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1、 美国卫星导航终端装备的发展分析 目前GPS终端装备已在多个领域有实际应用，并在近年的战争中发挥了关键作用。为提高“导航战”能力美国不断研究、开发新的GPS终端设备或接收机并把各种新技术融人设备之中真正做到了技术为装备服务。本文以美国军用卫星导航终端装备为主进行分析与研究在此基础上分析典型终端装备及实际应用并对未来卫星导航终端装备的发展重点、最新发展计划及发展趋势进行了分析与预测。一、美国卫星导航终端装备的发展卫星导航终端装备经过多年的发展和技术进步，经历了从箱式到插件，再到模块的演化过程：性能也不断改进正向抗干扰、安全性、保密性、多功能、多用途和小型化等方面发展。卫星导航系统的应用领域正不断
2、拓展已经渗透到军事和国民经济及社会生活各个方面，对保证国家安全、促进经济和社会发展具有现实意义。1嵌入选择可用性反电子欺骗模块具有更高的安全性和保密性美国导航战概念的三层内涵，第二就是保护已方使用GPS，具有抗干扰、反欺骗的能力：第二是阻断敌方使用卫星导航信息：第三是保持在有威胁地区以外的民用用户有更精确更安全的使用。这表明GPS的安全性和保密性对美国来说是至关重要的。美国一直在研究GPS安全技术及产品目前已成功开发出第二代的GPS安全技术产品模块及技术，即嵌入选择可用性反电子欺骗模块(SAASM)。SAASM技术已成为美军和授权用户的强大武器为某些作战中可能出现的复杂问题提供了解决方案。SA
3、ASM可以用于独立的GPS接收机也可以嵌入到其它产品和武器的GPS分系统中。集成SAASM模块的GPS接收机更易于维护并降低其费用。2002年7月在“联合防区外空地导弹”(JASSM)上就采用了SAASM模块，并对JASSM导弹进行了首次试验。试验证明SAASM能提高目标在干扰环境下截获和跟踪GPS信号的能力。因此，美军宣布2002年后所有新的军用GPS计划必须加入SAASM模块。SAASM已成为美军当代GPS接收机的必备装置。此外， “国防先进GPS接收机”(DAGR)已经嵌人SAASM模块。SAASM技术不只是新的军用接收机技术。在民用方面SAASM技术可为通信、时间频率、命令控制等方面提
4、供有益的功能。SAASM模块主要技术包括：安全性、黑密钥结构、直接Y码捕获、分离保密和非保密的修正GPS测量数据。SAASM可用于时间频率同步技术。2采用自适应调零天线技术的“GPS时空抗干扰接收机”(G-STAR)概括地说自适应调零天线技术是使天线的零点对准干扰方向，从而抑制干扰。自适应调零天线可以使GPS接收机的抗干扰能力提高4050分贝。G-STAR是由美国洛马公司和罗克韦尔柯林斯公司共同研制的GPS接收机系统，采用调零和波束操纵的方法。该接收机重11.3千克采用了一个空间时间适配器，如果适配器探测出一个威胁，便将其信号调到零，并在发射导航信号的卫星方向增加增益。系统除了具有数字能力外，
5、还具有可编程能力采用模块化，并利用具有“空间时间自适应处理”功能的商用现货部件增强，抗干扰能力更强有广泛的应用。首批G-STAR产品于2001年初问世，并内嵌到洛马公司研制的JASSM上。这是该接收机首次被应用于军事领域。除已装备在JASSM上外G-STAR接收机还可以配备在军用或者商用手持式GPS接收机上并且可以扩展到飞行器和其它移动平台，如完全依靠GPS信号导航的“联合精密进场与着陆系统”(JPALS)，以及民用C/A码GPS系统等。3直接捕获军码P (Y)码技术的GPS接收机成为研究热点GPS系统能为用户提供传统的标准定位服务(SPS)和精密定位服务(PPS)。PPS服务要经过美国国防部
