美军导航战运用浅析及思考

［魏蒸 李景伟 王春雷 常凯］

1 引言

在1997 年，美军正式提出“导航战”概念，并将其定义为：阻止敌方使用卫星导航信息，保证己方和盟友部队可以有效地利用卫星导航信息，同时不影响战区以外区域和平利用卫星导航信息。

在GPS 系统发展之初，美国就敏锐地认识到：战时，全球部署的GPS 系统运行控制段极易受到敌方的干扰与攻击，导致卫星导航系统不能提供满足军事作战要求的服务。所以近年来美国国防部一直在从事导航战理论技术以及相关政策的研究，并且在美军多次局部战争和演习演训中进行试验和迭代，使得理论和技术不断得到检验和升华，逐渐形成了较为完备的理论和技术体系[1]。

2 导航战技术的主要门类

导航战作为美军军事行动对于PNT（Positioning,Navigation，and Timing，定位导航计时）体系影响，可划分为进攻性导航战和防御性导航战两大技术门类。与电子战领域的其它门类类似，导航战的主要任务是确保我方有效保护对于导航基础设施及手段的有效使用，同时尽可能阻碍和破坏敌方的正常导航定位服务。导航战技术是提升、增强战场或对抗环境下卫星导航系统服务能力最重要的手段之一，在一定程度上代表着卫星导航系统的先进程度与服务的可用性与稳健性。

2.1 进攻性导航战技术

进攻性导航战技术主要是指采取主动性手段，干扰、破坏甚至摧毁敌方导航系统和设施，从而破坏敌方对于现代导航定位服务的获取能力，从根本上降低敌方作战效能。以GPS 系统为例，进攻性导航战技术主要包括三大类基本手段[2]：

（1）针对导航系统的空间部分：通过反卫星武器直接杀伤导航卫星，目前已经出现的包括定向能武器、反卫星导弹等多种反卫星武器都可以用作空间段攻击手段；

（2）针对导航系统的地面运控部分：由于卫星导航系统的地面运控站、监测站和上行注入站等地面运控设施一般为全球部署，因此可针对这些设施采取无线电干扰、信息安全攻击等手段，从而使得这些地面运控设施难以正常工作，从而使得整个导航系统无法正常运转；

（3）针对导航系统的用户部分：在实际应用中，可采用压制和诱骗干扰等多种手段，对于机载、车载、弹载和单兵手持等导航终端进行直接干扰，使其无法输出或错误输出导航信息，进而起到干扰导航系统正常使用的作用。

2.2 防御性导航战技术

防御性导航战技术主要是指采取被动性手段，有效的抵抗、化解相关破坏与干扰，从而保障我方准确、可靠的导航定位服务。与进攻性导航技术相对应，防御性导航战技术主要分为三个门类：

（1）针对导航系统的空间部分：进一步优化导航卫星星座的设计，使得其轨道排布更加合理；采用电磁或激光加固技术进一步提升导航卫星的防护性能；通过星间链路等技术逐步提升导航星座的自主运行能力，从而更加有效的抵御反卫星武器的打击威胁；

（2）针对导航系统的地面运控部分：进一步加强地面运控设施及其周边区域的安全保卫措施；进一步优化不同类型的地面基础设施的地面部署，对于关键设施进行冗余配置；对系统的遥测和通信链路进行加密保护，防止信息安全攻击；

（3）针对导航系统的用户部分：进一步优化系统的信号体制设计，针对军事用户的实际需要，提升信号的防篡改、防破译和防干扰能力；进一步提升各类导航终端的抗干扰能力，采用自适应干扰抑制、射频检测、组合导航等多种技术，确保各类终端及时发现并上报潜在的恶意干扰。

3 近年来美军导航战理论及政策

2019 年8 月，美国国防部发布了其公开版国防部定位导航与授时体系战略报告，报告中提到导航战包括国防部PNT 体系功能的防御型和进攻型应用组合，其作用是通过协调空间网络空间和电子战来影响所有作战领域。在所有作战领域中进攻和防御能力特点是定义导航战环境并将其用于作战目的的关键[3]。导航战行动包括如下，如图1 所示。

