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从GPS到LEO,从INS到量子:导航技术进入“多宇宙”时代

应对“无太空日”:
定位、导航与授时(PNT)的核心地位

对军方而言,为“无太空日”——即卫星无法提供远程通信、精确导航、情报监视侦察(ISR)及导弹预警支持的情况——做准备并非新鲜事。然而,在这些功能中,通过太空平台实现的定位、导航与授时(PNT),已成为西方军队日常作战中最重要的能力支撑。

俄乌战争中,双方既依赖PNT系统开展行动,又相互干扰对方的PNT信号。这场战争提醒西方军队:导航战(NAVWAR)已真实存在,并正影响着空、陆、海多域军事行动。无论是战机执行对地精确打击任务、火力网络协同自行火炮实施“打了就跑”战术,还是水面舰艇海上航行,获取精准PNT信息的能力,始终是军方必须优先解决的关键问题。

行业视角:
导航战的防御与战略维度

总部位于悉尼的先进导航公司(Advanced Navigation)首席执行官兼联合创始人克里斯・肖(Chris Shaw)指出,西方此前关于导航战的讨论,传统上仅聚焦于“防御机制”——即防范全球导航卫星系统(GNSS)信号遭受干扰、欺骗与破坏。这里的GNSS系统包括美国的全球定位系统(GPS)、俄罗斯的格洛纳斯系统(GLONASS)、欧洲航天局的伽利略系统(Galileo)以及中国的北斗系统(BeiDou)。

但肖表示,如今市场格局已发生变化:行业与政府正围绕导航战的“防御维度”与“战略维度”开展更广泛合作,“这一趋势以作战责任与国家安全承诺为导向。随着现代冲突地区GPS干扰与欺骗事件增多,导航战议题正受到越来越多关注。面对不断演变的威胁环境,各国日益重视构建‘自主可控、安全可靠、灵活适配’的导航体系——既减少对易受攻击信号的依赖,又提升作战韧性。”

肖强调,PNT是导航战的“核心”:“在现代作战中(无论陆、海、空、天领域),PNT支撑着从任务规划、目标定位,到通信、后勤保障、系统同步的所有环节。一旦PNT能力受扰,整个作战体系的效能都将面临风险。”

诺斯罗普・格鲁曼公司(Northrop Grumman)导航与座舱系统副总裁瑞安・阿灵顿(Ryan Arrington)则认为,军方在复杂战场环境中实现精确导航的能力正面临日益严峻的威胁:“为应对敌方信号干扰威胁,诺斯罗普・格鲁曼已研发先进导航系统,保护军方免受‘GPS信号阻断’‘导航数据篡改与欺骗’等复杂攻击。”

他进一步分析:“导航战的威胁具有多维度特征,需通过全域综合反制措施,保障军事行动必需的‘可靠、鲁棒的PNT能力’。典型威胁包括(但不限于):多域环境下敌方通过GPS干扰与欺骗,阻断GPS信号数据或破坏导航信号,导致我方迷失方向、产生混乱;此外,GPS卫星信号干扰与网络攻击也需警惕——因为GPS导航依赖卫星数据传输。”


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“导航战的本质,是通过协同运用电子战、太空战与网络战手段,蓄意破坏或操纵PNT信息(尤其是依赖GPS的PNT信息)。因此,客户选择依赖我们具备‘军码(M-code)’能力的导航设备,以及最先进的精确惯性陀螺与加速度计,确保在威胁环境下完成任务、安全返航。”阿灵顿补充道。
导航战的新兴威胁格局

以色列埃尔比特系统公司(Elbit Systems)一位因作战安全原因要求匿名的发言人表示,包括GPS在内的GNSS系统仍是当前全球应用最广泛的导航手段,但军方对“多层级、混合式系统集成方案”的需求正不断上升——这类方案旨在应对战场电子战(EW)威胁,提升PNT能力的可靠性。

该发言人解释:“如今客户同时使用GPS与惯性导航系统(INS),‘GPS+INS’混合解决方案已非常普遍,以应对不同类型干扰。敌方也在运用不同能力、不同卫星星座与不同接收机;我们还观察到‘自适应调谐’技术用于抗干扰——这好比一场‘算法竞赛’:导航系统需通过先进算法判断‘是否存在干扰’‘如何应对干扰’(例如,是多向干扰还是多源干扰),以及‘如何利用人工智能识别信号真伪’。”

