武珺 劉春保 李俊博（北京空間科技信息研究所）

海灣戰(zhàn)爭(zhēng)、科索沃戰(zhàn)爭(zhēng)、阿富汗戰(zhàn)爭(zhēng)、伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)及敘利亞武裝沖突的實(shí)戰(zhàn)檢驗(yàn)已經(jīng)證明：美國(guó)全球定位系統(tǒng)（GPS）在現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)條件下對(duì)軍隊(duì)協(xié)同作戰(zhàn)、武器精準(zhǔn)打擊等發(fā)揮著關(guān)鍵支撐作用，而隨著美軍GPS系統(tǒng)空間星座的不斷更新、地面運(yùn)行系統(tǒng)對(duì)星座運(yùn)控支持能力的升級(jí),以及GPS軍事用戶設(shè)備的研發(fā)、測(cè)試、集成與部署，GPS系統(tǒng)將迸發(fā)出更強(qiáng)的軍事應(yīng)用潛能，其中，以GPS軍用接收設(shè)備為代表的美軍衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用裝備作為GPS系統(tǒng)用戶段的重要組成部分，其能力及影響在美軍多種“功能性戰(zhàn)斗要素”中均有涉及，是美軍信息化條件下多域作戰(zhàn)戰(zhàn)力的倍增器。

1 GPS軍用接收設(shè)備發(fā)展背景

GPS軍用接收設(shè)備是GPS軍事用戶設(shè)備（MGUE）的重要組成部分，而MGUE是GPS系統(tǒng)的關(guān)鍵一環(huán)。當(dāng)前，美軍正致力于新型GPS軍事用戶設(shè)備的研發(fā)、測(cè)試、與武器平臺(tái)的集成及性能評(píng)估、部分列裝等工作。

美軍現(xiàn)代化的GPS軍事用戶設(shè)備發(fā)展規(guī)劃主要內(nèi)容為：開(kāi)發(fā)新的適用于不同條件/場(chǎng)景的、支持M碼（M-code）的接收卡，供GPS接收器使用，并進(jìn)一步集成到美國(guó)國(guó)防部（DoD）各類武器平臺(tái)/系統(tǒng)中；在此基礎(chǔ)上，在器部件小型化等方面進(jìn)行改進(jìn)。

M碼是一種更強(qiáng)健的、加密的、軍事專用GPS信號(hào)，旨在滿足軍事定位、導(dǎo)航和授時(shí)（PNT）的需要。M碼將通過(guò)使用更強(qiáng)大的信號(hào)幫助軍事用戶克服GPS信號(hào)干擾，并通過(guò)對(duì)信號(hào)進(jìn)行加密來(lái)防止虛假的GPS信號(hào)。2005年以來(lái)，前幾代GPS衛(wèi)星已經(jīng)能夠播發(fā)M碼信號(hào)，但美國(guó)防部由于缺乏運(yùn)控系統(tǒng)的支持而無(wú)法使用M碼形成戰(zhàn)力。2018年首次發(fā)射的GPS－3（全球定位系統(tǒng)第三代衛(wèi)星）衛(wèi)星[1]，能發(fā)射更強(qiáng)大的M碼信號(hào)。

美國(guó)天軍（USSF）于2021年6月17日發(fā)射了第5顆GPS－3衛(wèi)星[2]，未來(lái)，星座中支持M碼播發(fā)的衛(wèi)星數(shù)量將增加至24顆，達(dá)到GPS星座基線數(shù)量基本要求，這對(duì)于美軍在全球范圍內(nèi)獲取抗干擾能力更強(qiáng)的軍碼信號(hào)至關(guān)重要。此外，GPS系統(tǒng)地面控制段M碼的早期使用功能已于2020年11月通過(guò)軍方驗(yàn)收，顯著增強(qiáng)了美軍對(duì)新型GPS軍事用戶設(shè)備進(jìn)行測(cè)試的能力。

M碼接收機(jī)的開(kāi)發(fā)已經(jīng)歷時(shí)近10年，其設(shè)計(jì)難度在于滿足不斷變化的威脅目標(biāo)，設(shè)計(jì)要求靈活、安全和開(kāi)放。目前，美國(guó)防部已經(jīng)選擇雷神公司（Raytheon）、BAE系統(tǒng)公司等軍工企業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)面向不同應(yīng)用場(chǎng)景的GPS接收板卡、嵌入式新型GPS接收機(jī)，并在斯特賴克裝甲車(chē)（Stryker vehicle）、B-2轟炸機(jī)、阿利伯克級(jí)驅(qū)逐艦（Arleigh Burke class destroyer）等代表性武器平臺(tái)上開(kāi)展集成測(cè)試工作。

