浅谈卫星导航定位系统在现代战争中的应用

浅谈卫星导航定位系统在现代战争中的应用1999年3月24日，以美国为首的北约对南联盟悍然采取了空中军事打击(以下简称“盟军行动”)，并于5月8日野蛮地轰炸了我驻南大使馆。在这次侵略行动中，美军使用了大量先进精确制导武器，其命中精度和威力令世人担忧，而卫星导航定位系统是这些武器及其发射平台大量采用的制导或导航定位方式。从“盟军行动”以及90年代发生的其它几次战争的具体应用来看，卫星导航定位系统不仅是现代战争的重要支援系统，而且已经成为现代武器装备系统的重要组成部分。一、目前正在运行的卫星导航定位系统目前世界上正在运行的卫星导航定位系统有美国的全球定位系统(GPS)和俄罗斯的GLONASS，二者在定位体制上大体类似，都提供军码和民码两种信号，具有全球、全天候、全天时无源三维连续定位能力，具有很高的定位精度。GPS由美国军方控制，1973年开始研制，1994年完成组建，系统由卫星星座以及相应的地面测控站组成。星座由24颗卫星组成，分布在6个轨道面上，无论在世界什么地方，几乎随时都可以捕获到其中的4颗卫星。每颗GPS卫星都发送L1、L2两个频率载波信号，L1信号提供C/A码(即民码)，抗干扰能力比较差，供民用用户使用，也供军用接收机截获P/Y码(即军码)用，用户可自由接收；L2信号提供的P/Y码，抗干扰能力比较强，供军用接收机修正电离层误差，采取加密手段，不能随意接收。P/Y码定位精度，水平约12米，垂直约18米；C/A码定位精度，水平和垂直为100米左右。美国仍在研制发射新一代GPS卫星，新型卫星所提供的定位精度将更高。前苏联/俄罗斯也于70年代开始研制GLONASS卫星导航定位系统，1995年完成系统的组建，其星座也由24颗卫星组成，分布在3个轨道面上。其民码定位精度可能优于100米，军码定位精度可能低于GPS军码。近几年，由于俄罗斯经济状况恶化，缺乏研制发射补网卫星所需的经费，至1999年2月，GLONASS星座工作星只有19颗，而且大多数卫星已超过了设计寿命。二、卫星导航定位系统在现代战争中的应用从1991年的海湾战争、1995年的波黑战争、1998年底的“沙漠之狐”行动，直到1998年3月开始至今的“盟军行动”，美军都大规模地应用GPS技术，GPS的应用领域越来越广，作用越来越大。卫星导航定位系统在军事上的应用主要有以下几个方面：*为车、船、飞机等机动工具提供导航定位信息；*为精确制导武器进行精确制导；*为野战或机动作战部队提供定位服务；*为救援人员指引方向。(1)导航定位目前，GPS与惯导相结合是飞机上普遍采用的一种导航方式，这种导航方式可由GPS提供精确的位置和速度信息，而惯导因不易受到干扰，可在无GPS信号时提供导航信号并使系统迅速更新。美军目前的军用飞机大量采用此种导航方式。海湾战争期间，GPS系统只有16颗卫星在轨，海湾地区每天的GPS可用时间达20小时以上。据美国国防部报道，借助于GPS，“F-16战斗机、B-52轰炸机、RC-135侦察机和特种作战飞机可全天候准确无误地执行任务；坦克编队可在没有特征的沙漠地带完成精确的机动；扫雷部队可安全通过雷区、准确确定布雷位置以便将其摧毁；给养运输车能在沙漠中发现作战人员并为其提供补给；特别行动直升机与攻击直升机能够协同作战。”GPS还使空中加油机与需要加油的作战飞机能够更快地相互找到对方。空袭与反空袭已成为现代局部战争的主要作战样式，军用飞机是空袭行动的重要武器平台和支援装备之一。在“盟军行动”中，北约动用了各式轰炸机、战斗机、预警机、侦察机、加油机、运输机等近千架。有记者问一位北约飞行员：“你知道去轰炸塞尔维亚的哪个城市吗？”飞行员答到：“不知道。”“那么你知道轰炸的是什么目标吗？”“不知道。”“那你怎么可能去轰炸呢？”“容易，上级给我一个坐标，我按计算机的指引(采用GPS导航)，投下炸弹掉头就走，跟玩游戏机没啥两样。”