱為pntOS的軟件，該軟件采用開放式架構(gòu)，允許隨意添加或取出各種新型PNT傳感器。

傳統(tǒng)傳感器融合方案耦合非常緊密，軟件被緊密集成到一起。而這種新技術(shù)采用模塊化方式，提供自適應(yīng)、可重配置能力，支持將新型PNT傳感器隨時(shí)集成到現(xiàn)有產(chǎn)品中。pntOS的核心是一個(gè)應(yīng)用編程接口（API），它作為與不同程序或應(yīng)用間互連的軟件“中介”，使采用不同語言的傳感器應(yīng)用之間可以相互“交談”。API也是美國防部向聯(lián)合全域指揮控制（JADC2）發(fā)展的核心，實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)在任何作戰(zhàn)域間相互傳遞數(shù)據(jù)。

C5ISR中心已開發(fā)出符合pntOS軟件規(guī)范的參考代碼，作為開發(fā)人員構(gòu)建PNT應(yīng)用的范例。pntOS解決方案將縮短新能力的集成時(shí)間，更快將技術(shù)和能力提供給作戰(zhàn)人員。

2021年4月和11月，美國空軍戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃與實(shí)驗(yàn)（SDPE）辦公室聯(lián)合海軍水面作戰(zhàn)中心成功完成PNT“敏捷吊艙”（Agilepod）第一階段和第二階段飛行測試。

“敏捷吊艙”由一系列28英寸到60英寸長的艙室組成，這些艙室可以像樂高積木一樣組裝成不同配置。作戰(zhàn)人員可挑選任務(wù)所需傳感器，根據(jù)特定需求對吊艙進(jìn)行配置。這種吊艙利用“藍(lán)色守衛(wèi)”（Blue Guardian）自適應(yīng)架構(gòu)和傳感器開放系統(tǒng)架構(gòu)，通過標(biāo)準(zhǔn)化軟硬件接口實(shí)現(xiàn)傳感器技術(shù)的快速集成，如圖3所示。

圖3 美空軍“敏捷吊艙”概念示意圖

這兩次試驗(yàn)探索了空軍新型PNT作戰(zhàn)概念，即利用開放軟件架構(gòu)把替代PNT技術(shù)，如視覺導(dǎo)航、機(jī)會(huì)信號(hào)和磁異常導(dǎo)航集成到一起并根據(jù)通用標(biāo)準(zhǔn)傳遞信息，為在GPS拒止環(huán)境下作戰(zhàn)提供PNT能力。第一階段飛行演示將新的PNT系統(tǒng)內(nèi)置于模塊化“敏捷吊艙”內(nèi)，進(jìn)行了6架次飛行測試，成功證明視覺導(dǎo)航/機(jī)會(huì)信號(hào)融合系統(tǒng)可以內(nèi)置于“敏捷吊艙”內(nèi)，在各種飛機(jī)和環(huán)境條件下運(yùn)行。

2021年11月，PNT“敏捷吊艙”原型系統(tǒng)搭載到一架高性能T-38C教練機(jī)上進(jìn)行了8架次飛行測試，成功完成三項(xiàng)重要試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。一是進(jìn)行了首次高動(dòng)態(tài)飛行測試；二是首次測試了全遠(yuǎn)程接口連接和備用PNT數(shù)據(jù)傳輸；三是首次演示了陸上/水上能力轉(zhuǎn)換，展示了導(dǎo)航系統(tǒng)的信息跨域傳輸能力。改進(jìn)后的“敏捷吊艙”開放式任務(wù)系統(tǒng)（OMS）架構(gòu)和試驗(yàn)設(shè)計(jì)達(dá)到了突破性效果，可使作戰(zhàn)人員實(shí)時(shí)觀察系統(tǒng)狀態(tài)，并在需要時(shí)更新決策，大大提高了試飛和作戰(zhàn)效率。