图1 导航战行动

（1）了解战场上对手的依赖性和脆弱性；

（2）了解战场上联合PNT 保证的太空网络空间和射频威胁；

（3）对PNT 信息基础设施的动能威胁；

（4）射频频谱和网络空间的实时状态；

（5）联合导航战功能的可用性和状态。

国防部政策规定，美国和盟军必须有效地使用导航战，以确保PNT 优势支持军事行动，这要求所有国防部系统都必须符合导航战，且必须由国防部采购和适当的测试机构对合规性进行测试和验证，如果系统在预期的物理电磁和网络环境中，在特定任务所需的时间段内继续按照任务要求的准确性级别提供受信任的PNT 信息，则该系统将被确定为符合导航战要求。

3.1 进攻型导航战

联合进攻型导航战能力包括在物理网络空间域或射频频谱中的任何信息（无论当前是否与PNT 任务相关），这些都可被调用以产生动态或非动态PNT 不利影响。作战人员在执行进攻型导航战行动时，必须考虑到PNT 在信息体系中对友军和敌对部队的综合作用PNT 是体系的基本推动者，对于电信和信息系统的有效运行是必不可少的。这种启用的PNT 系统是指挥和控制军队、有效使用武器以及执行许多重要军事和情报任务不可或缺的，随时可用的精确位置和时间为美军和敌军提供了近乎实时的态势感知。在这种情况下，PNT 是美国和敌对技术情报体系结构的重要组成部分为了实现PNT 优势，国防部将做如下筹划：

（1）确保美国和盟军使用PNT 设备，其中包含各种已知且特征明确的PNT 信息源。要有效地执行进攻型导航战方案，就必须全面了解美国和盟军使用的PNT 能力和应用范围，以避免牺牲；

（2）加速服务计划，以实施模块化开放系统方法进行PNT 功能集成，以加速应用程序的可用性，从而增强进攻型导航战的灵活性；

（3）继续敦促快速部署GPS 军用码接收器，这对于美国全面启用电子攻击并利用GPS 现代化计划的固有优势至关重要。

3.2 防御型导航战

国防部利用PNT 功能的分层体系结构，以防止由于国防部系统中使用的PNT 信息源受到干扰而导致导航战操作性能下降使用各种经过整合和验证的PNT 信息源，以符合预期的导航战环境，可确保在国防部武器系统和平台中启用PNT 程序的连续性。国防部将做如下筹划：

（1）尽可能采用模块化的开放系统方法将国防部PNT 体系功能集成到国防部平台和武器系统中，在应对不断发展的导航战威胁环境中实现最大的灵活性和不可预测性；

（2）与美国盟国进行讨论并建立协议，以获取和使用PNT 体系功能，最大程度地减少杀伤力并确保在导航战组合作战环境中的互操作性。

4 美军导航战运用及效果

近些年，美军在伊拉克、科索沃、阿富汗、利比亚、叙利亚、俄乌战争以及施里弗、红旗、海军航母等一系列局部战争和演习中广泛应用，其核心是夺取定位导航与授时信息在内的制信息权，如表1 所示。

在表1 中涉及的美军在导航战中的作战及训练内容较多，为便于归纳上述美军导航战的运用情况，从上表中选取具有代表意义案例进行重点分析和解读。

表1 美军近年来历次导航战情况

4.1 叙利亚军事打击中的导航战

2018年3月中下旬以来，俄罗斯为对抗美国的无人机，在叙利亚地区对GPS 信号进行了干扰。4 月13 日，叙利亚周边的IGS 站BSHM 测站出现数据中断现象，GPS 部分卫星P 码信号功率大幅度增强。BSHM 测站及附近数据利用率如图2、图3 所示，可知4 月6～20 日三个测站的数据利用率均在90%以上。BSHM 测站数据利用率在4月12～16 日波动较大且相对较低，在4 月13 日达到最低即91%[4]。4 月14 日，叙利亚当地时间凌晨4 点，美国对叙利亚实施打击；4 月17 日，GPS 信号功率恢复正常；4 月23 日，地面干扰逐渐减弱据此可判断，美军对叙利亚进行军事打击前后，敌对双方上演了GPS 信号干扰与反干扰的导航战。总之，叙利亚地区经历了俄罗斯对GPS信号进行局部干扰，美国实现对P 码信号增强，美国对叙利亚实施军事打击，GPS 信号功率恢复，地面干扰逐渐减弱，从而形成了一个完整的GPS 导航战实例。

图2 叙利亚战场附近测站分布图、各站数据利用率[5]