埃尔比特系统公司认为,现代导航战既聚焦“防御应用”(保护己方平台的PNT接收机),也重视“进攻应用”(破坏战场全域内敌方平台的PNT能力)。这一特征在乌克兰战场体现得尤为明显——双方均运用导航战技术及相关战术、技术与流程(TTP),辅助无人机攻击或防御无人机攻击。

该发言人特别指出,乌克兰战场上无人地面平台、无人空中平台与无人水面平台(USV)的广泛应用,表明导航战能力可像“动能打击”一样有效威慑、破坏威胁,且成本更低:“无人系统的普及改变了现代战争形态,但如果每一个威胁都用动能武器拦截,战争成本将极高。”

以乌克兰“海婴”(Seababy)无人水面艇为例——这种低可视性装备可携带300公斤炸药,通过视距或卫星通信控制,且据信在2024年12月曾用防空导弹成功击落一架俄罗斯米-8直升机。发言人分析:“‘海婴’是一种威胁,但对电子战系统而言却是机会——因其依赖多种无线电频率,我们可及时探测并干扰其信号,阻止攻击得逞。这类无人艇需要极高的精度,而它们搭载的GPS接收机正是薄弱环节,因此为综合电子战能力提供了用武之地。”

法国泰雷兹集团(Thales)导航与系统业务开发经理米卡埃尔・布鲁耶(Mikael Brouillet)认为,PNT能力是实现战略与作战效能的核心支撑:“PNT精度保障军方实施精确机动、精准定位目标、高效协同行动;同时,PNT对维持战场态势感知至关重要——它能实时呈现所有部队的位置,为任务规划与前线指挥官决策提供关键依据。”

布鲁耶指出,GPS的脆弱性最早在2014年俄罗斯进入克里米亚时显现:“军方开始意识到‘过度依赖GNSS’的隐患,但当时仅认为‘部分任务场景下可能无法使用GPS’。如今情况已完全不同——我们无需再进行观念普及,‘未来某一天可能无法使用GPS/GNSS’已成为现实,因此必须做好‘无GPS作战’的准备。有GPS时就用,但使用前需谨慎。”

结合乌克兰战争,布鲁耶提到商用无人机的“大规模应用”——这类无人机依赖GNSS信号实现PNT:“因此,防范无人机攻击的首要手段是GPS干扰机,这一点已成为共识。我们无需再向军方普及相关知识,他们清楚‘仅依赖GNSS会导致脆弱性’。”

他同时警告,多域战场中的所有平台都可能受到GPS干扰机影响:“协同作战依赖两大支柱——通信与定位。如果无法确定自身位置,协同能力将大幅下降。因此,所有应用都会受到电子战影响,这一‘游戏规则改变者’的作用已在乌克兰战场得到验证。”

先进导航公司的肖也分享了从乌克兰战争中吸取的经验:他在2025年2月参加了乌克兰“BRAVE1”国防论坛,与客户交流并参与技术讨论,探索自主性与机器人技术如何重塑战场。“与传统耗时数年的采购周期不同,”肖解释,“乌克兰军队通过实时战场反馈加速技术迭代,要求每三个月进行一次软件更新以保持领先。这种快速迭代正以前所未有的速度,推动电子战环境下的自主性、导航技术、无人机蜂群与综合防御系统发展。引领这一进程的企业不仅在‘跟上节奏’,更在‘制定全球行业标准’。”

肖进一步分析:“如今导航战威胁覆盖陆、海、空、天全领域,反映出电磁频谱环境日益复杂与对抗加剧。这些威胁包括GPS干扰与欺骗、网络攻击、‘反介入/区域拒止’(A2/AD)系统对军方机动自由的限制等。若军方无法快速整合、适配新技术,这些威胁的影响将进一步放大。”

“尽管敌方已展现出部署新型电子战工具的灵活性,但许多军方机构在‘快速列装与整合下一代PNT能力’时,仍面临制度、文化与后勤障碍。这一差距可能使他们暴露在‘动态适应型敌方’面前——这些敌方深知导航战中‘速度与灵活性’的重要性。”

