美軍升級GPS意欲何為？

朱江明

近日，埃隆·馬斯克的太空探索技術(shù)公司SpaceX發(fā)射了美國太空軍第5顆第三代系列全球定位系統(tǒng)衛(wèi)星，即 GPS-III 05號衛(wèi)星 （SV05/GPS III-5）。由于最近中國三名宇航員成功登陸天宮號空間站，并開始了一系列太空實驗工作，美國太空軍對這個三代GPS系統(tǒng)也進(jìn)行了廣泛的宣傳，在接受媒體采訪時甚至表示，這是其2021年5月發(fā)布的數(shù)字服務(wù)愿景文件的核心能力之一。到底這個GPS-III有何特殊之處，它所對標(biāo)的系統(tǒng)又有哪些優(yōu)勢和特點呢？

要解釋這個問題，我們首先要了解一下美國太空軍這個最年輕的軍種。根據(jù)美國太空軍公布的文件，這份“愿景”描述了太空軍承擔(dān)“數(shù)字服務(wù)”的含義，并概述了實現(xiàn)這一愿景所必需的重點領(lǐng)域。

在愿景文件中，美軍開宗明義地承認(rèn)，太空現(xiàn)在是唯一沒有人類進(jìn)行軍事行動的物理疆域，同時又強調(diào)，美國陸海空軍以及海岸警衛(wèi)隊非常依賴來自于太空的數(shù)據(jù)支持。太空領(lǐng)域雖然現(xiàn)在還未軍事化，卻是所有美國軍事單位的核心數(shù)據(jù)支援區(qū)。因此，太空軍的愿景和使命就是運營互聯(lián)、創(chuàng)新、數(shù)字主導(dǎo)的太空力量，同時應(yīng)對所有對美軍太空數(shù)據(jù)支援業(yè)務(wù)的威脅。

從功能上來看，GPS可以說是美國最核心的太空數(shù)據(jù)支援業(yè)務(wù)資產(chǎn)，因為這套系統(tǒng)可以提供全球性不間斷的位置、導(dǎo)航和授時服務(wù)。這對于指揮、通信和精確制導(dǎo)武器運用等領(lǐng)域都至關(guān)重要，尤其是當(dāng)無人機在戰(zhàn)爭中的地位越來越重要時，而GPS又是無人機自主飛行甚至發(fā)動攻擊的關(guān)鍵數(shù)據(jù)支持。然而，近年來各種干擾和欺騙GPS系統(tǒng)的裝備越來越盛行，甚至民用市場都很容易買到此類物件，連恐怖組織都有可能干擾美軍的GPS信號。伊朗更是曾經(jīng)成功通過干擾和欺騙GPS，俘獲了當(dāng)時最先進(jìn)的隱形無人機RQ-170。

顯然，上一代GPS技術(shù)已經(jīng)無法應(yīng)對越來越強的地面干擾設(shè)備影響。為了應(yīng)對這個問題，美國做了兩手準(zhǔn)備。A方案是通過發(fā)射GPS第三代衛(wèi)星，提高軍用GPS編碼的抗干擾能力。洛克希德公司公布的數(shù)據(jù)顯示，新的GPS定位精度提高了三倍，抗干擾保護(hù)能力則提高了八倍。洛克希德公司表示，衛(wèi)星采用了新的軍用廣播編碼，這是一種更安全、更難被干擾或欺騙的廣播信號。新衛(wèi)星所用的M軍用編碼從功能上來看，確實具有更強的安全性，首先它具有更強的發(fā)射功率來應(yīng)對干擾，其次M碼還加入了安全驗證功能，可以避免未曾通過安全驗證的終端接收數(shù)據(jù)服務(wù)，或者向這類終端提供服務(wù)。簡單來說就是，新的M碼系統(tǒng)可以拒絕非授權(quán)終端使用，也可以讓終端識別來自干擾設(shè)備的信號。這當(dāng)然是GPS應(yīng)對干擾的一個重大的進(jìn)步，畢竟雙向安全驗證能夠極大地提高系統(tǒng)的安全性。今年美國之所以高調(diào)宣布GPS系統(tǒng)升級到第三代，除了因為第五顆衛(wèi)星發(fā)射后，三代星占比已經(jīng)達(dá)到16%，可以提供基礎(chǔ)的三代衛(wèi)星定位服務(wù)，還因為M軍用編碼2021年開始投入使用。

當(dāng)然，除了升級GPS之外，美國軍方還準(zhǔn)備了B方案，也就是完全不依賴衛(wèi)星的導(dǎo)航定位系統(tǒng)。實際上這并不是什么新科技，在沒有衛(wèi)星之前，人類也可以實現(xiàn)定位和導(dǎo)航，GPS系統(tǒng)的出現(xiàn)只是把這件事變得更為容易。然而，由于干擾和欺騙在不斷的升級，美國必須準(zhǔn)備好在沒有導(dǎo)航衛(wèi)星支援下也能作戰(zhàn)。

美國之所以高調(diào)宣布GPS系統(tǒng)升級到第三代，除了因為第五顆衛(wèi)星發(fā)射后，三代星占比已經(jīng)達(dá)到16%，可以提供基礎(chǔ)的三代衛(wèi)星定位服務(wù)，還因為M軍用編碼今年開始投入使用

那么，新的GPS系統(tǒng)與中國的北斗相比到底有何優(yōu)勢和劣勢呢？如果僅僅從定位精度來看，升級后的GPS系統(tǒng)比北斗的定位精度可能更勝一籌，但是這種優(yōu)勢并非決定性的。真正值得比對的是兩者設(shè)計思路的區(qū)別，北斗系統(tǒng)在設(shè)計之初就考慮到了被干擾的情況，因此除了提供定位服務(wù)之外，還可以提供有限度的通信服務(wù)，也就是發(fā)送短報文或者圖片。如果僅僅從通信技術(shù)來看，這談不上什么高科技，但是增加了安全性。因為北斗軍用可通信終端需要裝入一張專用的Sim卡才能使用發(fā)送短報文功能，換句話說，必須通過雙向安全認(rèn)證才能使用。由此看來，其實北斗早就具備了三代GPS M碼的核心抗干擾和欺騙功能，畢竟授權(quán)終端數(shù)量是可以增減控制的。

而過去美國并沒有興趣在GPS系統(tǒng)上增加任何通信模塊，因為美軍的設(shè)計思路是，通信是通信，定位導(dǎo)航是定位導(dǎo)航，GPS定位信息的發(fā)送并不依賴定位衛(wèi)星本身，而是通過軍用無線電或者衛(wèi)星通信鏈路發(fā)送。這樣的好處是，如果定位系統(tǒng)被干擾，通信仍可以繼續(xù)使用，反之亦然。不過，這導(dǎo)致GPS系統(tǒng)本身沒有任何雙向驗證的能力，新的M碼算是補上了這一課。根據(jù)美軍公布的信息來看，M碼的安全應(yīng)答驗證并不具備通信功能，只是作為保障安全的一種自動驗證手段。