6、允许的用户才能使用。PPS服务是以军码P(Y)码为基础的。P (Y)码是一种周期长、速率高的伪随机码，早期的P (Y)码捕获需要民用C/A码的引导，近年来对P (Y)码的直接捕获成了GPS接收机的研究热点。美方一直在考虑如何在关键性的军事行动中使敌方无法使用民用信号，从而保护美国及其盟国的军队。其核心问题就是：找到一种方法，冲突时它能禁止敌方使用捕获C/A码的公开的标准定位服务但却能让授权的用户有权使用加密的捕获P (Y)码的精密定位服务。直接捕获P (Y)码技术就是在无C/A码引导下直接捕获P(Y)码的功能，即敌方不能使用GPS信号时己方能继续接收GPS信号。目前，直接捕获P(Y)码的接收机
7、（嵌入了SAASM模块）已经应用于美国的武器装备上。4“作战幸存者藏身定位器”集超视距语音与数据通信和GPS定位功能于一体近年来为减少搜索和营救难度美空军开始研制集GPS定位与超视距语音及数据通信技术于一体的多功能接收机“作战幸存者藏身定位器”(CSEL)，用于搜救幸存者和迫降到地面的飞行人员。它可为军事人员提供精确的地理定位信息和安全性，具备超视距( OTH)和视距( LOS)双向数据通信能力。这些能力使联合人员救援中心(JPRC)和救援部队能找到、验证并与在世界任何地方的隔离人员进行最快的实时通信。CSEL定位器是手持式的重0.9千克，可以用于识别、精确定位和双向救援通信。幸存者可以通过简
8、单的操作发送位置和身份识别数据，并在8秒内收到盟军基站发出的确认信号，从而为盟军的搜索营救行动提供有效信息。幸存者还可以很容易地删除所有密码这样即使落入敌人手中也毫无用处。CSEL集成了GPS接收机、卫星通信转发机、搜救信标和超高频甚高频(UHF/ VHF)转发机。GPS接收机由L-3通信公司提供，内嵌了选择可用性反欺骗模块(SAAM)。目前CSEL在美国军队得到广泛应用并可能向英国及北约国家出口。截至2008年10月底波音公司已经向联合军种提供了2万多台CSEL定位器。5集卫星导航、卫星通信和卫星遥感技术于一体的接收机“21世纪部队旅及旅以下战斗指挥” ( FBCB2)系统是美国20世纪80
9、年代提出的基于战术互联网的新型战场指挥系统于1993年开始研制2001年开始装备部队并投入实战应用。目前美国正不断对FBCB2系统进行完善和改进工作。目前的FBCB2是卫星通信、卫星导航和卫星遥感等航天系统与地面及空中通信系统、图像获取系统集成的一体化系统，是天、空、地系统综合应用的典范。FBCB2第一次实现了营、连级指挥官能够在地面机动车辆上制定作战计划。它是陆军作战指挥系统的重要组成部分并能与外部指挥控制和传感器系统互通有助于形成贯穿整个战场空间的无缝作战信息流。FBCB2可将GPS数据、卫星及空中侦察机获取的信息、地面部队以及美国中央情报局等机构的信息进行融合向旅及旅以下部队直到单兵级提
10、供动中实时和近实时的作战指挥信息和态势感知信息，能使战场上的官兵能以三维方式实时观察战场的地形和态势。该系统能向战场中处于任何位置的友军提供语音和电子邮件数据并随时更新还可帮助参战部队识别敌军及友军尽可能地防止友军间的误伤提高打击敌军的效率。地面作战人员可以不携带指南针、地图和电台，在该系统终端的帮助下与己方部队保持联系并深入战区打击敌人。2001年FBCB2系统就开始装备到美陆军第4步兵师。在阿富汗战争期间FBCB2系统进行了初步作战试验，到伊拉克战争时美军共配备FBCB2系统8000多套。在伊拉克战争中，美陆军为FBCB2配备了工作在L频段的卫星链路使其具有超视距通信能力为此在伊拉克建立了
11、一整套卫星通信基础设施使信息能从装有FBCB2的平台传给通信卫星，再传给多哈兵营的美军作战中心。在伊拉克，FBCB2除装备坦克、战车和直升机等平台外，通常还配备到连长一级。 二、卫星导航终端发展计划与趋势美国近年来非常重视导航战的研究。为提高“导航战”能力，美国对GPS终端或接收机采取了多种改进措施，如利用GPS接收机对现有武器装备进行改造与升级以提升现有装备的作战效能：具有接收全部军用信号能力（Y码和M码）的接收机（称为YMCA接收机）也正在开发中。另外，随着各国导航系统的不断完善与发展接收机的性能指标也在不断提高，未来将继续提高GPS接收机的综合性能。总之，未来GPS接收机将向具有综合抗干