PNT“敏捷吊艙”是美軍開發(fā)獨(dú)立于GPS的先進(jìn)導(dǎo)航技術(shù)的平臺(tái)，上述測試展示了在一個(gè)政府所有的開放架構(gòu)原型系統(tǒng)內(nèi)融合多種不同備用PNT系統(tǒng)的作戰(zhàn)實(shí)用性。采用開放架構(gòu)和基于標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)，有助于簡化載荷開發(fā)與集成并降低成本，確保在研能力滿足不斷變化的戰(zhàn)場需求。將PNT技術(shù)納入“敏捷吊艙”架構(gòu)可以使美軍根據(jù)任務(wù)需求進(jìn)行調(diào)整，快速適應(yīng)GPS能力被拒止或受到欺騙的環(huán)境，確保全球范圍內(nèi)的連續(xù)作戰(zhàn)能力。該試驗(yàn)結(jié)果將有效支撐美軍2022財(cái)年/2023財(cái)年規(guī)劃提出的滿足太平洋空軍和空軍全球打擊司令部（AFGSC）對可靠PNT和導(dǎo)航戰(zhàn)、以及對韌性無人機(jī)系統(tǒng)導(dǎo)航的空戰(zhàn)指揮（ACC）需求。

在PNT融合應(yīng)用方面，美國陸軍繼續(xù)推進(jìn)有保證PNT（A-PNT）項(xiàng)目。2021年，兩個(gè)子項(xiàng)目——車載A-PNT（MAPS）系統(tǒng)和徒步A-PNT（DAPS）——均進(jìn)行了實(shí)際作戰(zhàn)任務(wù)測試。

目前，MAPS是允許作戰(zhàn)人員在GPS對抗環(huán)境下執(zhí)行移動(dòng)作戰(zhàn)的唯一車載有保證PNT解決方案。作為一種開放式模塊化移動(dòng)系統(tǒng)，MAPS可融合多源PNT數(shù)據(jù)，如授時(shí)傳感器、慣性導(dǎo)航設(shè)備等。2021年，美國陸軍繼續(xù)加快系統(tǒng)部署，又訂購了900多套一代系統(tǒng)安裝到更多平臺(tái)上；同時(shí)，二代MAPS在GPS拒止環(huán)境下進(jìn)行了火力呼叫（CFF）、偵察、快速反應(yīng)部隊(duì)（QRF）和醫(yī)療疏散（MEDVAC）等實(shí)際作戰(zhàn)任務(wù)測試。新型MAPS將集成到美陸軍輪式和履帶式平臺(tái)上，針對新出現(xiàn)的GPS威脅建立高級(jí)別防護(hù)能力，以支持陸軍多域作戰(zhàn)。

DAPS相當(dāng)于MAPS的徒步版本，是能抗電子攻擊的手持PNT設(shè)備和SWaP受限環(huán)境下的有保證PNT解決方案，提供GPS完好性和非GPS傳感器增強(qiáng)信息。2021年，美國陸軍在不同威脅場景下的偵察與火力任務(wù)中測試了其性能。DAPS將取代美軍已部署的手持式國防先進(jìn)GPS接收機(jī)（DAGR）。

美國空軍則將其韌性－嵌入式GPS/慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（R-EGI）研發(fā)推進(jìn)到了第二階段。以IS4S為首的公司團(tuán)隊(duì)已成功完成項(xiàng)目第一階段的開放式PNT架構(gòu)設(shè)計(jì)工作，在此基礎(chǔ)上，2021年，美空軍又與IS4S簽訂了9500萬美元的第二階段合同，生產(chǎn)原型系統(tǒng)。R-EGI開放架構(gòu)允許集成來自國防部、產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界的適用技術(shù)和算法，通過采用替代PNT和改進(jìn)的GPS/GNSS信號(hào)處理技術(shù)消除威脅，并通過快速開發(fā)和驗(yàn)證新能力應(yīng)對新威脅。

