zt GPS製導武器的幹擾與抗幹擾

GPS製導武器的幹擾與抗幹擾

在當今世界上，美國擁有全球定位衛星的控製權，其大多數精確製導武器都采用了GPS全球定全係統製導方式，並且還利用慣性導航係統（INS）進行彈道較正。導彈發射後，GPS係統會立刻對其飛行方向進行導引，使其向首目標飛去。在導彈飛行期間的某一特定時間裏，彈載GPS接收機接收來自GPS衛星群即時傳來的位置修正信息，並把它們傳遞給彈載的INS係統，以調整導彈的飛行路線。因此精確製導武器能夠在防區外以較高的精度攻擊預定目標。此外，這類導彈還具有全天候作戰能力。從1991年的海灣戰爭到1999年的科索活戰爭，這種要用GPS/INS製導的"靈巧"導彈無不顯示出其在現代戰爭中的重要地位，故已經成為同代戰爭的首選武器，是一類克敵製勝的殺手鐧武器，也是政治家們達到其政治目的的重要工具。 　　但GPS係統卻易受低成本低技術幹擾裝置的影響，從而使導彈偏離飛行航線，誤炸目標，導致不必要的政治影響。為了保證導彈能精確打擊目標，迫使武器設計者重新考慮導彈製導係統防護問題。 1 GPS受到的潛在威脅 　　美國政府、工業部門和學術界對GPS受幹擾的問題進行了大量研究和模擬，提出即使沒有掌握先進技術的敵方也能容易、快速、廉價地製造和使用許多GPS幹擾機，以摧毀依靠GPS製導的美國武器和其它平台。如1994年9月，在約翰·霍普金斯大學應用物理實驗室舉行的一次航空航天工程師和其它專業人員的研討會上，首次公開展示了一種得煙盒大小的自製幹擾機，它采用12伏電池作動力，產生100毫瓦的輸出功率，通過一根細小的全向天線發射信號。據設計者稱，該裝置足以幹擾半徑16公裏範圍內的任何采用CA編碼的GPS接收機。俄羅斯設計的廉價GPS幹擾機現在到處可以買到，甚至可通過因特網采購到這種裝置。這種幹擾機重3-10公斤（不含電池）。價格低於5萬美元，能對美國現有GPS係統的四個頻段實施有效幹擾。 　　美國武器庫中現有的大部分導彈都易受GPS幹擾的影響，這些導彈包括：增強型"傑索"、增強型高速反輻射導彈、AGM-130、"斯拉姆"-ER、裝有GPS的"魚叉"、陸軍戰術導彈係統、"傑達姆"以及增強型GBU-15。 　　奇怪的是，美國對現有的導彈沒有作高抗幹擾技術的改進。其主要原因有三點，首先是經費，盡管改進現存導彈的費用僅占導彈製造成本的很少一部分，但研究高抗幹擾防護技術的總經費卻高得驚人；其次，盡管幹擾裝置實際上可以買到或易於製造，但至今還沒有出現幹擾導彈GPS製導信號的潛在對手；第三，美國軍事官員中仍保留這樣一種自信的觀念：現存導彈有效對付所有潛在的敵人。 1.1 GPS製導的固有彈點　 對於一些飛行時間長的GPS製導導彈來說，很易受幹擾，在幹擾有效的情況下根本無法收到GPS製導信號。在導彈飛行的最初階段，當製導係統以CA編碼信號工作時，一般來說，24分貝以上的幹擾就足以封鎖GPS信號；當導彈的製導係統轉變成Ｙ編碼模式時，幹擾/信號比為54分貝以上的信號就足以幹擾製導係統。在導彈飛行的末段，幹擾信號可能會阻止導彈到達目標"框"中，在這種情況下，即使導彈還具有其它彈載導引係統也已不能再將其導向預定的目標點。 　　美國目前還沒有要求對防區外導彈製導係統進行防護GPS幹擾方麵的改進，這類導彈仍源源不斷地進入美國武庫，但都沒有采用任何防幹擾措施。 1.2 幹擾的影響 對於裝有GPS/INS複合製導係統的導彈，當GPS接收機在導彈飛行的任意點上受到幹擾時，那麽該導彈在整個幹擾階段隻能保持"慣性滑移"，其飛行彈道由不太精確的INS係統導引。產生幹擾的時間越早，導彈距目標的距離越遠，其偏離預定攻擊目標的誤差就越大，將嚴重影響其攻擊精度。如果導彈在處於接收GPS信號的初期就被幹擾，那麽即使幹擾發射機的功率較低，它也能在960公裏範圍內影響導彈的製導係統工作；如果導彈在其GPS跟蹤階段受到同樣功率幹擾信號的幹擾，那麽幹擾發射機的有效幹擾距離則約45公裏。目前美國大多數導彈都裝有可承受54分貝幹擾/信號比的軍用製式GPS接收機，這些導彈非常容易受很低功率幹擾機的幹擾。 　　但是，不是所有的防區外導彈都會受到同等程度幹擾的影響，根據它們攻擊的軌跡，某些較近程武器，如空軍/海軍"傑達姆"聯合直接攻擊彈藥，受電子幹擾的影響較小，但是，遠程導彈係統("斯拉姆"－ER、"傑索"以及"戰斧"BLOCKⅢ)的GPS係統如果遭受敵方的幹擾，將可能最終偏離其所攻擊的目標。 1.3 GPS/INS複合製導存在的問題 當GPS/INS複合製導裝置中的GPS接收機受幹擾時，導彈隻能由不太精確的INS係統進行飛行導引，除非GPS係統還能間斷地獲得位置更新數據，否則導彈的製導係統不能補償INS係統的固有"偏移"誤差。