图3 BSHM 测站卫星数、DOP 值及信噪比变化[5]

叙利亚军事打击中的导航战表明：美国已经可以在实战中，灵活地运用各种导航战技术配合地面军事打击，包括区域军用信号功率增强技术和导航拒止技术[1]。

4.2 加快演练在GPS 受干扰条件下作战应用

红旗系列演习是美国空军最重要的军事演习，是在近实战环境下实施的高强度空战对抗训练。2018 年1～2 月，美空军联合海军、海军陆战队以及澳洲皇家空军与英国皇家空军，在美国西部内华达州内利斯试验训练靶场，举行了规模空前的红旗18 演习。本次演习的重点科目之一是GPS 干扰环境下的空战组织与实施。参演部队需要在无GPS 提供PNT 服务的情况下实施防区外导弹攻击、飞越敌占区进行精确目标打击等作战任务。这种对抗不仅是火力的对抗，也是PNT 的对抗。

2018 年9 月，美军航母第4 攻击群在美国东海岸组织的2018 年度第3 次军演中，假想GPS 被切断处于不可用状态下的模拟实战演习，如图4 所示。2019 年2 月6日10 日，同样是美军航母第4 攻击群在美国东南部至加勒比海地区组织的本年度第1 次演习中，在不同时段对该区域GPS 信号进行了干扰。

图4 美军航母战斗群在美国东海岸组织的导航战演习

美国近期实施的导航战战例表明：美国导航战技术发展已经日趋完善，有着系统的作战条令可供遵循，并且将GPS 拒止条件下的作战应用作为演习训练的重点[6]。

4.3 加强导航战侦查预警能力

Hawkeye360 系统是美军近年来建设的重要电磁空基侦查系统，星座由三个集群中的九颗卫星组成,以检测、表征和地理定位来自VHF 海洋无线电、UHF 一键通无线电、海事和陆基雷达系统、L 段卫星设备和紧急情况等发射器的射频信号信标。在俄乌冲突中，利用Hawkey e360、Unseenlabs 等公司的信号情报（Signals Intelligence，SIGINT）卫星进行战场无线电测向、信号特征分析和通信破译。在导航战领域，Hawkeye360 具体用于对乌克兰战场上的GPS 干扰进行了监视侦察，同时还对俄军GPS 干扰设备进行了溯源，并将相关信息传递给乌军，为乌军的定点伏击提供了目标信息，如图5 所示。

图5 俄乌战争中Hawkeye360 侦查绘制的辐射源电子地图

此外利用陆基电子战系统监测俄罗斯GPS 干扰辐射源。2022 年2 月23 日，美国将第82 空降师部署在波兰。该师拥有“预言家”信号情报收集系统，该系统经过多次升级后，不但具备通信干扰能力，还具备GPS 干扰能力。“预言家”电子战系统主要负责绘制乌克兰战场上的俄军辐射源地图，为指挥官提供通信/雷达拦截和测向能力。其电子绘图可探测、识别、定位和跟踪探测距离范围内的无线电频率辐射源，并利用图像描绘出辐射源电子目标指示信号。“预言家”具有针对俄罗斯导航战相关的能力，包括保护战场上乌军的GPS 系统、检测虚假的GPS 信号。该系统同时具有攻击俄军“格洛纳斯”导航系统的能力，但预计慑于俄罗斯强大的导航战干扰源监测能力，其导航干扰能力应未使用[7]。

俄乌战争中导航战表明：美国已经可以利用星基和地基等电子侦查系统对盟军进行系统的情报支撑，乌军利用美军联合全域侦察能力获得了很大的战术主动性，延缓了俄军战略的推进。

4.4 探索多域联合的导航战技术

2015 年12 月～2016 年5 月，在相隔不到半年的时间内，美军连续实施了2 次施里弗空间作战演习，打破了以往每隔1～2 年开展一次施里弗演习的惯例，创造了新的最短时间间隔记录。从施里弗-V 开始，美国就着手探索太空和网络空间2个作战疆域的作战问题，从最初的概念探索到接近实际作战的场景，并且在天、网、电3 个作战域集成的基础上，探索对GPS 卫星的网络攻防想定内容，包括网络攻击GPS 卫星、欺骗GPS 信号、使GPS 卫星将错误的数据提供给精确制导武器等军用GPS 数据接收端等。