因此,肖提出建议:“军方必须投资构建更灵活的采办与开发流程,同时加强操作员持续培训与创新体系建设,确保在电磁战场中保持优势。”

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探索新解决方案:
多层级、多系统协同路径

与埃尔比特系统公司“多层级应对导航战”的思路一致,泰雷兹集团也为军方提供“系统集成方案”,保护陆、海、空平台的PNT能力。“确保PNT信号连续性有多种方式,”布鲁耶举例说明,包括该集团的惯性导航系统(INS)、多模式GNSS、可控接收方向图(CRP)天线与多干扰对抗天线。

“CRP是一种智能天线,可抑制干扰机影响,确保平台持续接收GPS信号,”他解释,“例如,其信号增益比可达1:100,意味着信号覆盖范围可提升100公里——这是首选方案。但当干扰机数量过多或功率过强时,CRP天线也无法接收信号,此时就需要开发不依赖GPS的替代导航系统。”

布鲁耶以5G通信为例:“冲突环境中,依赖‘机会信号’(如5G)会更复杂,但可利用低地球轨道(LEO)或中地球轨道(MEO)卫星星座。不过,这些仍属于无线电信号,仍可能受到干扰。”

他还介绍了PNT的替代技术路径:“另一种方案是惯性导航系统(INS)——这类系统不依赖任何外部信号,仅通过物理方式测量平台位移,因此不会被干扰或攻击。可以说,在应对电子战方面,INS目前可能是最安全的导航方案之一。”

但布鲁耶也强调:“没有完美的系统,任何技术都有局限性。因此,需根据任务需求与作战场景,灵活组合不同来源的数据。例如,若用于无人机,重量会成为限制因素——无法搭载高精度(且体积较大)的INS,因此需选择替代方案。这本质上是在‘可用性、成本、精度’三者间寻求平衡。”

诺斯罗普・格鲁曼公司则指出,惯性导航解决方案能提供“高度抗干扰”的导航能力,“同时可作为GPS的独立校验手段”,阿灵顿表示。“我们产品组合中的典型案例是LR-500四质量陀螺(QMG)惯性测量单元(IMU)——这款小型IMU(重量0.35磅,体积6.3立方英寸,功耗2.5瓦)可将惯性导航的优势拓展到更多平台与场景,同时具备部分‘嵌入式GPS/惯性导航系统-现代化型(EGI-M)’的惯性导航特性,为GPS提供更强保护。”

阿灵顿补充:“此外,诺斯罗普・格鲁曼正为多款PNT系统升级‘军码(M-code)’能力,例如为美国海军研发的首款机载导航系统LN-251M。相比标准民用GPS信号,M-code提供更鲁棒、抗干扰的导航信号,安全性更高,能为军事行动提供增强型PNT能力,其先进加密技术可为军方用户提供更可靠、精准的数据。”

“我们的下一代PNT系统已在美国空军与特种作战司令部(SOCOM)进行飞行测试,”他介绍,“LN-351嵌入式GPS/惯性导航系统-现代化型(EGI-M)是一款先进导航系统,整合GPS与惯性技术,飞行员可根据面临的威胁环境,选择可靠、精准的PNT数据。EGI-M能应对其他导航系统无法抵御的威胁——即使在GPS信号被干扰、破坏或阻断的空域,也能维持作战能力,确保关键任务获得不间断的实时PNT数据处理支持。”

阿灵顿还提到,EGI-M的模块化架构支持“多传感器快速集成”,以应对不断演变的威胁;此外,诺斯罗普・格鲁曼计划推出“软件定义的M-codeGPS接收机”,可通过快速更新软件,应对新型威胁。

先进导航公司则专注于导航战的“防御应用”。肖表示:“在当前对抗性作战环境中,核心需求是‘即便面临日益严峻的干扰、欺骗与系统阻断威胁,仍能不间断获取可信PNT数据’。我们提供‘自主可控的韧性导航技术’——当GPS等传统系统受扰时,可保障任务连续性,确保作战能力不受影响。”