INS的精度一般以每小時偏移的角度來表示，在完全依靠INS係統導引的情況下，其偏移率越上，導引的精度就越高。當INS的偏移率為每小時1度時，對近程短時間飛行的武器（如"傑達姆"）來說，其影響可忽略不計；但對飛行805公裏，時間超過1小時的遠程導彈來說，在整個飛行階段得不到GPS係統的更新的情況下，INS係統這樣的偏移率將有可能使導彈產生14.5公裏的脫靶距離。 1.4 數據鏈路也會受幹擾　　 為了克服GPS接收機受幹擾的影響，有些導彈在其飛行末段由載機上的武器係統官員來控製。這種控製是借助載機和導彈之間的雙向數據鏈來實現的。這種方法在導彈距其攻擊目標2775-1665米時經常采用，這段時間大約有10-6秒。但數據鏈路也容易受到幹擾。目前美國空軍導彈武器中僅有AGM-130和GBU-15這兩種武器在末段是依靠數據鏈路來製導的，由於美空軍今後不再計劃采購這兩種武器，所以其對數據鏈易損性的研究已沒有進一步的計劃。同樣，盡管海軍的"斯拉姆"－ER導彈也采用了數據鏈路，對此也不再作研究。 2 提高導彈抗幹擾能力的途徑 　　雖然美國不打算改進現有的導彈，但將采用高達90分貝的超高抗幹擾GPS接收機、地形輔助導航技術、高抗幹擾數據鏈路、路段彈道製導修正係統以及射頻數據鏈路/光電傳感器導的相結合的末製導等技術來提高未來精確製導武器的抗幹擾能力。 2.1 開發幹擾/信號比為90分貝的接收機　 　 對於功率為100瓦的幹擾機來說，具有90分貝抗幹擾性能的GPS接收機，在導彈捕獲GPS信號的初期階段，幹擾機的幹擾距離減小到約4800米，在GPS跟蹤階段，幹擾機的幹擾距離減小到480米。但在美國現存的導彈中，大多數製導係統的幹擾信號比僅在50-60分貝以上，還沒有任何一種導彈的抗幹擾性能達到90分貝。 2.2 不采用GPS製導係統　　 總的來講，歐洲人以往設計的導彈不會因GSP遭幹擾而受到影響。因為大多數歐洲國家的導彈在很長的一段時間裏一直避免使用GPS製導係統，目的是避免依賴美國控製的GPS衛星係統。 2.3 采用抗幹擾性強的末段控製數據鏈路 值得注意的是，目前歐洲各國也開始研製GPS製導的精確製導武器。英國的"風暴幽靈"在初始設計時並沒有采用GSP製導，但生產的導彈將裝有GPS製導係統。為了避免幹擾，法國的塞克斯坦特公司正在為導彈研製GPS　P(Y)編碼接收機，英國的"風暴幽靈"則采用地形參照導航係統。其它幾種配備GPS的導彈有"黑薩赫恩"、"阿帕奇"和"阿拉米斯"導彈。 　　戰術"戰斧"導彈可能是美國庫存導彈中抗GPS幹擾最強的武器，因為它使用了一種稱作精確地形輔助導航技術，當導彈朝目標飛去時，這種導航技術可使導彈嚴格按照地形輪廓飛行，使導彈在GPS受幹擾時仍具有捕獲目標的能力，從而不需要對已有的GPS製導裝置作任何改進，其精度與如今正在研製的"戰斧" BLOCKⅢ導彈所獲得的精度相當。它計劃於2003年投入戰場使用。美國"賈斯姆"聯合空對地防區上導彈將於2005年進入服役，它是美國第二代精確攻擊導彈，能夠耐受100瓦幹擾機的幹擾信號。 　　在美國庫存或計劃的下一個十年中服役的13種精確攻擊武器中，AGM-130、"賈斯姆"以及戰術"戰斧"導彈采用了高技術幹擾數據鏈路。空軍庫存中總計約300枚AGM-130將攜帶雷西昂公司的AXQ－高抗幹擾數拓鏈中延緩外，根據科索沃作戰獲得的經驗，約1300枚裝有雙向數據鏈的GBU-15將采用中段彈道製導修正係統，改進後的導彈型號為ＥGBU-15。 　　采用射頻數據鏈/光電傳感器導的相結合的方案使導彈具有末製導能力，它們將具有高抗幹擾能力。在高抗幹擾改進計劃中，采用該技術方案的導彈係統，如"斯拉姆"-ER、庫存1900枚GBU-15中的大部分、以及AGM-154C聯合防區外發射武器等將作為主要的候選武器。 　　以色列設計的某些遠程導彈采用了GPS製導方式，但它們具有高抗幹擾性，特別是末段采用了控製導彈飛行的數據鏈路。目前正在進入以色列武庫的精確打擊導彈采用了數字跳頻數據鏈路，抗幹擾性能高達90-100分貝，足以對付近期潛在威脅。以色列設計的其它導彈包括"瞪眼"和新型"瞪眼石"導彈，如果客戶需要特別保護的話，也能夠安裝GPS裝置和高抗幹擾數據鏈。在那些導彈中主要使用光電傳感器製導，GPS製導是作為一種備用製導係統。 　　一些"靈巧"導彈的學者認為，GPS製導武器受幹擾的問題已經顯明，必須給予高度重視。所以，對GPS製導武器的幹擾與抗幹擾問題的研究將是一項持久性工作。 (摘自 中華網  夕林)