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美国研发新一代微型惯导:不依赖卫星

现在,导航设备已成为车辆、舰船、飞机、导弹以及太空飞行器上必不可少的组成,它们为各种军民需求提供了方向和路径,然而,无论是卫星导航还是惯性导航系统,都存在不少缺陷,因此,新的技术革命再度风起云涌。

  美国国防部高级研究计划局近期的目标是研发出一种只有1美分硬币大小的超小型导航晶片,该导航晶片不仅能够提供3分钟左右的精确定位、导航服务,而且其生产成本还将严格控制在1000美元以内。

  拿破仑曾经在滑铁卢发出“如何看透山那边迷雾”的悲叹。200年后,各军事大国依然希望能够看透“迷雾”,而导航设备,就是解决这个问题的一个关键手段。

  现在,导航设备已成为车辆、舰船、飞机、导弹以及太空飞行器上必不可少的组成,它们为各种军民需求提供了方向和路径,然而,无论是卫星导航还是惯性导航系统,都存在不少缺陷,因此,新的技术革命再度风起云涌。

  卫星导航系统有重大缺陷

  现代导航系统种类不少,主要有卫星导航系统、惯性导航系统、天文导航系统、多普勒导航系统、无线电导航系统、地磁导航系统、地形场导航系统、视觉导航系统等。其中,最著名、应用最广的是美国的GPS卫星导航系统。

  GPS导航的基本原理是通过卫星信号来确定位置,但是,它也有重大缺陷——信号很容易被干扰或切断。

  2003年伊拉克战争时,伊军曾使用功率仅为4瓦的俄罗斯生产的干扰装置,对通过GPS进行定位的美军联合制导攻击武器进行了电波干扰,导致美军误炸了巴格达市场,造成大量平民死伤。

  2011年12月,伊朗专家利用GPS导航系统的薄弱之处,重新设定了美国RQ-170“哨兵”无人机的GPS坐标,再通过噪音干扰通讯的方法,迫使这架飞机进入自动驾驶状态,生生让它变成了“无头苍蝇”。伊朗专家称,“通过电子对抗技术,让这架无人机降落在了我们想让它降落的地方。”运用此项技术,伊朗先后俘获4架以色列无人机和3架美国无人机。

  2012年5月,韩国《中央日报》报道说,朝鲜从4月底开始对韩国方向的卫星定位系统进行干扰,已影响韩国境内各国飞机的航行,甚至连驻日美军的作战飞机也未能幸免。

  GPS信号不仅易被干扰,还容易丢失或被切断。在地下和水下等空间,设备无法接收到GPS信号。美国更担心的是,一些国家已掌握反卫星技术,可以硬杀伤太空中的导航卫星,倘若如此,美军作战部队及武器装备将会彻底“失明”。

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  摆脱对GPS的依赖

  如今,互联网上已经出现教人如何在数百米范围内干扰GPS信号的方法,人们甚至可以在互联网上买到GPS干扰机。这从一个侧面证明了卫星导航系统面临着巨大威胁。鉴此,美欧等西方国家决心大力研发更小巧、更精确、抗干扰性更强的导航系统。

  据中国国防科技信息网报道,美国国防部高级研究计划局正在同时开展5个项目的研究,全部或部分聚焦于定位授时导航技术的开发,以使军事人员和设备摆脱对GPS的依赖。

  美国《防务新闻》网站称,其中一种新型导航定位设备通过集成在微型芯片上的三个原子陀螺仪、加速器和原子钟,利用牛顿运动定律自动计算出载体平台的瞬时速度、位置信息并为运载体提供精确的授时服务。美国国防部高级研究计划局近期的目标是研发出一种只有1美分硬币大小的超小型导航晶片,该导航晶片不仅能够提供3分钟左右(据称,美军现役70%的导弹需要定位导航系统制导飞行的总时间不会超过3分钟)的精确定位、导航服务,而且其生产成本还将严格控制在1000美元以内。

  英国国防部也正在研发一种“量子罗盘”,该技术最大的特点是运用超冷原子技术,准确感知地球磁场和重力场的变化,从而换算出精确的位置信息。

  英国航太系统公司高级技术中心还正在研究一种“借助机会信号导航”(Navsop)技术,Navsop能够利用几百个已有信号进行准确定位,这些信号包括Wi-Fi信号、电视信号、无线电信号、手机信号、无线通讯发射器信号以及空中交通管制信号。Navsop最大的优势在于使它发挥功效的基础设备已经是现成的了,不用花费巨资搭建发射机网络。

  或引发武器装备淘汰潮

  目前,美军在研发新一代微型惯性导航系统上还面临着两大技术难题。

  一是该导航系统能自主进行精确引导的时间过短。美国国防部高级研究计划局项目经理安德瑞·席克尔曾说,微型惯性导航系统现阶段只能提供约20秒的高精度定位与导航服务,因此现在它只能作为GPS的备份与补充,无法成为GPS的有效替代品。

  其次,微型惯性导航系统终端设备的成本远比GPS终端设备高,把一套价值100万美元的微型惯性导航系统安装在一枚仅值100万美元的导弹上显然不合适。

  但是安德瑞·席克尔对具备体积小、成本低、精度高、不依赖外界信息、向外界辐射能量少、抗干扰能力极强、隐蔽性好等特点的新一代导航系统充满信心。他认为,就像30年前人们没有预想到GPS会发展到目前的程度一样,在未来20年新一代导航系统的发展也将是无可限量的。

  如果新一代导航系统研制成功,那么花费了百亿美元、由20~30颗卫星组成的全球卫星定位系统很可能变成“鸡肋”,那些依靠GPS定位的武器装备也将大量淘汰。这样的场景在人类军事史上已屡见不鲜。

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