2021年，盡管國外新冠疫情形勢不見好轉(zhuǎn)，但在高性能導(dǎo)航授時(shí)服務(wù)需求和GNSS替代技術(shù)需求的驅(qū)動(dòng)下，軍方和業(yè)內(nèi)圍繞提供有保證PNT（A-PNT）能力舉措不斷，PNT服務(wù)韌性不斷增強(qiáng)。

業(yè)內(nèi)正在探索新的陸基遠(yuǎn)程PNT技術(shù)，開發(fā)自主可控的國家級(jí)陸基PNT系統(tǒng)；低軌衛(wèi)星、人工智能等新興技術(shù)正逐步引入到軍用PNT系統(tǒng)中；網(wǎng)絡(luò)輔助PNT技術(shù)利用無線電機(jī)會(huì)信號(hào)（  SOOP）實(shí)現(xiàn)定位授時(shí)功能，受到PNT界關(guān)注；美國軍方還在資助研究創(chuàng)新性使用宇宙射線μ介子輻射源替代GPS信號(hào)，解決高緯度地區(qū)定位問題。

陸基PNT系統(tǒng)是對衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的必要補(bǔ)充，近年來又重新受到重視。

2021年，一直為美空軍、NASA等提供可靠厘米級(jí)定位和皮秒級(jí)授時(shí)的Locata公司與UrsaNav公司建立合作關(guān)系，將Locata的高精度局域PNT技術(shù)與UrsaNav的廣域PNT技術(shù)（增強(qiáng)羅蘭和LFPhoenix技術(shù)）相結(jié)合，旨在開發(fā)出韌性、自主可控、足夠靈活的國家級(jí)陸基定位和授時(shí)系統(tǒng)，滿足遠(yuǎn)程骨干網(wǎng)和局域高精度關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的需求，減少對易受干擾和日益脆弱的天基信號(hào)的依賴。UrsaNav公司的增強(qiáng)羅蘭和LFPhoenix技術(shù)可以提供納秒級(jí)授時(shí)、米級(jí)定位和短消息服務(wù)，數(shù)據(jù)傳輸距離陸上超過1000英里（約1609千米），水上1800英里（約2897千米）。

目前，美國和英國均在極端GPS干擾與欺騙條件下測試了兩家公司的技術(shù)。新的陸基PNT解決方案將確保在GPS信號(hào)受到破壞、衰減、不可靠或不可用時(shí)，軍民用戶仍然可以獲得安全可用的PNT信息。

低軌衛(wèi)星的蓬勃發(fā)展為增強(qiáng)PNT服務(wù)注入了新活力。憑借其獨(dú)特的星座和信號(hào)優(yōu)勢，應(yīng)用低軌衛(wèi)星技術(shù)實(shí)現(xiàn)PNT增強(qiáng)、備份和補(bǔ)充受到了軍方的青睞。

（1）DARPA為“黑杰克”星座開發(fā)PNT載荷

提供PNT服務(wù)是DARPA正在推進(jìn)的“黑杰克”低軌小衛(wèi)星軍事通信與監(jiān)視星座的一個(gè)任務(wù)領(lǐng)域。2021年4月底，DARPA宣布授予諾斯羅普?格魯曼公司一份“黑杰克”項(xiàng)目第二階段合同，為該星座設(shè)計(jì)PNT衛(wèi)星有效載荷。

該P(yáng)NT載荷將采用諾格公司基于軟件的可重構(gòu)GNSS導(dǎo)航授時(shí)嵌入架構(gòu)（SERGEANT），為軍事用戶提供來自低軌衛(wèi)星的且不依賴于現(xiàn)有GNSS系統(tǒng)的新型敏捷信號(hào)，讓作戰(zhàn)人員即便在面臨先進(jìn)威脅的受限環(huán)境下也能瞄準(zhǔn)目標(biāo)。

