中俄干擾GPS怎麼辦?地球磁場或全天候導航(圖)

2021-11-26 22:55 作者: 戈御詩
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地球磁場差異圖。
地球磁場差異圖。(圖片來源:視頻截圖/YouTube)

【看中國2021年11月26日訊】(看中國記者戈御詩編譯/綜合報導)GPS曾經是導航奇蹟,是美國最重要的軍事資產,它決定了美國軍隊的戰略與戰術能力,但是GPS遭遇了到前所未有的挑戰。首先,太空中的GPS衛星已經無法確保在戰時的安全,一旦GPS衛星被敵方打掉,短時間內難以及時補充。其次,GPS信號很容易被干擾,多個國家,包括中國俄羅斯,已經設計了反GPS系統,煙盒大小的干擾設備,就能有效破壞方圓十幾公里內的GPS信號,而且製造成本相當低廉。在第二次海灣戰爭中,伊拉克軍隊就使用外購的GPS干擾系統,讓美軍的多枚戰斧導彈偏離了預定目標。依靠GPS進行精確導航和智能武器的精確瞄準的美國軍隊,如果缺少GPS導航,阿帕奇可能飛出去就回不來了。在這種情況下,五角大樓需要可靠的替代品。這就是為什麼美國海軍正在研究利用地球磁場的異常進行導航,該項目被稱為「利用地球磁場異常相關定位」(PUMACE)。此外美軍也在探索全天候環境指紋導航系統。

利用地球磁場異常相關定位的導航

地球磁場是地球本身的磁效應,具有全天時、全天候、全地域的特點,指南針就是古代人類就利用地球磁場的例子,現代研究發現,地球磁場是相對固定的矢量場,在不同的地域具有不同的磁場強度和矢量方向。據報導,各國已對地球磁場進行了較為精確的測量,並繪製了覆蓋全球的磁場地圖,名為「磁異常圖」。地磁導航系統測量所處位置的磁場數據,和磁場地圖比對,來確定位置。

美國空軍和麻省理工學院的人工智慧加速器,組成的聯合研究團隊,在去年的研究結果表明,利用人工智慧演算法分離並消除飛機等載具自身磁場帶來的測量誤差,地球磁場的測量精度有望達到10米左右,而GPS的精度約為3米。不過,相比脆弱的GPS,地磁導航非常穩定,幾乎不可能被干擾,更不可能被摧毀。聯合研究團隊中的戴維·雅各布空軍少校稱,鑒於地球及其磁場的大小,只有核爆炸規模的干擾才能影響到地磁信號。

《福布斯》報導,美國海軍希望進一步完善這一過程。海軍招標書寫道:「地殼場的變化感應可以導致準確的定位;然而,由於地殼場與核心場相比是如此的弱,需要先進的矢量感測器進行感知。目前的標量感測器能力有限,不能感知地球地殼場的微小變化。希望船舶和潛艇的磁感測器,至少能精確到10米,最好是5米,重量應該小於15磅,使用的功率小於5瓦。」

海軍的PUMACE項目的目標是,開發足夠精確和可靠的系統,以協助和糾正慣性導航系統(INS)中的任何錯誤,慣性導航系統也是獨立於GPS運作的。該項目的第一階段要求確定測量行星磁場異常是否可行,以及為此所需的感測器是否可行;第二和第三階段將涉及開發技術規格和工作原型。

全天候環境指紋導航

與此同時,美國也在發展全天候環境指紋導航,減少軍事系統對GPS的依賴。其原理是,當飛機飛行到某個地點的時候,可以感知特定位置所具有的時間的陽光、月光和星光與地形所綜合而成的地域「指紋」,每個指紋都對應特定的地點。

預計該系統,將包括人工智慧(AI)、地理信息系統、數字化地球、數字化海洋系統,利用太陽、太空星座的週期性位置數據,結合地磁場的全球分布數據,作為核心導航數據,利用數據模型修正精度修正。這種龐大數據驅動的智慧導航系統,需要積累大量的數據,利用超級計算機進行模擬計算。同時,機載系統也需要更為高效的演算法,才能存儲這些數據。

一旦這套系統研製成功,美國大部分精確制導武器的抗干擾能力將獲得極大的提高,因為指紋計算主要是基於可見光和紅外等感測器獲得的,干擾起來非常困難。目前還很難確定這套系統導航精度和可用性,但即便精度不如GPS,也可以確保戰時獲得不對稱的優勢,因為在這套系統下,戰機和坦克等攻擊平臺完全可以保持靜默。

来源:看中國

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