中国和俄Rose一只对美打响卫星导航战,三大导航

2019-09-28 作者:军事资讯   |   浏览(137)

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目前,卫星导航系统不仅用来为海陆空交通平台提供导航,也为大量军事设施提供制导服务,精度可以达到米级,且几乎不受天气影响。如果一个国家整个导航、定位及制导系统都依赖于目前居霸主地位的美国GPS系统将是非常危险的。

  “导航战”无处不在

  复杂的地形因素和高使用率互相矛盾,这就出现了令导航服务提供商改善服务质量的压力,而导航系统信号兼容和互操作,便是短时间内解决民用设备在城区内“定位难”的良策:几股微弱信号并在一起,起码还能达到“又不是不能用”的地步。

俄罗斯《观点报》指出,中俄花费巨资建立独立的卫星导航定位系统,很大程度上是出于国防安全的考虑,而如今两国探讨在卫星导航定位方面合作,除了民用价值的考虑外,也不能忽视国家安全的需求。

  目前,卫星导航系统不仅用来为海陆空交通平台提供导航,也为大量军事设施提供制导服务,精度可以达到米级,且几乎不受天气影响。如果一个国家整个导航、定位及制导系统都依赖于目前居霸主地位的美国GPS系统将是非常危险的。

  制作:旋钮工作室

据专家介绍,目前的各种卫星定位导航系统实际上都可以细分为两套:其一是精度较低的公开民用码;其二是精度较高的军用码。中俄未来如能进行卫星定位导航方面的深度合作,不仅体现出战略互信达到相当高度,还能大幅提升各自定位系统的精度和可靠度。

  但是美国有能力干扰、复制或伪造GPS信号,给用户带来巨大麻烦。以色列《国土报》报道,最先利用这一手段的不是美国,而是伊朗。2011年12月,美国一架“哨兵”隐身无人机被伊朗截获,后来伊朗工程师透露,伊朗首先切断无人机和控制系统之间的联系,然后向其发送伪造的GPS信号,无人机按照这个信号降落到它认为的母基地,但实际是降落到伊朗领土上。

  在寻常人眼中,中、美、俄三国自研的导航系统,也就是“北斗”、GPS和“格洛纳斯”从来都是三个彼此独立的系统。诚然,这三个系统提供的定位导航服务虽然从性质到内容都基本相同,颇有互相竞争的意味。

伊朗可以这样做,GPS的“东家”美国自然也没问题。一旦美国在重要目标附近设置伪GPS信号发射机,别国对其攻击的GPS制导武器就不可能命中目标,甚至拐个弯打回去。从某种程度上讲,美国可以通过伪造GPS信号来控制别国武器,这意味着别国战机进行远程航行时,很可能因GPS信号被篡改或干扰而误入歧途。据报道,2008年俄格战争期间,投入战区的俄军部分车辆发生GPS信号丢失现象,就被怀疑与美国做手脚有关。

  俄罗斯《观点报》指出,中俄花费巨资建立独立的卫星导航定位系统,很大程度上是出于国防安全的考虑,而如今两国探讨在卫星导航定位方面合作,除了民用价值的考虑外,也不能忽视国家安全的需求。

  但在2017年年末,中美正式签署了《北斗和GPS信号兼容和互操作联合声明》之后,基于之前中俄、俄美双方签署的同样文件,这三种卫星导航系统将如字面上所说那般,同时协力为民间用户提供定位服务。

但是美国有能力干扰、复制或伪造GPS信号,给用户带来巨大麻烦。以色列《国土报》报道,最先利用这一手段的不是美国,而是伊朗。2011年12月,美国一架“哨兵”隐身无人机被伊朗截获,后来伊朗工程师透露,伊朗首先切断无人机和控制系统之间的联系,然后向其发送伪造的GPS信号,无人机按照这个信号降落到它认为的母基地,但实际是降落到伊朗领土上。

  专家认为,对于中俄而言,合作的第一步当属互建地面控制站,这些站点可以用来校准卫星信号——地面站的大地坐标会被精确测得,然后与接收到的卫星信号坐标对比,测出信号误差,进而反馈给卫星系统校正。俄罗斯《导报》称,俄罗斯除了争取在中国境内拥有3座“格洛纳斯”地面站,还计划在哈萨克斯坦部署2座地面站,在白俄罗斯部署1座地面站,如果加上已有的23座地面控制站,其定位精度有望提升至1米,这意味着“格洛纳斯”的定位精度将与美国GPS系统相当。

  图为UBER在美国小范围试点的自动驾驶车。(图源:Uber)

