导航对抗问题研究

导航对抗问题研究

张永旭

69016部队  新疆乌鲁木齐830017

摘要：随着导航定位技术深入人类各项活动，导航对抗成为电子对抗领域里的一个重要研究方向。本文就导航对抗攻击和防御的基本内容进行了论述，从导航攻击、干扰源测定摧毁、导航防御3个方面，详细分析了导航对抗的关键能力，重点研究了在导航对抗中需要把握的技术和策略，并为卫星导航系统服务拒止下的应急导航保障提出了可行的技术方案。

关键词：导航对抗；制导航权；应急导航保障；关键能力

GPS“导航战”是指在战场环境中，阻止敌方使用卫星导航信息，保证己方和友方部队有效利用导航信息，同时不影响战区以外的地方和平利用卫星导航信息的一种战斗技术。导航对抗是瓦解高精度制导武器和远程火力打击能力的有效法宝之一。制导航权是现有高精度武器平台发挥作战效能的基本条件，将直接影响作战行动甚至整场战争的成败。21世纪，世界各军事强国纷纷启动和加强自身卫星导航系统建设的同时，也更加注重在作战中卫星导航系统精度、可用性、抗干扰能力、完好性监测等性能指标，并且针对卫星导航系统进行防干扰、抗干扰、防欺骗和打击破坏等问题研究，初步形成了导航保障和导航对抗能力。世界正处于百年未有之大变革的背景下，要做好导航对抗场景下的导航保障研究，特别是在局部对抗中，北斗导航系统被压制，服务拒止时的方案预案。

一、导航对抗的关键能力

导航对抗的核心就是阻止和防护，因此，从表现形式上，导航对抗可以分为进攻型导航对抗和防御型导航对抗[1]。导航对抗可以不分战时和平时，在任何时间，对任何区域进行电子对抗软杀伤，是时刻都在作战的战场，这种全域、全维战场空间的信息化战争已经到来。

1.阻止敌方获取导航信息

对GNSS系统进行干扰，瘫痪特定区域的导航定位功能，限制高精度武器使用，扰乱指挥所对部队的指挥控制是导航对抗的首要目标。卫星导航系统一般由空间段（卫星星座）、控制段和用户段组成。对任何一个段的攻击都可以瓦解卫星导航系统，实现导航压制。

针对空间段，可以采用多种方式致其星座失能。使用反卫星武器对其GSO和GEO卫星实现硬杀伤、使用激光武器致盲或者使用电磁武器干扰阻断即可瘫痪卫星导航系统。

针对控制段。一是硬摧毁。主控站、上行注入站和钟房都是精确打击的高价值目标。钟房是导航卫星的唯一时间基准源，摧毁钟房即可瘫痪时间基准，故地面钟房是最高价值目标。摧毁主控站和上行注入站后，卫星导航系统可自主运行一段时间，然后就将因精度不可控而失去价值。参考站被摧毁后将严重削弱系统定位精度和可靠性；二是网络攻击。使用网络战手段，将病毒或木马植入其地面站网络，瘫痪卫星通信控制系统，或诱导系统向卫星注入错误导航信息，导致卫星导航系统失能；三是信号干扰。使用电子干扰方式，干扰监测站接收导航卫星信号的能力，使主控站不能获得卫星轨道信息，只能自主运行，降低导航定位精度[1]。

针对用户段。在作战区域进行全导航定位系统频段的辐射干扰，致其基于卫星导航系统的平台和终端丧失导航能力。导航对抗行动压制敌方导航信号后，可转发或产生干扰信号进行欺骗式干扰。当敌我双方用户终端交织在一起的时候，在对敌方卫星导航信号压制和干扰前，要充分评估作战行动对己方用频的影响。

2.干扰源测定和摧毁

由于GNSS信号运行频段公开，冲突各方一定会进行各种形式的导航干扰，因此，必须加紧研究干扰源测定技术，研发和部署干扰源精确监测和定向装备，并与军种火力打击力量快速联动，进行相应的反辐射精确打击，摧毁干扰源。行动的核心在于快速发现干扰源、定位并摧毁干扰源。在未来导航作战中实现查打一体闭环快速响应。

