中俄干扰GPS怎么办?地球磁场或全天候导航(图)

2021-11-26 22:55 作者: 戈御诗
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地球磁场差异图。
地球磁场差异图。(图片来源:视频截图/YouTube)

【看中国2021年11月26日讯】(看中国记者戈御诗编译/综合报导)GPS曾经是导航奇迹,是美国最重要的军事资产,它决定了美国军队的战略与战术能力,但是GPS遭遇了到前所未有的挑战。首先,太空中的GPS卫星已经无法确保在战时的安全,一旦GPS卫星被敌方打掉,短时间内难以及时补充。其次,GPS信号很容易被干扰,多个国家,包括中国俄罗斯,已经设计了反GPS系统,烟盒大小的干扰设备,就能有效破坏方圆十几公里内的GPS信号,而且制造成本相当低廉。在第二次海湾战争中,伊拉克军队就使用外购的GPS干扰系统,让美军的多枚战斧导弹偏离了预定目标。依靠GPS进行精确导航和智能武器的精确瞄准的美国军队,如果缺少GPS导航,阿帕奇可能飞出去就回不来了。在这种情况下,五角大楼需要可靠的替代品。这就是为什么美国海军正在研究利用地球磁场的异常进行导航,该项目被称为“利用地球磁场异常相关定位”(PUMACE)。此外美军也在探索全天候环境指纹导航系统。

利用地球磁场异常相关定位的导航

地球磁场是地球本身的磁效应,具有全天时、全天候、全地域的特点,指南针就是古代人类就利用地球磁场的例子,现代研究发现,地球磁场是相对固定的矢量场,在不同的地域具有不同的磁场强度和矢量方向。据报道,各国已对地球磁场进行了较为精确的测量,并绘制了覆盖全球的磁场地图,名为“磁异常图”。地磁导航系统测量所处位置的磁场数据,和磁场地图比对,来确定位置。

美国空军和麻省理工学院的人工智能加速器,组成的联合研究团队,在去年的研究结果表明,利用人工智能算法分离并消除飞机等载具自身磁场带来的测量误差,地球磁场的测量精度有望达到10米左右,而GPS的精度约为3米。不过,相比脆弱的GPS,地磁导航非常稳定,几乎不可能被干扰,更不可能被摧毁。联合研究团队中的戴维·雅各布空军少校称,鉴于地球及其磁场的大小,只有核爆炸规模的干扰才能影响到地磁信号。

《福布斯》报导,美国海军希望进一步完善这一过程。海军招标书写道:“地壳场的变化感应可以导致准确的定位;然而,由于地壳场与核心场相比是如此的弱,需要先进的矢量传感器进行感知。目前的标量传感器能力有限,不能感知地球地壳场的微小变化。希望船舶和潜艇的磁传感器,至少能精确到10米,最好是5米,重量应该小于15磅,使用的功率小于5瓦。”

海军的PUMACE项目的目标是,开发足够精确和可靠的系统,以协助和纠正惯性导航系统(INS)中的任何错误,惯性导航系统也是独立于GPS运作的。该项目的第一阶段要求确定测量行星磁场异常是否可行,以及为此所需的传感器是否可行;第二和第三阶段将涉及开发技术规格和工作原型。

全天候环境指纹导航

与此同时,美国也在发展全天候环境指纹导航,减少军事系统对GPS的依赖。其原理是,当飞机飞行到某个地点的时候,可以感知特定位置所具有的时间的阳光、月光和星光与地形所综合而成的地域“指纹”,每个指纹都对应特定的地点。

预计该系统,将包括人工智能(AI)、地理信息系统、数字化地球、数字化海洋系统,利用太阳、太空星座的周期性位置数据,结合地磁场的全球分布数据,作为核心导航数据,利用数据模型修正精度修正。这种庞大数据驱动的智慧导航系统,需要积累大量的数据,利用超级计算机进行仿真计算。同时,机载系统也需要更为高效的算法,才能存储这些数据。

一旦这套系统研制成功,美国大部分精确制导武器的抗干扰能力将获得极大的提高,因为指纹计算主要是基于可见光和红外等传感器获得的,干扰起来非常困难。目前还很难确定这套系统导航精度和可用性,但即便精度不如GPS,也可以确保战时获得不对称的优势,因为在这套系统下,战机和坦克等攻击平台完全可以保持静默。

来源:看中国

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