可见空袭行动对GPS的依赖有多深。由于航母及其舰载机大量采用GPS和夜视系统等装备，美军航母全天候、全天时作战能力显著提高，每天出动的架次从原来的125~140架次增加到200架次以上，许多袭击活动都选在夜间进行。值得重视的是，美军在“盟军行动”中首次动用了B-2隐身战略轰炸机。B-2航程可以达18530公里(经过一次空中加油)，从美国本土起飞，可到达世界任何一个地方参战。B-2自1993年开始服役，全部部署在美国本土。B-2的参战充分显示了美军的全球打击能力，这一打击能力也必然离不开GPS导航系统的支持。在5月8日轰炸我驻南大使馆时，B-2便是凶手。B-2还采用了GPS辅助瞄准系统，具有一次精确瞄准16个分散目标的能力。(2)精确制导精确打击是现代战争的一个重要特征。海湾战争中精确制导武器约占9%，“沙漠之狐”行动中则占70%左右，而在“盟军行动”中则高升为98%左右，所采用的精确打击武器主要有巡航导弹和精确制导炸弹。精确制导炸弹主要有GPS复合制导炸弹和激光制导炸弹两种。美军目前大量应用的巡航导弹有战斧海射巡航导弹和AGM-86C空射巡航导弹两种。巡航导弹通常采用惯导加GPS进行中段复合制导，采用数字景象匹配进行末段制导。战斧巡航导弹在以前采用惯导加地形匹配进行中段制导时，圆概率误差为50米，末段采用数字景象匹配后，圆概率误差才达到10米；现改用惯导加GPS进行复合制导，圆误差也能达到10米，而且简化了发射前准备地形匹配数据的时间，末段再采取数字景象匹配后，圆概率误差大大优于10米。在海湾战争期间，美军共发射巡航导弹323枚，其中战斧巡航导弹288枚，AGM-86C巡航导弹35枚。战斧巡航导弹为261枚BGM-109C(Block2A)和27枚BGM-109D(Block2B)，当时此两型战斧巡航导弹仍采用惯导加地形匹配加数字景象匹配制导方式，还未采用GPS，命中精度为15~18米。现在美国已对以上两种型号巡航导弹进行了改进，增加了GPS制导方式。AGM-86C巡航导弹采用惯导加GPS进行复合制导，命中精度10米，由作战飞机从敌防空火力圈外发射。海湾战争之后，巡航导弹被认为是增强常规威慑和实施远程精确打击的有效武器。“沙漠之狐”行动前后仅持续了70个小时，而美军在这短短的时间里竟向伊拉克发射了415枚海射和空射巡航导弹，其中，海军战舰发射了325枚战斧巡航导弹，B-52轰炸机发射了90枚AGM-86C巡航导弹，仅几天的发射量就超过了海湾战争42天的发射量。此外，美军在“沙漠之狐”行动中还使用了大量激光制导炸弹,发挥了极大作用。在“盟军行动”中，南联盟地区天气多云，激光制导炸弹因易受天气影响而发挥不出作用来，而GPS受天气影响比较小。这种天气迫使美军更多地依赖采用GPS制导的巡航导弹和炸弹，在战争的前5天就发射了大约400枚战斧巡航导弹。美军使用的战斧巡航导弹主要是Block3型，它是在海湾战争中使用过的BGM-109C/D基础上研制出来的，采用惯导+地形匹配+GPS+景象匹配制导，最大射程1667公里(舰射)/1127公里(潜射)，命中精度3~6米(理论)，巡航高度15~150米，巡航速度0.5~0.75马赫，价格约140万美元。在“盟军行动”中使用的精确制导炸弹主要是联合直接攻击弹药(JDAM)等。JDAM由常规炸弹改进而成，采用惯导加GPS复合制导方式，精度10米，价格1.2万美元，美国海军的F/A-18C/D战斗机和空军的B-1、B-2轰炸机都能携带。到4月中旬，美军先前接收的第一批JDAM(约900多枚)在“盟军行动”前一阶段已基本用完，其投放主要由B-2实施。美国防部要求JDAM生产商—??月份交付第二批共2200多枚JDAM，并签定了第三批共2500多枚生产合同。袭击我驻南大使馆时，使用的便是该种武器。另外，B-2还可能携带全球定位系统辅助制导弹药(GAM)参加作战。GAM也采用GPS进行复合制导，在12公里高空、距目标14公里处投放，精度在6米以内。