通過強(qiáng)化GPS保持運(yùn)營能力

現(xiàn)代戰(zhàn)場空間在過去十年中發(fā)生了變化，軍事使用GPS向作戰(zhàn)人員提供關(guān)鍵定位，導(dǎo)航和定時(shí)（PNT）信息面臨著來自對手威脅系統(tǒng)的挑戰(zhàn)。GPS仍然與美國軍方及其盟國相關(guān)，即使在沒有GPS的環(huán)境中使用也是如此?，F(xiàn)有和未來的軍用GPS解決方案必須特別考慮那些為手持和超小型應(yīng)用而設(shè)計(jì)的用途，其中尺寸，重量，功率和成本（SWaP-C）都是關(guān)鍵考慮因素。

軍事威脅環(huán)境已經(jīng)改變，對等國家競爭對手作為對手或威脅系統(tǒng)提供商回歸對手?；趯Φ韧{系統(tǒng)對GPS提供的精確絕對PNT（定位，導(dǎo)航和授時(shí)）帶來的挑戰(zhàn)，美國軍方及其盟國在很大程度上將該問題定義為“GPS拒絕”，并專注于開發(fā)非GPS解決方案。然而，詳細(xì)的分析提供了不同的圖景，有助于更直接的解決方案。

實(shí)現(xiàn)精確打擊能力

GPS 是美國國防部 （DoD） “二次偏移”戰(zhàn)略的一部分，提供精確的絕對 PNT，與非精確或相對 PNT 不同。

“精確”PNT在國防工業(yè)中通常定義為定位應(yīng)用小于10米，通信應(yīng)用小于1毫秒。“絕對”PNT定義為使用1984年世界大地測量局（WGS84）參考框架和協(xié)調(diào)世界時(shí)（UTC）。使用絕對參考系，第二次抵消實(shí)現(xiàn)了低成本的精確武器，提高了從分散的部隊(duì)中傳遞質(zhì)量效應(yīng)的能力，提高了任務(wù)效率并降低了風(fēng)險(xiǎn) - 所有這些都提供了最低的總運(yùn)營成本。

幾種第三偏移技術(shù) - 自主作戰(zhàn)平臺(tái)和高超音速武器 - 依靠絕對精度的PNT來有效。此外，相應(yīng)的作戰(zhàn)概念（CONOPS），即聯(lián)合全域作戰(zhàn)（JADO），依靠絕對精度的PNT來實(shí)現(xiàn)在集結(jié)效果的同時(shí)進(jìn)一步分散生存能力的力量的核心要求。

威脅的范圍

雖然一些組織試圖構(gòu)建一個(gè)框架來理解這個(gè)問題，但實(shí)際上已經(jīng)提出了一個(gè)模型來清楚地識(shí)別絕對精度PNT的挑戰(zhàn)。

在此模型中，有一些關(guān)鍵特征定義了對 GPS 的威脅：威脅級(jí)別、威脅原因、威脅持續(xù)時(shí)間和威脅范圍。在分析對有保證的PNT的挑戰(zhàn)時(shí)，很明顯，它不是一個(gè)二元的“寬容”或所謂的沒有空間的一天問題。相反，這四個(gè)關(guān)鍵特征的組合導(dǎo)致GPS可用，GPS在當(dāng)?shù)鼗騾^(qū)域不可用，GPS在全球范圍內(nèi)不可用。就本框架而言，“短”被定義為可以用高穩(wěn)定性時(shí)鐘或慣性能力進(jìn)行死角推算的時(shí)間或距離，“局部”是影響小部隊(duì)的區(qū)域，“區(qū)域”是軍事戰(zhàn)區(qū)的很大一部分。

根源

基于 GPS 的 PNT 中斷的原因是干擾、欺騙、阻塞或系統(tǒng)性中斷。干擾是射頻 （RF） 能量對 GPS 接收器接收和解碼來自 GPS 星座的信號(hào)的能力的有意或偶然影響，而欺騙是一種更復(fù)雜和故意破壞 GPS 信號(hào)中的數(shù)據(jù)的努力。障礙物是一種被動(dòng)原因 - 物理對象，如洞穴，建筑物，多層樹葉，甚至山影 - 會(huì)阻塞GPS信號(hào)的RF能量并阻止足夠的能量到達(dá)天線，以便接收器獲取和跟蹤信號(hào)。從理論上講，系統(tǒng)性停電可能是由地面控制部分的損壞或損壞軌道上足夠數(shù)量的衛(wèi)星引起的，這不太可能發(fā)生。