（2）美國陸軍開發(fā)低軌衛(wèi)星導(dǎo)航載荷

2021年6月，美國陸軍與“銥星”公司簽署價(jià)值3000萬美元的合同，研發(fā)一種搭載到低軌小衛(wèi)星上的載荷，用于播發(fā)授時(shí)或定位信號(hào)。銥星公司表示，該項(xiàng)目將需要至少3年時(shí)間，銥星公司將基于“銥星Burst”服務(wù)概念，利用其L波段低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)將授時(shí)或位置數(shù)據(jù)發(fā)送給用戶。新服務(wù)將作為GPS系統(tǒng)的備份方案。新載荷計(jì)劃搭載在其他商業(yè)低軌衛(wèi)星星座上，意在支持快速部署小衛(wèi)星星座概念，提供更有效的傳感器到士兵數(shù)據(jù)傳輸。

（3）“星鏈”低軌星座有望成為GPS替代系統(tǒng)

隨著SpaceX公司“星鏈”低軌星座的部署，利用“星鏈”衛(wèi)星信號(hào)實(shí)現(xiàn)全球定位的可能性也受到關(guān)注。2021年9月的美國導(dǎo)航學(xué)會(huì)上，美國俄亥俄州立大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)公布了其利用“星鏈”衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行定位和導(dǎo)航的研究成果。“星鏈”系統(tǒng)核心功能是為全球提供寬帶網(wǎng)服務(wù)，這也是該系統(tǒng)首次被研究用于導(dǎo)航。研究人員偵收、分析了“星鏈”衛(wèi)星發(fā)送的信號(hào)，研發(fā)出利用多顆衛(wèi)星信號(hào)定位地球上地點(diǎn)的算法，并進(jìn)行了測試。結(jié)果，利用“星鏈”衛(wèi)星定位的精度約在7.7米內(nèi)，接近GPS定位精度的0.3～5米范圍。美國空軍已與該團(tuán)隊(duì)合作，測試用該方法確定高空飛機(jī)位置。隨著“星鏈”衛(wèi)星部署數(shù)量增多，導(dǎo)航和地理定位精度還將提高，而“星鏈”系統(tǒng)也有望成為GPS的替代導(dǎo)航系統(tǒng)。

各國軍方都在密切關(guān)注人工智能的發(fā)展，并越來越多地將其應(yīng)用于軍事系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)新優(yōu)勢。隨著機(jī)器學(xué)習(xí)、計(jì)算機(jī)視覺等技術(shù)的進(jìn)步，人工智能在信息處理、圖像識(shí)別、實(shí)時(shí)分析預(yù)測等方面的優(yōu)勢也正引入到軍用PNT系統(tǒng)中。

（1）美空軍開發(fā)隱形認(rèn)知敏捷導(dǎo)航系統(tǒng)

美國空軍正在“認(rèn)知戰(zhàn)術(shù)PNT”項(xiàng)目下綜合使用高性能計(jì)算、人工智能和認(rèn)知電子戰(zhàn)幫助飛機(jī)和智能彈藥在沒有GPS信號(hào)或授時(shí)的情況下實(shí)現(xiàn)精確導(dǎo)航。

2021年9月，美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室與KBR公司簽署了價(jià)值4970萬美元的隱形和認(rèn)知敏捷導(dǎo)航系統(tǒng)（SCANS）項(xiàng)目合同，該合同將進(jìn)一步研究、比較GPS拒止環(huán)境下的PNT系統(tǒng)替代方案并實(shí)現(xiàn)原型機(jī)。KBR將于2026年9月完成相關(guān)工作。

這種認(rèn)知戰(zhàn)術(shù)PNT技術(shù)將利用機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能來實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵PNT進(jìn)程的自動(dòng)化和快速完成，特別是在GPS不可用的情況下實(shí)現(xiàn)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的更快更新。SCANS將集成AI、機(jī)器學(xué)習(xí)和新一代認(rèn)知計(jì)算，在GPS拒止環(huán)境下產(chǎn)生精確定位所必需的精確授時(shí)，然后設(shè)計(jì)出使用慣性導(dǎo)航陀螺儀甚至航位推算的實(shí)時(shí)導(dǎo)航新方法。當(dāng)GPS信號(hào)無法定期更新基于陀螺儀的導(dǎo)航系統(tǒng)時(shí)，認(rèn)知PNT將比單獨(dú)使用慣性導(dǎo)航陀螺儀更快、更準(zhǔn)確。