网络安全与信息保证技术美国空军认为，网络攻击将成为未来GPS 系统面临的重要威胁之一，因此GPS 系统的网络安全与信息保证已经成为美国必须解决的问题。网络安全与信息保证是美国新一代“运行控制系统”（OCX）具备的重要核心能力。美国空军为GPS 新一代“运行控制系统”设计了多层防护的安全结构，以应对由内部威胁、物理威胁、网络威胁与供应链威胁构成的安全威胁。按当前的计划[8]。

上述空间及网络发展表明：卫星导航系统的通信、指挥链路正面临着日益严重的网络安全问题，网络安全已经成为GPS 运行控制系统必须解决的问题。通过作战演习，为GPS 新一代运行控制系统的建设与发展奠定了基础。

5 美国导航战发展启示

5.1 加速导航战全链及全域规划和设计

导航战理论自美军上世纪八十年代至今的酝酿与发展，经过数次演习和局部战争检验，已经形成了较为完备和成熟作战体系，并且可以娴熟地在实战中应用。导航战的领域早已不是单纯针对导航终端设备，而是是星座、运控、终端全链条以及陆海、空天、网络、电子等诸多作战领域的综合攻防对抗。而目前国内基于导航战的技术研究和应用，主要集中在对于导航终端的干扰和抗干扰对抗方面，而缺少对于导航战的星-控-终端全链条以及陆海、空天、网络、电子等全领域进行攻防设计的顶层政策规划，加速相关手段及技术研究，有针对性地进行空间段、地面段与用户段加固，此外逐步建立导航战体系试验以及评估方法，在各类演习演练中引入导航战科目，不断在实践中淬炼并检验导航战的理论及技术。

5.2 加速构建星基电子侦查和导航快速补网能力

在此次俄乌战争中，美军的天基、空基、陆基等电子侦查系统对于乌军的情报支撑，实时绘制俄军对于GPS进行干扰的电子地图，为乌军作战中规避干扰，打击干扰源赢得了主动。此外“星链”卫星在此次俄乌战争中大放异彩。“星链”卫星通信速度可达数百Mb/s，只需通过软件升级、同现有GPS 信号相结合，就可以将其打造成低成本、抗干扰、信号强、高精度的卫星定位和导航系统。如果使用即时轨道和时钟数据，“星链”低轨定位系统能够使用户的位置精度达到30 cm 以内，占用“星链”下行带宽不超过1%，耗电不超过0.5%，进一步弥补了GPS 的不足，提升了乌军战场上的机动与跨域协同能力，强化了通信和导航作战优势。所以我国也要加速布局电子侦查卫星及星链系统的规划与建设，赢得战场的主动权，并且在卫星系统受限的情况下，利用低轨卫星网络实现快速补网。

5.3 深入全源融合导航技术的研究

多种导航技术联合使用，在原有的卫星定位系统基础上，为不同类型的用户和作战平台配备组合导航系统。组合导航定位技术能够在现有导航定位技术的基础上，通过优化组合及相应的技术处理得到最佳的导航定位精度，它具有投入成本低、抗干扰性能好等优点。现有组合导航定位技术能够实现卫星定位与惯导、天文导航、伪卫星区域导航系统（Locata 系统[9]、Terralite XPS）、罗兰-C、康塔、数据链、激光、视觉等系统间的组合导航。以上组合导航定位技术的共同特点在于通过技术手段[7]，融合不同导航系统和体制的导航信息，达到最佳的定位精度和定位可靠性，降低敌方实施干扰对我方导航定位精度及可靠性的影响。而目前组合导航定位技术普遍采用的信号融合处理技术为卡尔曼滤波法，此种方法应用已经相当成熟，但其自身也存在不足，因此，要进一步加大对导航信息处理和融合技术的研究，力争发明和使用新的信息处理技术，使目前组合导航定位技术有所突破，进一步提高组合导航定位机的性能。

6 结语

本文围绕导航战的表现形式和技术现状,着重梳理美军导航战的最新作战条令和政策法案制定进展，并对美国近期实施的导航战情况进行了深入剖析，最后提出了发展启示。在此基础上需要持续跟踪美军的导航战的最新发展，逐渐开展导航战的全链顶层规划设计，加速星链建设布局，加强多种组合手段的研究和国产化率，以应对未来导航战领域的挑战。