3.保证己方导航能力

（1）卫星导航系统（空间段、控制段）防护

主要是在卫星星座被摧毁时，及时采用备份卫星补位，并提高发射新的导航卫星组成完整导航星座的能力。由于MEO卫星数量多，轨道运动速度快 ，被攻击的难度较大，但GEO数量少、相对地球静止，被攻击的难度较低，风险较高。美国从GPS现代化以来，GPSIII抗干扰能力较GPSIIF提高了8倍，GPSIIIF搭载激光后向反射器[2]，这些措施都有效增强了卫星导航系统的抗干扰能力。对于导航卫星的干扰式攻击，导航卫星也要增强星载天线的抗干扰能力和星基增强能力，确保卫星在收到干扰时，导航系统的地面接收信号强度和DOP因子的合理区间。对控制段主要需加强主控站、监测站 、注入站的安全防卫，在防止敌物理杀伤和破坏的同时，加强网络安全风险防控，防范敌网络攻击。

（2）卫星导航系统用户段防护

用户机的抗干扰技术通常是利用干扰信号的振幅、频率、时间、空间和极化作用进行干扰抑制。采用抗干扰技术的接收机，可以直接削弱敌干扰效能，保证用户终端导航定位精度。效果最好、最可靠的防御方式就是终端集成抗干扰功能。目前主要代表性的技术有多阵元天线、射频前端滤波、自适应滤波技术、射频干扰监测技术等。

多阵元天线是在导航接收机上采用多个阵元组成天线阵列，阵中各天线对称排列，处理器对多个方向接收到的导航信号进行比较后，反过来对各阵元的增益和相位进行调整，从而在天线阵方向图中产生对着干扰源方向的零点，从而对冲干扰，达到抗干扰的目的。

射频前段滤波技术主要是在天线与前置放大器之间放置具有抑制带外大功率的带阻抑制特性和低插入损耗的前置滤波器，并在每个本地振荡器混频级前后的逐级滤波。逐级滤波使接近末级中频的下变频过程综合出较窄的滤波器带宽，不仅能提高接收机的抗带外射频干扰性能，还能降低中频A/D变换过程的奈奎斯特采样限制。前端滤波技术可以有效抑制外界强功率的干扰。

自适应滤波技术主要借助数字信号处理器进行自适应滤波处理，可在前段处理以及基带跟踪环路前进行，自适应滤波处理可在时域、频域、空域以及各联合域实现，可抑制窄带干扰、宽带干扰和多径干扰[3]。

射频干扰监测技术，采用AGC电路完成射频干扰监测，再通过干/噪检测确认存在干扰信号。干扰信号一旦影响导航信号正常接收，就会报警并将信号反馈到接收机天线和前端滤波放大器。此时强信号即为射频干扰信号，因此通过自控电压的高低来精确估算干/噪比大小可直接估计干扰信号功率的大小。优点是接收机不跟踪有用信号就可以确定射频干扰信号存在，只需要改变接收机搜索跟踪方法就能正常接收卫星信号[3]。

（3）导航系统被压制时的导航保障能力

未来战场瞬息万变，已知的干扰装备可以实现从1G至3G全频段数百公里范围内的压制，甚至仅对导航系统用频进行精确覆盖干扰。大国对抗，高可靠性和高精度的卫星导航系统，被短时压制甚至部分摧毁的可能性是严重存在的。主要有4个方面的对策：一是使用伪卫星技术进行区域导航。实质就是采用滞空气球、无人机等航空平台代替卫星星座，向用户终端发送包含伪卫星位置信息的导航电文，改善区域导航信号强度实现精确导航的目的；二是采用地基增强技术。在任务区提前构建地基增强站，实现对卫星信号的地基增强，并通过机动增强站，在被信号遮蔽的区域，实现对作战区域所有用户终端信号增强；三是低地球轨道卫星（LEO）技术。低轨道卫星单次发射成本低，轨道运行周期短，角速度快，由于距离地面更近，信号损耗低，到达地面的信号强度比卫星导航星座高2个数量级，抗干扰能力极强。可集中发射数百颗卫星有效改善卫星导航星座几何构形，提高定位精度，或单独组成区域导航系统提供紧急导航定位能力；四是在武器、装备平台采用组合导航定位，特别是惯性导航与其它导航方式的结合的方式，保证导航保障能力。