排列解決方案

當(dāng)這樣進(jìn)行邏輯分解時(shí)，解決方案本身可以解決每個(gè)列和/或組的不同問題。

其中包含解決左側(cè)威脅的可能技術(shù)，其中包括使用抗干擾和反欺騙技術(shù)強(qiáng)化 GPS，到以慣性和/或高穩(wěn)定性時(shí)鐘的形式使用航位推算增強(qiáng) GPS、其他可用的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、視覺測量、地形匹配、天體、 等等。目前存在解決方案來抵消最可能對GPS的威脅 - 第1-5欄中的威脅。

第一個(gè)也是最重要的緩解措施是對接收器進(jìn)行密鑰，以便它可以接收和處理加密的 GPS 信號(hào)——令人驚訝的是，由于沒有加密加密，軍用 GPS 經(jīng)常變得無效。為了防御同行競爭對手級(jí)威脅系統(tǒng)，強(qiáng)烈建議使用帶有軍事代碼 （M-Code） 加密技術(shù)的現(xiàn)代化 GPS 設(shè)備，以使用戶設(shè)備能夠接收更強(qiáng)大的信號(hào)（~3dB 標(biāo)稱或 2 倍，具體取決于衛(wèi)星 – GPS IIR-M、IIF 或 III）并防御更復(fù)雜的欺騙?，F(xiàn)代化的 GPS 接收器甚至可用于支持手持式和超小型應(yīng)用，其中尺寸、重量、功率和成本 （SWaP-C） 都是關(guān)鍵考慮因素。

除了M-Code的抗干擾功能之外，BAE系統(tǒng)公司還擁有數(shù)字抗干擾設(shè)備，可以提供超過220倍（100萬倍）的抗干擾能力，以及一種抗欺騙技術(shù)，可以可靠地檢測欺騙者并將其從PNT解決方案中消除。該設(shè)備可與傳統(tǒng)的選擇性可用性/反欺騙模塊 （SAASM） 和現(xiàn)代化用戶設(shè)備配合使用，可用于機(jī)載、艦載和地面車輛。除了洞穴等受阻信號(hào)（在沒有GPS信號(hào)的情況下，沒有GPS系統(tǒng)可以提供PNT）之外，目前第1-5列存在基于GPS的解決方案。在CONOPS指示的情況下，增加了航位推算系統(tǒng)（即慣性和/或高穩(wěn)定性時(shí)鐘），當(dāng)空間中存在信號(hào)時(shí)，就沒有GPS拒絕的環(huán)境。

全球中斷;或者，沒有空間的一天

在極不可能發(fā)生的全球GPS長時(shí)間中斷（控制部分損壞或多顆衛(wèi)星丟失）的情況下，美國正在尋求下一代現(xiàn)代化接收器能力，以處理來自盟國GNSS系統(tǒng)的信號(hào)。此舉旨在解決長期全球GPS中斷的可能性。

歸根結(jié)底，國防工業(yè)中的許多人一直稱之為GPS拒絕的實(shí)際上是“沒有太空的一天”情景。前面提到的二元選擇的后半部分（即根本沒有信號(hào)）被證明確實(shí)是一個(gè)更可解決的頻譜的極端。軍事威脅環(huán)境已經(jīng)演變，同行國家級(jí)PNT威脅系統(tǒng)威脅到美軍在其選擇的地點(diǎn)和方式進(jìn)行高速作戰(zhàn)行動(dòng)的能力。然而，要解決的問題不是“GPS與GPS拒絕”的挑戰(zhàn)是發(fā)明，現(xiàn)場和操作GPS的替代品。GPS仍然是PNT最普遍，最精確和最便宜的來源。目前存在解決方案（即使是最受SWaP限制的平臺(tái)），以強(qiáng)化和增強(qiáng)系統(tǒng)，以擊敗除最不可能的威脅場景之外的所有威脅場景。