中俄合作意义重大

  其次,中俄卫星定位导航系统通过相互兼容对方信号,将能提高可靠性。如果俄罗斯的“格洛纳斯”卫星信号被干扰,用户可以接收中国的“北斗”卫星信号,反之亦然,这意味着两国的定位导航安全得到“再保险”。

  事实上,若是只要应付民航、海运等现存领域的定位导航需求,三大导航系统实在没有必要寻求信号兼容和互操作,因为同时支持三种导航系统寻星信号的民用定位芯片已经逐渐占到了市场主流,离开卫星覆盖区域找不到信号了?切换系统就行。

客观上,美国对某国或某个地区关闭GPS信号服务的可能性微乎其微,因为这将产生“附带杀伤”。GPS接收机只需接收4颗卫星信号便能定位,通常在某个大城市里,最多能收到10余颗卫星的信号,若要让该市无法接收到足够的GPS卫星信号,那就得关闭GPS星座上半数的卫星,这势必影响其他地区的导航服务。所以,美国不会贸然关闭GPS信号服务。

  据专家介绍,目前的各种卫星定位导航系统实际上都可以细分为两套:其一是精度较低的公开民用码;其二是精度较高的军用码。中俄未来如能进行卫星定位导航方面的深度合作,不仅体现出战略互信达到相当高度,还能大幅提升各自定位系统的精度和可靠度。

  在这里,笔者首先将解释“为什么要互相兼容”这个问题。首先,无论是开世界之先河的“老前辈”GPS,还是后起之秀北斗和格洛纳斯,这三个导航系统都已经形成了自己的“星座”,也在自身的预定区域内实现了当初设计所需的精度要求。

资料图:中国第16颗北斗导航卫星发射升空并送入预定转移轨道。

  客观上,美国对某国或某个地区关闭GPS信号服务的可能性微乎其微,因为这将产生“附带杀伤”。GPS接收机只需接收4颗卫星信号便能定位,通常在某个大城市里,最多能收到10余颗卫星的信号,若要让该市无法接收到足够的GPS卫星信号(也就是4颗),那就得关闭GPS星座上半数的卫星,这势必影响其他地区的导航服务。所以,美国不会贸然关闭GPS信号服务。

  当然,类似的地形遮挡问题还出现在峡谷、山地等偏远地区,不过都没有城市地带来得严重,这是因为在智能手机等嵌入式设备普及的同时,城市地带还拥有最密集的人口密度,以及最高的导航服务使用率。

由此来看,定位导航特别是军用系统的定位导航完全依靠美国的GPS系统是极不安全的。所以,哪怕是美国的盟友——欧洲诸国,也宁愿花费巨资建设“伽利略”系统。

  两大系统或将联手

  根据公开资料显示,即便在东亚低纬度地区,北斗导航系统对动态目标的定位误差也依旧会达到数十米之多,这对于需要在城区范围内精准定位的人工智能设备而言是致命的。

两大系统或将联手

  伊朗可以这样做,GPS的“东家”美国自然也没问题。一旦美国在重要目标附近设置伪GPS信号发射机,别国对其攻击的GPS制导武器就不可能命中目标,甚至拐个弯打回去。从某种程度上讲,美国可以通过伪造GPS信号来控制别国武器,这意味着别国战机进行远程航行时,很可能因GPS信号被篡改或干扰而误入歧途。据报道,2008年俄格战争期间,投入战区的俄军部分车辆发生GPS信号丢失现象,就被怀疑与美国做手脚有关。

  图为北斗卫星的轨道覆盖情况。(来源:Geospatial World)

俄罗斯《消息报》报道,早在今年9月初,俄航天署长奥斯塔片科访问北京时,与中国同行就发展航天领域合作交换意见,“莫斯科拟在年内与北京签署相关协议,两国将在对方境内互设3个地面控制站”。

  中俄合作意义重大

  另一个不速之客:认死理的人工智能

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  中俄还考虑今后建成统一的全球卫星导航空间,根据今年夏季举行的两国代表磋商结果,双方就“格洛纳斯”、“北斗”卫星导航设备的统一标准化进行磋商。俄罗斯“格洛纳斯”国际项目领导人邦达连科说:“俄中合作思路是建成从大西洋到太平洋的统一卫星导航空间。”他表示,为实现合作落地,“中俄正在讨论几个实验性项目,包括为跨境运输车辆提供联合导航和信息服务”。

  监制:光明网科普事业部

中俄还考虑今后建成统一的全球卫星导航空间,根据今年夏季举行的两国代表磋商结果,双方就“格洛纳斯”、“北斗”卫星导航设备的统一标准化进行磋商。俄罗斯“格洛纳斯”国际项目领导人邦达连科说:“俄中合作思路是建成从大西洋到太平洋的统一卫星导航空间。”他表示,为实现合作落地,“中俄正在讨论几个实验性项目,包括为跨境运输车辆提供联合导航和信息服务”。