“真正的导航韧性不能仅依赖GPS,因此我们研发并验证了‘惯性导航与激光测速融合’的混合导航系统,在GPS拒止与对抗环境中表现出卓越性能。”肖介绍,该解决方案基于“多层级惯性架构”,结合智能软件与模块化多传感器方案,即便在信号受扰的最复杂环境中,也能维持可信PNT能力。

“导航能力必须领先于威胁演变。为在对抗性、动态环境中保持可靠定位,军方需采用‘软件定义系统’——无需重新设计硬件,即可通过快速软件更新适配威胁。这种方案能为特定任务提供灵活性、精度与韧性,对自主性、态势感知与作战成功至关重要。”

肖还列举了该方案的潜在应用场景:无人机系统(UAS)、装甲车辆与战术车辆、雷达与反无人机系统、情报监视侦察(ISR)平台,甚至自主水下航行器(AUV)。


市场展望:
技术趋势与未来方向

展望导航战的未来,埃尔比特系统公司的发言人认为,主流与替代PNT解决方案需进一步降低“尺寸、重量、功耗(SWAP)”与成本:“低SWAP特性可使其集成到导弹、炸弹或喷气式战机上;有效载荷需具备高复杂度,通过不同算法应对不同威胁,并优化人工智能技术,支撑下一代能力。”

泰雷兹集团的布鲁耶则指出,导航战市场将继续呈现“替代导航方案兴起”的趋势,包括LEO与MEO卫星星座的应用,以及“视觉导航”技术的发展——但他强调,视觉导航可能受战场遮蔽物(如烟雾、尘埃)影响。

布鲁耶还提到,惯性导航系统(INS)技术将受益于“量子导航”领域的重大突破,尽管这一技术至少还需一二十年才能落地:“量子导航精度极高,这意味着未来导航将更多结合不同数据源,实现多传感器、多源数据融合。但‘权衡取舍’始终存在,这是我们对未来的判断。”

诺斯罗普・格鲁曼的阿灵顿认为,未来十年导航战策略将呈现“多维度融合”特征:“整合前沿技术、加强国际合作、聚焦‘对抗环境中PNT系统的韧性与鲁棒性’。随着敌方导航战战术演变,我们的反制与缓解措施也将同步升级,确保美军维持导航优势。”

“敌方正部署更先进的干扰与欺骗技术(包括利用人工智能与机器学习制定更有效的干扰策略),因此我们的使命是研发覆盖空、陆、海、天、网的替代PNT系统,始终领先一步,防范信号劫持、欺骗及其他入侵威胁。”


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阿灵顿还强调了公司在“新兴技术领域”的投入,包括量子导航与高超声速技术。2025年5月,诺斯罗普・格鲁曼宣布其“先进高超声速技术(AHT)惯性测量单元(IMU)”已成功完成两次飞行测试。该公司未透露测试地点,但声明显示,测试使用了斯特拉托发射公司(Stratolaunch)的可重复使用高超声速“魔爪-A”(Talon-A)飞机,搭载半球谐振陀螺(HRG)。

声明称,此次飞行测试是“重大成就”——因为高超声速环境极为恶劣,技术需承受地球大气层边界内的巨大作用力。阿灵顿补充:“在近期飞行测试中,我们的AHTIMU在高超声速条件下表现出色。这类测试中承受的巨大作用力,模拟了未来更具挑战性的环境,对PNT能力提出了更高要求。此外,我们在量子传感技术方面也在不断突破,旨在研发世界级下一代导航工具。量子技术将显著提升传感器的‘定位、同步与探测’能力,帮助客户精准确定自身位置、规划行进路线,或定位目标信号源。”

最后,先进导航公司的肖警告,随着导航战威胁持续演变,行业必须不断提升导航能力:“增强PNT基础设施韧性不仅是技术必需,更是战略要务。传统上,军方在整合新技术时面临诸多挑战,包括合同义务、严格出口管制、集成难题,以及对老旧系统的路径依赖。”

“随着电子战威胁与政治不确定性加剧,全球军方需采取更积极、更具战略性的多国合作模式——构建‘开放创新、互通兼容’的跨境生态系统,实现不同盟国及其制造商的系统与组件无缝集成。”

“如今军事行动日益复杂,覆盖陆、海、空、天多域,因此‘替代PNT技术’对确保任务成功至关重要。构建韧性,刻不容缓。”



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