12、扰能力的方向发展向更高的安全性方面发展向数字化、多通道、超小型和高度集成化方向发展向多种导航技术相互集成方向发展向软件化方向发展。美国卫星导航在军用领域的未来发展趋势最主要就是要加速增强GPS军用接收机的抗干扰能力：增强系统的安全性和可用性并提高精度。在并行开发YMCA接收机和M码接收机的同时加大投资开发对提高接收机抗干扰性能及其它性能有重大作用的相关技术包括自适应多波束控制技术、数字天线处理技术、窄带自适应滤波器、向量延迟锁定跟踪技术、深度惯性耦合技术、网络辅助捕获更好的平台传递链、全视野接收技术及芯片级原子钟技术等，并尽可能地将这些技术性能集成到SAASM模块和YMCA接收机设计中。卫星导
13、航在民用领域的发展趋势主要表现在三个方面：一是卫星导航的多系统并存，使得用户接收机将从GPS单星座转变成多星座GPS/CLONASS兼容机及GPS/GLONASS与WAAS、GNOS、MSAS的兼容机将应用广泛：二是多元组合导航定位技术正在得到推广应用卫星导航与GSM、 CDMA的结合已成为全球通信导航界的热点，还有卫星导航仪移动通信基站定位、陀螺、航位推算技术等的组合应用：三是卫星导航与无线电通信等其它高技术相结合，如GPS接收机嵌入到蜂窝电话、便携式个人电脑、PDA和手表等通信、安全和消费类电子产品中从根本上促进了IT技术的整体发展。未来，GPS与PDA和个域网(PAN)消费类组合是个巨大
14、的潜在市场。1开发具有更高抗干扰技术的M码接收机SAASM技术仅仅适用于接收现有军用信号的接收机还不完全适用于M码接收机。因为2005年起发射的改进型GPS -2RM卫星其新的M码采取了不同的安全措施，引入了导航保护( PRONAV)特性。它是新的信息确保(IA)体系结构的一部分。美国GPS联合计划办公室已制定计划，首先开发和部署既能接收M码，又能接收原有P(Y)、C/A码信号的用户设备，即YMCA接收机以后再开发和部署仅接收M码的专用接收机。目前联合计划办公室正在按两个阶段执行开发任务首先开发两种用于投产准备的YMCA接收机组件或插卡，一种用于航空，另一种用于地面。但是，联合计划办公室将不会
15、投入生产这些接收机。预计各军兵种将各自采购YMCA插卡以满足他们改进GPS接收机的要求。尽管M码信号从2005年底开始在太空存在但是按目前的用户设备研制和生产进度可供投产准备的YMCA接收机插卡可能要到2009年底才会生产出来而各军兵种真正生产和装备这类改进型GPS设备可能还需要更长的时间。2具有软件技术的接收机成为研制与生产的重要方向软件接收机是基于软件无线电的一种实现。软件无线电的基本思想（其体系结构见图3）以一个通用、标准、模块化的硬件平台为依托，通过软件编程来实现无线电的各种功能。它是将各种功能，如工作频段、调制解调类型、数据格式、加解密模型和通信协议等用软件来完成，并通过软件加载来实现各种无线通信功能的开放式的体系结构。它是一种以现代通信理论为基础，以数字信号处理为核心以微电子技术为支撑的崭新的通信体制。基于软件无线电的卫星导航定位软件接收机具有很多优点能大幅度提高接收机的性能是卫星导航定位接收机研制与生产的重要方向。因此，美国非常重视软件无线电台导航终端的开发。目前国外软件接收机的研究工作进展迅速，典型型号主要有美国正在开发的一种兼具GPS功能和通信功能的软件无线电台(SDR)终端。另外，美国圣地亚哥空间与海上作战系统中心(SSC)的GPS与导航系统分公司正在开发一种集成了芯片级原子钟技术与GPS-M码软件无线电台的新型导航接收机称为“金块”接收机。(l)软件无线电
