我国陆基远程导航系统发展现状研究

李海波，孙高明

（中国人民解放军91710 部队，吉林和龙 133500）

0 引言

随着信息技术的发展和广泛应用，国家安全、经济发展和民众日常生活对准确可靠的信息服务保障更加依赖。时空信息作为信息服务的基本属性，其准确可靠性越来越受到世界各国的关注。卫星导航系统作为时空信息基石已然获得了广泛的认可。但近些年出现的卫星导航系统故障以及其信号易受干扰问题，又使得大家认识到需要建立一个弹性的PNT系统[1]。陆基远程导航系统和卫星导航系统在工作体制、工作频率以及信号强度等方面互补性很强，在卫星导航系统遇到自然或人为干扰时，陆基远程导航系统可以凭其信号的大功率、低频率和强绕射力继续提供有效的PNT服务，实现两大系统的互补增强[2]。

随着2020年北斗系统卫星发射完美收官，从国家重大基础设施PNT信息安全、可靠、连续保障角度，我国提出了建设更加泛在、更加融合和更加智能的综合PNT体系[3]。从现有导航资源分布来看，罗兰C系统作为我国现役的陆基远程导航系统，信号几乎覆盖渤海、黄海、东海、南海的全部海区，部分邻国海区和公海以及东北、华北、华东和华南部分内陆，可为覆盖区内的空中、海上和陆地用户提供PNT服务，具备与北斗卫星导航系统形成互备互补的潜力[4]。

本文对我国陆基远程导航系统建设现状和存在问题进行了分析，提出我国陆基远程导航系统建设的必要性和发展建议，切实提升我国陆基远程导航系统服务能力，使其成为我国综合PNT体系重要组成部分。

1 陆基远程导航系统建设现状

罗兰C系统是我国完全自主运行管理的陆基远程无线电导航系统，在我国沿海地区共建6个导航台、3个监测站、1个监测控制管理中心，组成南海、东海和北海3个台链。1988年完成南海台链建设，1994年完成东北海台链建设。系统海上地波作用距离为900～1300 n mile，定位精度0.25～1.25 n mile。全系统海上覆盖范围北起日本海，东至西太平洋东经140°线，南达南沙群岛，在我国沿海形成了比较完整的远程导航覆盖网。罗兰C系统作为我国独立的PNT信息源，可以满足交通、通信、金融和国防等各领域对PNT信息的使用需求，作为北斗系统的陆基补充和备份手段以及应急条件下的保底手段。

同时，中科院国家授时中心位于陕西蒲城的BPL长波授时台采用增强罗兰信号体制，播发授时信号，覆盖我国中部大部分地区，提供μs 级的授时服务。并且计划在西部再建3个增强罗兰授时台，位于甘肃敦煌、新疆库尔勒和西藏那曲，届时可实现全国土长波授时信号覆盖。

2 我国陆基远程导航系统存在的问题

一是系统性能未得到有效开发，应用受限。出于时空信息保障的自主安全性需要，欧美一些国家对罗兰C进行了深度开发利用，提出了增强罗兰技术，提升罗兰C系统性能，目前定位精度已达10 m量级，可以作为卫星导航系统的备份手段[5]。我国罗兰C系统定位误差最大达1.25 n mile，授时精度μs量级，既无法独立满足时空信息保障精度要求，又难以形成陆基远程与北斗系统互为增强、互为补充和互为备份的无线电/卫星时空信息保障模式，制约了系统的应用。

二是系统作用发挥不明显，发展存在争议。我国罗兰C系统属于陆基远程长波导航体制，具备发射功率大，抗干扰能力强的优势，但也存在覆盖区有限，定位精度偏低的问题。平时和非对抗条件下系统优势难以体现，应急和对抗条件下系统独立定位授时精度又无法满足行动需要，造成用户使用积极性急剧降低，导致近年来系统整体处在维持状态，建设发展缓慢，其与卫星导航系统性能差距不断加大，进一步导致无法有效推进系统应用。从而使我国罗兰C系统的使命任务无法有效发挥，地位作用得不到足够重视，系统存在价值引起质疑。

三是系统投入不足，维持运行堪忧。1994年我国罗兰C系统正式对外开放服务，同期GPS也开始广泛的推广应用，对系统的进一步发展和技术进步带来巨大冲击和影响。2010年美国停止其本国罗兰C系统服务，对我国罗兰C系统发展带来新一轮冲击，系统建设几近停滞，系统建设局限在核心部件的配件和备件生产上。目前，系统发射机、监测设备等主要设备和供配电等辅助设施超期服役，老化严重，性能下降。核心的原子钟设备大部分超过使用寿命，无法使用，在线工作原子钟临近服役年限，且数量严重不足，系统存在中断服务的巨大风险。

3 我国陆基远程导航系统建设必要性

3.1 是国家综合PNT 体系核心组成部分

国家综合PNT体系构建需采用多个PNT系统协同工作，以满足各类PNT用户不同的应用场景需要。我国罗兰C系统是除卫星导航外唯一可以独立提供完善的PNT信息的国家基础设施和战略资源，为卫星导航提供最佳冗余、最佳备份和补充，是构建安全、可靠、高可用PNT体系的核心之一。在国家综合PNT体系中，陆基远程导航系统可以与卫星导航结合，通过标准化用户接口为各类用户提供统一、可靠时空信息的时空信息服务。

由于我国罗兰C系统建造年代早，系统性能和覆盖范围远远不能满足新的使用需求。用户终端体积大、性能低、不易集成、使用不灵活，且装备数量极为有限。因此，急需针对当今和未来PNT体系需求，开展我国陆基远程导航系统顶层规划设计，研制建设陆基远程导航系统，大大增强罗兰技术能力，全面提高装备水平和应用水平。