2 美軍GPS應(yīng)用裝備發(fā)展動(dòng)向

平臺(tái)級(jí)軍事用戶設(shè)備

（1）雷神公司支持M碼相關(guān)設(shè)備獲軍方認(rèn)證

2019年8月，雷神公司獲得美國(guó)空軍太空與導(dǎo)彈系統(tǒng)中心（SMC）1美軍太空與導(dǎo)彈系統(tǒng)中心（SMC）于2021年8月13日正式更名為太空系統(tǒng)司令部（SSC），總部位于美國(guó)加州洛杉磯空軍基地。GPS管理局頒發(fā)的新GPS模塊（M碼模塊）和接收機(jī)的安全認(rèn)證，新技術(shù)將使GPS在軍事系統(tǒng)的應(yīng)用更加安全可靠。雷神公司的軍用代碼通用GPS模塊及其地面GPS接收器（GBGRAM），以及航空電子設(shè)備GPS接收器（GRAM S/M）獲得軍方認(rèn)證，GB-GRAM和GRAM S/M由美國(guó)天寶導(dǎo)航有限公司（Trimble Navigation）開(kāi)發(fā)，通用動(dòng)力公司(General Dynamics)為其提供模塊化加密支持。2020年4月，雷神M碼接收機(jī)開(kāi)始被集成到美軍多款戰(zhàn)斗機(jī)、轟炸機(jī)及其他武器系統(tǒng)中，為武器平臺(tái)提供GPS抗干擾、防欺騙功能[3]。

（2）BAE系統(tǒng)公司獲得軍方GPS M碼模塊合同

2021年5月，美國(guó)國(guó)防后勤局（DLA）授予BAE系統(tǒng)公司價(jià)值3.255億美元的先進(jìn)M碼GPS模塊合同。根據(jù)合同，BAE系統(tǒng)公司將為美國(guó)國(guó)防部及其盟友提供支持先進(jìn)M碼信號(hào)的、現(xiàn)代化GPS用戶設(shè)備（MGUE）第一階段的產(chǎn)品，即通用GPS模塊（CGMs），以滿足2030年之前的庫(kù)存需求。BAE系統(tǒng)公司還將基于CGMs生產(chǎn)地面和精確制導(dǎo)彈藥所需的軍用GPS接收器。

單兵級(jí)軍事用戶設(shè)備

2020年6月26日，SMC與柯林斯航空航天公司（Collins Aerospace）、雷神公司情報(bào)部以及TAG公司(Technology Advancement Group)簽訂了3份固定價(jià)格快速原型合同[4]，總金額4110萬(wàn)美元，旨在開(kāi)發(fā)現(xiàn)代化GPS手持設(shè)備樣機(jī)，為政府提供基于硬件和軟件開(kāi)發(fā)的創(chuàng)新解決方案。

合同要求制造的現(xiàn)代化GPS手持樣機(jī)較目前美軍使用的設(shè)備體積更小、功耗更低，支持軍碼功能更加強(qiáng)大，并且具備抗干擾、防欺騙等功能。合同屬于GPS軍事用戶設(shè)備現(xiàn)代化第一階段的第二個(gè)目標(biāo)任務(wù)，是建立在第一階段第一個(gè)目標(biāo)任務(wù)，即模型和圖紙的工作基礎(chǔ)上，從5家供應(yīng)商中優(yōu)選的結(jié)果。合同同時(shí)要求供應(yīng)商與美國(guó)陸軍及海軍陸戰(zhàn)隊(duì)舉行4次樣機(jī)測(cè)試，以便用戶進(jìn)行及時(shí)反饋，更好幫助產(chǎn)品改進(jìn)定型，盡快過(guò)渡到可以實(shí)用化狀態(tài)。

3 新型GPS軍事用戶設(shè)備在美軍代表性平臺(tái)的應(yīng)用

當(dāng)前，新型GPS軍事用戶設(shè)備在美軍重要武器平臺(tái)應(yīng)用的突出特點(diǎn)體現(xiàn)為：通過(guò)支持M碼增強(qiáng)抗干擾能力，以及通過(guò)多源融合手段提升獲取導(dǎo)航、定位、授時(shí)信息能力的彈性。

MAPS系統(tǒng)集成到陸軍斯特賴克裝甲車(chē)平臺(tái)

