美国陆军PNT能力发展趋势分析

针对当前全球定位系统(GPS)易受干扰和攻击的影响,定位、导航与授时(PNT)系统需矫捷应对多种复杂疆场情况,阐发了美国陆军将来成长先辈 PNT 手艺的布景。

然后重点阐发了美国陆军 PNT 能力的成长趋向,此中次要包罗了伪卫星系统、车辆导航系统、惯性导航、定位、导航系统辅助传感器、导航传感器融合、导航仿生手艺、授时、PNT 建模与仿真、导航战手艺使用、自主与人工智能在 PNT 中的使用等11个方面的成长趋向。

最初给出了简要总结,认为美陆军将重视改良单兵和车辆态势感知能力,以提高将来支撑疆场批示官的使命批示和决策能力,同时重点关心了开放式系统架构、SWaP-C优化、自主手艺和人工智能手艺,以提拔 PNT 的全体能力。

然而,在过去的几年傍边,以其高可用性和切确性而著称的全球导航 卫 星 系 统 (Global Navigation SatelliteSystem,GNSS)不断遭到各类各样的干扰和攻击。美国陆军靠得住 PNT 跨本能机能团队 (Cross Functional Teams,CFT)主任,陆军太空与导弹防御司令部/陆军计谋司令 部 (USASMDC/ARSTRAT)项目和手艺主任William Nelson暗示,“我们仍然相信 GPS 是一个很是强大的系统,我们的方针不是代替它,而是在 GPS 降级的情况中加强 GPS 的可托度,以供给靠得住的 PNT。”

美国空军上校,斯坦福大学传授,国度航天 PNT 征询委员会副主席,被称为 GPS 之父的 Bradford Parkinson 暗示,“我们不代替 GPS ,而是要协助和备份 GPS 。”现实上,除水下配备外,美国几乎所有的兵器配备和平台城市用到 GPS 进行 PNT,而在疆场前沿等有时 GPS 呈现不成用的环境下,会采用其他取代或弥补的体例进行 PNT。

2013年美国陆军发布了《战术靠得住 GPS 区域机能力替代方案阐发》,明白了其在战术情况下的 PNT 能力成长需求,相关潜在手艺、响应系统处理方案,以及分歧系统、平台在 GPS 不成用情况中的替代手艺与集成方案,并将实现靠得住 PNT 能力作为最终方针。

GPS是美国陆军 PNT 能力的根本,陆军曾经将 GPS 配备到各类飞机、战车和单兵配备等各类作战单位。而跟着 GPS 易受地形、建筑、电子匹敌等天然和报酬要素干扰的影响,使得美国陆军的 PNT 劣势遭到挑战。

然而,美国陆军仍然将 GPS 作为 PNT 系统的焦点能力和根本,在加强 GPS 信号强度、提高抗干扰能力的同时,以陆地导航、夹杂导航和主动导航等手艺填补 GPS 的能力缺陷,并操纵各类数据链、战术收集、无线保真(WiFi)等手艺作为 PNT 的传输路子,添加电子匹敌的鲁棒性,在兼顾尺寸、质量、功耗和成本(SWaP-C)的前提下,以鞭策立异、维持手艺劣势为次要目标,成长分析 PNT 手艺。美国陆军曾经依托靠得住 PNT 等项目成长 GPS不成用时的 PNT 手艺,同时陆军也在成长更矫捷、更先辈的 PNT 系统,以提高美陆军的 PNT 能力。

据美国联邦贸易机遇 (Federal Business Opportunities,FBO)网站2017年11月24日报道,美国陆军通信-电子研究开辟和工程核心发布了普遍搜集通知布告 BAA W56KGU-18-R-PN22,以开展一项普遍的、为期5年的研究打算,旨在开辟可在疆场利用的全新的 PNT 手艺,矫捷性和快速响应能力,加强在对称和非对称情况中的作战能力。

本文将次要通过梳理该 BAA 需求消息内容,阐发美国陆军 PNT 能力的成长趋向,以期为读者供给无益的参考。

家喻户晓, GPS 容易遭到各类干扰和棍骗的影响,且在一些有遮挡的区域,会发生收不到 GPS 信号或信号较弱的现象,这导致 GPS 难以满足现代复杂疆场收集电磁强匹敌情况的使用需 求。针对 PNT 系统的攻防,1997年美军曾提出导航战的概念,2017年美空军又提出了授时战的概念。此外,电子战(含自顺应电子战、认知电子战)、消息战、收集战等概念也曾使用于 PNT 系统的攻防。

2015岁首年月,美国陆军特地组建了 PNT 项目办公室,以鞭策从保守 GPS 能力向 A-PNT 能力的快速转型。

美国陆军 A-PNT 项目包含4个子项目:1)基于地面无线电导航系统的伪卫星项目;2)为车辆系统供给 PNT 项目;3)为单兵供给 PNT 项目;4)抗干扰的 PNT 天线项目。A-PNT 项目司理 Kevin Coggins在2017年5月暗示, A-PNT 项目可使陆军进入和平中的下一个导航级别,并将超越 GPS 的能力。

为提高将来美陆军 PNT 能力,供给步卒和战车等兵器愈加靠得住和切确的 PNT 手艺,美国陆军进行了多项行动,响应的手艺成长将成为 GPS 的弥补和备份。

3)可兼容抗干扰 GPS天线)具有异形光束输出天线)具有共形天线)具有分布式孔径天线)具备防窜改手艺;

美国陆军但愿持续推进惯性导航手艺成长,改良单兵和车辆态势感知能力,并提高疆场批示官的使命批示和决策能力。陆军但愿使用微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)、机械、光学和原子等手艺设想并开辟出新型陀螺仪和加快计传感器,以满足单兵和车辆平台的 SWaP-C 最小化方针。此外,陆军还但愿开辟传感器自校准、速度更新和范畴辅助等手艺,以包管导航的持久机能。

美国陆军但愿利用多种外部消息来确定位相信息,如 GPS、多全球导航卫星系统(Multi-GNSS)、无线电导航、天文导航、地形婚配导航、机遇信号导航(Navigationvia Signals of Opportunity,NAVSOP)和无线电大气信号导航等,以提高疆场使命批示和决策能力。陆军但愿重点冲破:

美国陆军但愿开辟用于单兵和车辆平台的导航辅助手艺,在有 GPS信号时,通过辅助传感器提高 GPS的定位精度;在无 GPS信号时,可以或许连结较长一段时间内与 GPS 相当的定位精度。陆军认为这种辅助传感器该当是无电磁辐射的,或是具有少量辐射的,易于嵌入的,且是可调可优化的,以顺应各类军事平台(如步卒、战车和航空器),从而保障将来系统的升级。 在陆军通用操作情况(Common Operational Environment,COE)中,系统应可以或许一般工作并遵照预期的系统架构。陆军对于军事导航系统辅助传感器的成长次要包罗:

在各类设想考虑中,出格是小型化配备和单兵PNT 需求,美国陆军十分重视尺寸、质量、功耗和成本之间的衡量、协和谐优化,期望可以或许全面降低SWaP-C,提拔车辆和单兵 PNT 能力,并降低成本。

跟着大数据、云计较手艺、人工智能、无人自主手艺等前沿倾覆性手艺的成长,美国陆军但愿充实操纵自主手艺和人工智能手艺等前沿手艺,提高车辆和单兵的情况顺应性、态势感知能力、自主导航和协同导航能力,最终提拔陆军全体的 PNT 能力。

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