（2）美國陸軍研發(fā)基于計(jì)算機(jī)視覺的智能導(dǎo)航系統(tǒng)

2021年9月，美國陸軍研究實(shí)驗(yàn)室與中佛羅里達(dá)大學(xué)簽訂合同，開發(fā)一種基于計(jì)算機(jī)視覺的智能導(dǎo)航系統(tǒng)，在GPS不可用或受干擾的情況下使用。該系統(tǒng)將使用人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)評(píng)估車輛和無人機(jī)捕獲的計(jì)算機(jī)圖像，幫助確定平臺(tái)位置以及在復(fù)雜地形下的行動(dòng)路線。

系統(tǒng)使用地理空間數(shù)據(jù)庫識(shí)別與圖像相關(guān)的地標(biāo)并通過視頻跟蹤物體運(yùn)動(dòng)。中佛羅里達(dá)大學(xué)計(jì)算機(jī)視覺研究中心在計(jì)算機(jī)視覺和機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先地位。研究人員將開發(fā)算法，對收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)分析并從任務(wù)圖像中提取相關(guān)特征，與地理標(biāo)記參考圖像匹配，實(shí)現(xiàn)GPS拒止環(huán)境下的作戰(zhàn)導(dǎo)航。

研究表明，利用播發(fā)的非用于導(dǎo)航或時(shí)間傳遞用途的所謂射頻“機(jī)會(huì)信號(hào)”（SOOP）能夠?qū)崿F(xiàn)對移動(dòng)平臺(tái)的導(dǎo)航和授時(shí)，這為GNSS導(dǎo)航提供了一種有效的補(bǔ)充手段，近年來得到業(yè)界的廣泛關(guān)注。2021年，美軍和歐洲通過網(wǎng)絡(luò)輔助PNT項(xiàng)目將機(jī)會(huì)信號(hào)導(dǎo)航用于應(yīng)對GNSS威脅。

（1）美國陸軍尋求網(wǎng)絡(luò)輔助PNT能力

2021年10月，美國陸軍應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室發(fā)布“徒步士兵網(wǎng)絡(luò)輔助PNT解決方案”通告，目標(biāo)是開發(fā)網(wǎng)絡(luò)輔助設(shè)備與相關(guān)技術(shù)，確保戰(zhàn)場士兵在極偏遠(yuǎn)環(huán)境或GPS受到干擾的情況下仍有可用的PNT工具。

美陸軍希望業(yè)界結(jié)合前沿創(chuàng)新技術(shù)，提交網(wǎng)絡(luò)輔助PNT工具白皮書，提出的要求包括：降低網(wǎng)絡(luò)輔助設(shè)備的尺寸、重量和功耗；通過軟件開發(fā)提升性能與效率；利用現(xiàn)有商業(yè)或軍事波形執(zhí)行定位；減少對基礎(chǔ)設(shè)施（如蜂窩塔）的需求等。目前美陸軍實(shí)驗(yàn)室計(jì)劃只授出一份合同，進(jìn)行12～18個(gè)月的研究。

（2）歐洲簽訂“下一代網(wǎng)絡(luò)輔助PNT保障”合同

歐洲也在關(guān)注利用網(wǎng)絡(luò)輔助技術(shù)提供有保證PNT能力。2021年11月，歐洲航天局（ESA）在歐洲導(dǎo)航創(chuàng)新與支持（NAVISP）計(jì)劃下與Telespazio英國子公司簽訂“下一代網(wǎng)絡(luò)輔助PNT保障”（NG-NAPA）項(xiàng)目合同。NG-NAPA將設(shè)計(jì)并開發(fā)一種PNT保障概念驗(yàn)證系統(tǒng)，利用參考輔助GNSS信號(hào)與機(jī)會(huì)信號(hào)（SOOP）或僅利用機(jī)會(huì)信號(hào)提供PNT保障能力。