4.降低干扰对民用导航系统产生的不良影响

卫星导航系统都是具备军民两用性质的导航定位系统，是国家的时间基准、空间基准与用户连接的最重要的基础设施，与供水、供电系统一样都对国家经济社会稳定和发展起着不可估量的作用。要像保护三峡电站一样的保护卫星导航系统，以减少战争对国民经济的影响，保证战争潜能。在导航对抗中，要始终以保护卫星导航系统安全、稳定、高精度地运行为第一目标，这对导航卫星生产和发射能力、星载信号发射平台抗干扰能力、地面站的安全风险管控都提出了更高的要求。

二、在导航服务拒止时快速应急导航保障能力

由于卫星导航系统易受到各类干扰和欺骗的影响，且在极大地形起伏区域，会发生收不到信号或信号弱的现象，导致单一卫星导航系统不能满足现代复杂战场网络电磁强对抗环境下的作战需求。我们需要研究在卫星导航定位系统拒止环境下，高复杂性动态变化的环境要求，提高导航能力，提供更加可靠稳定的导航定位技术，多措并举，以相应技术的发展形成卫星导航系统的补充和备份。

1.用伪卫星快速增强或新建导航系统

伪卫星技术作为解决卫星信号受到遮挡无法定位问题的有效途径之一，成为近年研究无线电导航技术的热点之一。主要有以下三个的应用场景：一是在卫星导航系统未受干扰时优化导航系统卫星几何构形，改善卫星几何精度因子，大幅提高导航定位精度；二是在卫星导航信号被干扰时，提供一个低仰角、高精度的额外导航测距信号，并协助接收机实现自主完好性监测，提高卫星导航系统的防欺骗能力和精度；三是在卫星信号被严重降级的条件下，可以组成伪卫星独立导航定位系统。采用地面伪卫星+机（空）载伪卫星方式，或多个空基伪卫星平台方式，组成合理的导航几何布局，立足于利用卫星导航系统的下行数据链和当前接收机硬件平台，快速建立战时导航系统。

2.以常规导航定位技术作为导航体系的有益补充

惯性导航、天文导航、无线电导航定位技术，这些20世纪就发展成熟的技术并不像卫星导航系统一样，达到米级的定位精度，但这些古老的技术在导航系统拒止环境下仍然有着重要的现实意义。天文导航定位是一种被动式测量、自主式导航方式，不受电磁环境干扰，操作简单；惯性导航系统导航误差随时间积累，但运行不受外界环境的影响 ，抗干扰能力强；无线电导航信号强度高，不易受到境外武器平台的干扰和压制。在大国导航对抗中，应大力推动常规导航定位技术的发展和应用，通过技术手段融入军事卫星导航保障体系，保障导航系统多种安全保障。

3.在装备和平台上使用组合导航定位技术

组合导航定位技术在现有导航定位技术基础上，通过优化组合和相应的技术处理，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北斗、GPS、GALILEO、GLONASS、INS、罗兰-C、康塔、天文导航等系统间的组合导航。采用一定的技术手段，融合不同导航系统导航信息，实现抗干扰、高可靠性和高精度导航定位。

三、结语

导航对抗能力是卫星导航系统可用性和稳健性的重要依托，战场制导航权是打赢未来战争的重要基础支撑。本文就导航对抗中的关键能力进行了系统论述，重点研究了获取制导航权关键环节，在此基础上提出了构建应急导航保障体系实施方法。可为卫星导航系统管控和使用单位提供参考和借鉴。

参考文献：

[1]唐斌,郑冲,等.美国导航战新进展与启示[J].导航定位与授时,2020,

[2]刘健,曹冲.全球卫星导航系统发展现状与趋势[J].导航定位学报,2020, 8（291):5-12.

[3]葛悦涛,薛连莉,等.美国陆军PNT能力发展趋势分析[J].导航定位与授时,2019,6(02):16-22.

【作者简介】张永旭（1984.12-），男，汉族，新疆阿勒泰市人，大学本科学历，69016部队工程师，主要研究方向：测绘导航。