MAPS系統(tǒng)可通過(guò)收集和整合不同來(lái)源的PNT數(shù)據(jù)確保車(chē)輛在GPS信號(hào)受到干擾、發(fā)生服務(wù)降級(jí)、甚至拒止服務(wù)情況下仍可獲取有效PNT信息，這些來(lái)源包含授時(shí)、氣壓測(cè)量、慣性導(dǎo)航等各類傳感器。駐扎在歐洲的第二裝甲兵團(tuán)（2nd Regiment）的斯特賴克裝甲車(chē)輛上，裝備了第一代MAPS系統(tǒng)。2020年10月，美國(guó)陸軍授予雷神技術(shù)公司子公司2和柯林斯航空航天公司用以完善陸軍的定位、導(dǎo)航與授時(shí)系統(tǒng)相關(guān)合同（第二代MAPS），以滿足軍隊(duì)載人車(chē)輛應(yīng)對(duì)日益復(fù)雜環(huán)境的訴求。第二代MAPS系統(tǒng)由柯林斯航空航天公司的NavHub-100型導(dǎo)航系統(tǒng)和數(shù)字GPS抗干擾接收器-100型（Digital GPS Anti-jam Receiver-100）組成，可提供更高級(jí)別的保護(hù)，與陸軍現(xiàn)有的MAPS相比，第二代MAPS系統(tǒng)具有兩個(gè)方面的能力提升：一是支持使用M碼；二是可通過(guò)現(xiàn)代化信號(hào)跟蹤（MST）增強(qiáng)GPS完好性，提升系統(tǒng)的可靠性。

美陸軍斯特賴克裝甲車(chē)輛

未來(lái)，MAPS系統(tǒng)將成為自動(dòng)化指揮系統(tǒng)/電子戰(zhàn)—C4ISR/EW標(biāo)準(zhǔn)模塊化開(kāi)放套件的一部分，后者屬美國(guó)陸軍項(xiàng)目的通用架構(gòu)。當(dāng)MAPS系統(tǒng)需要升級(jí)時(shí)，可通過(guò)芯片插入機(jī)箱的方式完成即插即用，美國(guó)陸軍已經(jīng)完成了擁有該能力原型樣機(jī)的測(cè)試。

現(xiàn)代化嵌入式導(dǎo)航系統(tǒng)集成到美空軍主要作戰(zhàn)平臺(tái)

雷神公司于2017年成功在B-2轟炸機(jī)平臺(tái)完成了首個(gè)M碼接收器的測(cè)試。此后，在內(nèi)部和第三方進(jìn)行了多項(xiàng)測(cè)試。美軍M碼接收器具有標(biāo)準(zhǔn)接口和開(kāi)放式體系架構(gòu)，能夠兼容美國(guó)及其盟友的相關(guān)系統(tǒng)。根據(jù)國(guó)際武器交易條例和美國(guó)國(guó)務(wù)院規(guī)定，雷神公司的M碼產(chǎn)品可面向美國(guó)軍方及其盟友使用。

2020年2月7日，美國(guó)國(guó)防部授予霍尼韋爾公司（Honeywell）價(jià)值35億美元的合同，這份不定期/不定量合同要求為嵌入式GPS導(dǎo)航系統(tǒng)現(xiàn)代化，即為EGI/EGI-M提供生產(chǎn)、維護(hù)和工程技術(shù)服務(wù)，合同交付日期是2035年12月31日。這是將GPS接收器嵌入激光陀螺儀的獨(dú)立慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中的一項(xiàng)工作，整個(gè)系統(tǒng)質(zhì)量約8.12kg，具有導(dǎo)航、指向、穩(wěn)定和飛行控制功能。EGI-M系統(tǒng)可以根據(jù)獨(dú)特的平臺(tái)要求實(shí)現(xiàn)快速插入，支持新功能，具有良好的適應(yīng)性。EGI/EGI-M的開(kāi)放系統(tǒng)架構(gòu)融合了軍用GPS接收器，集成了新技術(shù)的系統(tǒng)有望應(yīng)用于F-22戰(zhàn)斗機(jī)和E-2D預(yù)警機(jī)等平臺(tái)。

美軍F-22戰(zhàn)斗機(jī)

E-2D預(yù)警機(jī)