3.2 是弥补复杂应用环境下PNT信息保障短板的有效手段

陆基远程导航系统发射低频导航信号，相比高频以上电磁波信号，低频电磁波绕射能力强、穿透性强，在各类媒介中传输时衰减小，具有适应山区、坑道、掩体、峡谷、丛林、森林等特殊环境的独特优势，是物理阻隔环境下卫星导航的最佳补充手段。

陆基远程导航系统采用大功率信号发射，不易受人为和自然信号的干扰，在卫星导航信号被电磁干扰和阻塞环境下，是唯一能够提供连续、精确、可靠的导航定位和授时服务的手段。同时，在应急情况下，还可以通过部署机动式台站，提供局部精度增强以及抗毁性能力，弥补复杂环境下PNT信息保障短板。

3.3 是赛博对抗条件下确保国家信息设施安全运行的重要手段

陆基远程导航系统台站控制通常采用专用有线网络，以台站自主运行为主，调控控制信息少，并有严格的信息安全防范措施，黑客很难攻入。陆基远程导航系统信号发射需要建立大功率的地面发射系统，要对其信号产生有效干扰和欺骗需要建立同样大功率的地面发射系统，这在实际中是不可行的。因此，陆基远程导航系统运控、信号特性方面相对卫星导航具有明显的抗攻击、抗干扰和抗欺骗优势，单独使用或与卫星导航组合使用可以有效阻止敌对势力赛博攻击和恐怖破坏活动或降低造成的危害，确保PNT信息连续服务，保障金融、通信、网络、电力、交通等国民经济领域和国防军事信息系统安全运行。

3.4 是解决水下隐蔽导航装备瓶颈的有效手段

水下信息保障一直是瓶颈问题。陆基远程导航系统采用的低频导航信号具有一定的入水能力，可以为各类水下平台提供定位、导航和授时信息。水下平台通过释放拖曳天线或拖曳浮标到达水下能够接收低频导航信号的深度，实现在水下载体的安全导航定位和授时，有效解决水下导航的瓶颈问题。

综上所述，陆基远程导航系统是国民经济和国防军事应用的保底手段，在保障赛博和国家基础设施的信息安全方面有显著优势，并且具有较高的费效比优势。系统能在复杂环境下提供可靠和高性能PNT信息支持，为卫星导航系统提供广域备份，能保证PNT信息的多源性、可靠性和安全性，使我国综合PNT体系更加完备和健壮，最大程度满足应用需求。因此，发展陆基远程导航系统是十分必要的。

4 我国陆基远程导航系统发展建议

按照“体系筹划，稳步推进，分步实施”的原则，充分调动多方力量不断完善我国罗兰C系统建设，逐步建成满足我国综合PNT保障需求的高精度区域陆基远程导航系统，具体建议如下：

（1）保持系统稳定运行。

我国罗兰C系统建设时间长，装备老化严重，性能指标不断下降，与其所承担的使命任务存在很大差距。建议充分利用系统维修资源，在“十四五”期间重点对授时分系统、控制分系统、大功率发射分系统等分系统进行维修换装，同时研发新型用户端设备，包括监测型接收设备。

（2）开展增强罗兰技术演示验证。增强罗兰技术（eLoran）是在传统罗兰C导航技术之上，通过对信号体制、系统组成架构和用户接收技术的研究，采用增加数据广播功能、用绝对发播时间监测替代伪时差监测、建立实时罗兰差分修正等手段，全面提升罗兰系统PNT能力的技术。建议在现有系统能力下重点开展以下研究验证：一是开展高精度信号发播控制技术研究。提高发播台站时频基准精度，包括守时精度和台间信号同步精度，提高时频系统独立守时能力和溯源能力；二是开展长波双向时间同步技术研究，配备辅助的溯源手段，包括光纤时间传输和应急搬运钟设备，提升罗兰C系统的独立运行能力，使其真正成为标准时间的重要补充发播手段；三是开展发播台设备改造升级。结合电子技术的快速发展，选择最新的大规模超大规模集成电路芯片替代早期的分离元器件和小规模集成电路，提高设备可靠性，降低发射系统设备故障，提高发射信号精度和信号发射率；四是开展实时差分修正技术研究。从系统方面，研究罗兰差分量测量、估算、传输、发播、接收和差分定位等方法，确定罗兰差分技术方案，明确高精度应用方法；五是开展研究北斗/罗兰用户组合定位、授时、抗干扰能力和提升可用性的方法，包括多信号源融合技术、定位解算技术、互增强和修正技术、完善性检测技术等，提升用户在复杂电磁环境下的整体可用性，满足用户对PNT信息保障的可靠性、连续性和精确性的要求。

（3）基于增强罗兰技术演示验证成果，完成现有系统整体升级改造和拓展应用。以我国现有罗兰C 系统为基础，通过升级改造发射台、监测站和监控中心等现有系统设备，新建补盲、扩域发射台、差分站等新的基础设施，形成国土全覆盖的定位导航授时服务。实现星基和陆基导航系统互补增强，PNT 服务系统整体保障能力显著增强，复杂电磁环境下的导航授时能力明显提升，如表1所示。

表1 我国陆基远程导航系统能力提升后服务保障能力对照表

5 结束语

随着PNT信息重要性不断凸显，对陆基远程导航系统不断提出新的使用需求。陆基远程导航系统建设要围绕具体需求，重点在提升系统性能、扩大服务范围上下功夫，通过对建立差分基站提高区域使用精度、开展ASF参数测量，建设修正数据库提高服务能力以及开展新型用户设备研发，降低使用成本等方面开展研究，在确保系统稳定运行的基础上，不断提升系统能力，以更好地服务国防建设和国民经济建设。