GPS制导方式还用于战术弹道导弹上。美军现役的陆军战术导弹系统(ATACMS)的最新型号也加装了GPS制导方式，以提高命中精度。ATACMS于1991年开始服役，其最初型号采用惯导系统加雷达指令修正进行制导，在海湾战争期间向伊拉克发射了约30枚，其最新型号已经部署在战区，但未见具体作战实例。将GPS应用到精确制导系统中，已使GPS成为精确打击武器的重要组成部分。(3)作战部队定位GPS接收机可以做到小型化、手持式，因而携带方便，它还可与其它手持式通信设备组合在一起，是野战部队和机动作战部队不可缺少的装备。海湾战争期间，GPS接收机就很受部队欢迎，一度出现了军用GPS接收机严重短缺的现象，许多部队不得不从市场上购买民用接收机。当时多国部队配备的GPS接收机约有5500台军用和1万台民用接收机。(4)救援服务美军飞行员目前在应用一种Hook-112救生无线电装置，在飞机被击落时，能够利用GPS系统为营救人员指引方向。Hook-112救生无线电是1995年在波黑地区被塞族导弹击落的F-16飞行员获救后研制出来的。当时，飞行员为避免被俘而东躲西藏，苦熬了整整一个星期才被海军陆战队救走。如果当时配有GPS救生无线电，他就会早早得救。在“盟军行动”中，被击落的F-117飞行员可能就是依靠此类救生无线电为营救人员指引了方向。飞行员一落地便利用所携带的救生无线电进行GPS定位并发出带有位置信息的紧急呼救信号。在查知F-117被击落之后，美军立即派出包含EA-6B电子战飞机在内的数架飞机和直升机，飞赴贝尔格莱德进行营救，其中EA-6B除负责干扰敌方的通信和雷达系统以外，还负责搜索F-117飞行员发出的无线电呼救信号。6个小时之后，EA-6B飞机接收到呼救信号，7个小时之后，飞行员被救走。三、几点思考(1)卫星导航定位系统是典型的军民两用系统，它不仅具有重要的军事应用价值，而且具有重要的民用价值，应用领域特别广，目前除了美、俄拥有此类系统外，许多国家或组织都在积极发展本国或本组织的卫星导航定位系统。例如，欧盟最近正在积极筹措实施自己的欧洲导航卫星计划(GNSS)；日本于1997年作出决定，要用7年时间解决卫星导航定位系统的关键技术问题，第一颗试验卫星计划2002年发射。我国也应重视自己的卫星导航定位系统的建设。(2)GPS由美国军方控制，其军码加密程度高，无法利用；其民码虽然可用，但抗干扰能力差；新研制的GPS卫星可能具有局部地区关闭功能。因而GPS的利用受到美国制约，不利于它国军事应用。(3)GPS信号是从空间传向地面的，它并不是万无一失，还是能够被干扰和破坏的。在“盟军行动”中，GPS信号可能受到了美军电子战飞机(如EA-6B)和无人驾驶干扰机的非故意干扰，美军事部门正在设法克服这个问题。这说明只要采取合适的措施就可干扰GPS系统，降低其定位精度，使依赖GPS进行导航定位或制导的武器系统偏离航向。俄罗斯在1997年莫斯科航展上展出了一种GPS干扰机，这种干扰机能干扰GPS和GLONASS卫星信号，能抑制数百公里以内接收机的正常工作。美国空军将设法购买这种干扰机，以找出对付它的办法。(4)随着美国对GPS的依赖程度越来越大，它也必然会越来越担心其GPS卫星受到攻击。冷战时期，美国和前苏联就在积极研究反卫星技术，有高能激光、动能拦截器、核爆等多种手段，有地基、空基、天基多种武器部署方式。目前，美、俄都具有一定的反卫星能力，美国就曾于1997年10月用先进中红外化学激光器进行了一次反卫星试验，许多国家也必然会效仿美国发展反卫星技术。美国为提高卫星的生存能力，在其第六代成像侦察卫星(先进锁眼-11和长曲棍球)以及第三代DSP导弹预警卫星上，采取了防核效应加固和防激光武器保护手段，增装了防碰撞探测器，并加强了机动变轨能力。但GPS卫星可能没有采取以上措施，比较容易受到攻击，随着其作用的增大，它也必然会成为被攻击的目标。