4 GPS軍用接收設(shè)備發(fā)展趨勢(shì)研判

新型GPS軍用接收設(shè)備注重安全可靠，抗干擾、防欺騙能力大幅提升

從GPS星座目前狀態(tài)及未來(lái)空間段持續(xù)升級(jí)的角度分析，GPS－3衛(wèi)星M碼功率遠(yuǎn)高于目前軍用P（Y）信號(hào)，信號(hào)抗干擾能力是原來(lái)的8倍；未來(lái)GPS－3F衛(wèi)星還將實(shí)現(xiàn)點(diǎn)波束增強(qiáng)功能，可同時(shí)支持全球任意兩個(gè)區(qū)域的點(diǎn)波束信號(hào)功率增強(qiáng)需求，功率增強(qiáng)達(dá)20dB；從GPS系統(tǒng)運(yùn)控段層面分析，在具備支持M碼早期使用功能基礎(chǔ)上，其支持新信號(hào)的能力將進(jìn)一步增強(qiáng)。這些都為GPS系統(tǒng)軍事用戶設(shè)備接收信號(hào)的安全、可靠奠定了良好基礎(chǔ)?；诖耍捎媚K化、軟件定義的接收機(jī)等GPS軍事用戶設(shè)備將具有更強(qiáng)的安全與可靠性。

支持M碼的接收卡將實(shí)現(xiàn)可拔插，便于交互操作與功能升級(jí)

美國(guó)為便于各軍種、武器平臺(tái)實(shí)現(xiàn)交互操作與功能升級(jí)，同時(shí)從長(zhǎng)遠(yuǎn)兼顧考慮降低系統(tǒng)采購(gòu)與維護(hù)成本，其新型GPS軍事用戶設(shè)備支持M碼的接收卡將實(shí)現(xiàn)可拔插。這種設(shè)計(jì)的難度在于集成M碼接收卡的設(shè)備組件等需要滿足不斷變化的威脅目標(biāo)，設(shè)計(jì)要求靈活、安全和開(kāi)放。模塊化要求組件是離散的，彼此之間的依賴性較低，而這可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降，需要權(quán)衡技術(shù)升級(jí)與性能的潛在損失之間的關(guān)系。

美借助軍備出售或以項(xiàng)目合作輻射影響力

2021年7月，SMC批準(zhǔn)BAE系統(tǒng)公司向德國(guó)提供支持M碼的GPS軍事用戶設(shè)備，此批設(shè)備為地面用途支持M碼的小型化精密GPS接收機(jī)板卡（MPE-M），合同價(jià)格與產(chǎn)品數(shù)量未披露。這標(biāo)志著德國(guó)成為美國(guó)國(guó)外軍事銷(xiāo)售計(jì)劃（FMS）下的高級(jí)GPS用戶設(shè)備的第一個(gè)買(mǎi)家。此外，SMC于2020年底提出了一項(xiàng)為期三年的跨國(guó)項(xiàng)目計(jì)劃，該計(jì)劃授權(quán)將支持M碼GPS軍事用戶設(shè)備借給伙伴國(guó)家進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室和實(shí)地測(cè)試，加拿大是首個(gè)簽署該文件的國(guó)家，并于2021年2月從美國(guó)獲取了支持M碼的GPS軍事用戶設(shè)備板卡用于開(kāi)展測(cè)試。預(yù)計(jì)法國(guó)、韓國(guó)和英國(guó)也將獲得GPS M碼早期使用功能第一階段的技術(shù)產(chǎn)品。所有伙伴國(guó)家都將進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，以評(píng)估該類產(chǎn)品與各自應(yīng)用/集成平臺(tái)的性能和兼容性，并分享其經(jīng)驗(yàn)成果。澳大利亞、意大利、荷蘭和瑞典（瑞典為非北約國(guó)家，加入北約反應(yīng)部隊(duì)與北約和平伙伴關(guān)系計(jì)劃3“和平伙伴關(guān)系計(jì)劃”的主要內(nèi)容包括：(1)北約正式邀請(qǐng)前華沙條約組織國(guó)家和歐洲中立國(guó)家參加“和平伙伴關(guān)系計(jì)劃”，在軍事演習(xí)、維和、危機(jī)控制等方面進(jìn)行合作和政治磋商；(2)伙伴國(guó)可向北約總部派出聯(lián)絡(luò)員；(3)伙伴國(guó)必須承認(rèn)西方的民主、人權(quán)標(biāo)準(zhǔn)，并尊重現(xiàn)有邊界。）已表示有興趣并有意于2021年晚些時(shí)候加入該協(xié)定。美國(guó)GPS軍用接收設(shè)備研發(fā)、集成測(cè)試、列裝等工作持續(xù)推進(jìn)，一方面，將直接有效提升美軍在復(fù)雜對(duì)抗環(huán)境中可靠獲取定位、導(dǎo)航與授時(shí)服務(wù)的能力；另一方面，美國(guó)通過(guò)出售軍備或以項(xiàng)目合作等形式，利用盟友對(duì)部分新型GPS軍事用戶設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，并收集反饋意見(jiàn)建議，既輻射軍事影響力，又便于降低自身裝備測(cè)試成本、加速設(shè)備改進(jìn)與未來(lái)定型生產(chǎn)。