NG-NAPA將利用“銥星”通信系統(tǒng)信號(hào)、LTE/5G和GNSS加密信號(hào)提供參考網(wǎng)絡(luò)能力，提供PNT服務(wù)保障，特別是在GNSS開放服務(wù)中斷時(shí)。NG-NAPA將有效應(yīng)對GNSS信號(hào)欺騙等惡意威脅，其設(shè)計(jì)靈活性將確保未來能夠納入其他SOOP信號(hào)。

隨著氣候的變化和北極地區(qū)航路的開辟，未來北極地區(qū)導(dǎo)航對商業(yè)和軍事活動(dòng)將變得越來越重要。2021年9月底，美國全球海軍研究辦公室（ONR Global）在其第二屆年度Global-X挑戰(zhàn)賽中選中并決定和美陸軍發(fā)展司令部共同資助一個(gè)基于宇宙射線μ介子、可在北極地區(qū)使用的GPS替代導(dǎo)航系統(tǒng)概念驗(yàn)證項(xiàng)目。

該項(xiàng)目由日本、英國、美國和芬蘭研究人員組成研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行研究，創(chuàng)新性地使用不斷撞擊地球表面的宇宙相對粒子μ介子輻射源取代衛(wèi)星GPS信號(hào)，解決高緯度地區(qū)GPS信號(hào)不可用的挑戰(zhàn)，精度可與GPS相當(dāng)。類似于回聲定位，研究人員利用μ介子到達(dá)探測器的時(shí)間差，可以測量一個(gè)探測器與另一個(gè)探測器之間的距離，使用多個(gè)探測器可實(shí)現(xiàn)三角定位。面臨的挑戰(zhàn)是開發(fā)高度同步的分布式時(shí)鐘并將其與μ介子探測器集成到一起。

該項(xiàng)目在英國完成初步系統(tǒng)測試后，將送至芬蘭的北極湖地區(qū)厚度為1米的冰層下進(jìn)行進(jìn)一步試驗(yàn)，隨后要在-20℃和水下等試驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行測試。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)后期將通過了解終端用戶的定位需求，選擇最適合的產(chǎn)品，推動(dòng)技術(shù)的成熟度發(fā)展。

海洋對μ介子幾乎是透明的，此外，這種粒子可穿透幾十到數(shù)百米的巖石、建筑物，地下環(huán)境等GPS信號(hào)無法覆蓋區(qū)域，將為隧道以及高緯度陸地或水下的定位技術(shù)帶來變革。

2021年新冠疫情的蔓延似乎并未對各國軍用導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展與技術(shù)研發(fā)造成太大影響。建立更加安全、可靠的PNT服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施是各國的共同追求。一直處于引領(lǐng)地位的美軍積極推進(jìn)韌性PNT體系建設(shè)并應(yīng)對導(dǎo)航戰(zhàn)挑戰(zhàn)，謀求衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)服務(wù)性能和導(dǎo)航戰(zhàn)主導(dǎo)優(yōu)勢，同時(shí)探索綜合利用不同技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)有保證的PNT服務(wù)。除了上述低軌衛(wèi)星導(dǎo)航、智能導(dǎo)航、視覺輔助導(dǎo)航等技術(shù)，慣性導(dǎo)航、天文導(dǎo)航、量子導(dǎo)航、地磁導(dǎo)航、3D地圖導(dǎo)航的發(fā)展也受到了國防PNT界的鼓勵(lì)。未來，如何統(tǒng)一規(guī)劃和協(xié)調(diào)各種新型PNT技術(shù)的發(fā)展，如何利用開放式架構(gòu)綜合集成各種PNT技術(shù)，如何面向特定軍事任務(wù)需求提供更具針對性和適應(yīng)性的PNT解決方案，仍將是各國面臨的挑戰(zhàn)。