  至于“北斗”,它在中国大部分地区的定位精度已小于10米,未来若建成全球化卫星星座,那就必须在国外建地面站,而俄罗斯国土面积广大,非常适合建立校准站。

  当然,根据地名和参照物矫正定位结果对人类是小菜一碟。但如果是思考逻辑完全不一样的机器呢?它们可不会碰一碰路人的后背,和善地询问这里到底是哪条路哪个路口。碍于人工智能技术目前的高度所限,它们暂时只会“认死理”,即在有限的图像识别规避能力框架下,使用卫星导航系统作为自己寻路的唯一根据。

至于“北斗”,它在中国大部分地区的定位精度已小于10米,未来若建成全球化卫星星座,那就必须在国外建地面站,而俄罗斯国土面积广大,非常适合建立校准站。

  由此来看,定位导航特别是军用系统的定位导航完全依靠美国的GPS系统是极不安全的。所以,哪怕是美国的盟友——欧洲诸国,也宁愿花费巨资建设“伽利略”系统。

  图为浦东同一地区不同时间的卫星影像图。可见在卫星角度不同的情况下,高楼对无线电波信号的遮挡效果之明显。(图源:GoogleEarth)

专家认为,对于中俄而言,合作的第一步当属互建地面控制站,这些站点可以用来校准卫星信号——地面站的大地坐标会被精确测得,然后与接收到的卫星信号坐标对比,测出信号误差,进而反馈给卫星系统校正。俄罗斯《导报》称,俄罗斯除了争取在中国境内拥有3座“格洛纳斯”地面站洛纳斯”的定位精度将与美国GPS系统相当。

  俄罗斯《消息报》报道,早在今年9月初,俄航天署长奥斯塔片科访问北京时,与中国同行就发展航天领域合作交换意见,“莫斯科拟在年内与北京签署相关协议,两国将在对方境内互设3个(导航卫星)地面控制站”。

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“导航战”无处不在

  俄罗斯“格洛纳斯”国际项目副总裁别良科强调,“格洛纳斯”与“北斗”系统相互兼容,是基于互惠互利的考虑。例如,俄罗斯“格洛纳斯”的定位服务范围侧重于极地和高纬度地区,中国“北斗”的服务范围则覆盖稍稍偏南纬度的地区,如果实现联合导航,那将是世界范围内最理想的导航体系。

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其次,中俄卫星定位导航系统通过相互兼容对方信号,将能提高可靠性。如果俄罗斯的“格洛纳斯”卫星信号被干扰,用户可以接收中国的“北斗”卫星信号,反之亦然,这意味着两国的定位导航安全得到“再保险”。

 

  很多时候,用户在城区里的定位服务即使能收到信号,也依旧要面临着少则3-5米,多则数十米的误差,譬如定位到马路的另一边,或是从小区里定到了小区外之类的例子比比皆是,人工调整定位点更是家常便饭。

俄罗斯“格洛纳斯”国际项目副总裁别良科强调,“格洛纳斯”与“北斗”系统相互兼容,是基于互惠互利的考虑。例如,俄罗斯“格洛纳斯”的定位服务范围侧重于极地和高纬度地区,中国“北斗”的服务范围则覆盖稍稍偏南纬度的地区,如果实现联合导航,那将是世界范围内最理想的导航体系。

图片 5 资料图:中国第16颗北斗导航卫星发射升空并送入预定转移轨道。

  比方说北斗导航注重欧亚大陆的服务精度,在高纬度地区精度较差,相反格洛纳斯就注重高纬度定位效果,因为运营格洛纳斯的俄罗斯绝大多数领土位于高纬度寒带区,这都是卫星轨道的取舍结果。

自从美国军方于上世纪90年代建成覆盖全球的gps全球卫星定位系统,该系统被广泛用于军事和国民经济领域。为了避免受制于人,俄罗斯、欧盟和中国先后研制和建立自己的卫星定位系统。近期,从上合组织杜尚别峰会期间传出消息,中俄两国卫星导航系统合作已经启动。专家认为,中俄展开卫星定位系统方面的合作,必将使“北斗”、“格洛纳斯”两大系统的可靠性和导航精度再上新台阶,为两国战略安全合作树立新的里程碑。

  自从美国军方于上世纪90年代建成覆盖全球的GPS全球卫星定位系统,该系统被广泛用于军事和国民经济领域。为了避免受制于人,俄罗斯、欧盟和中国先后研制和建立自己的卫星定位系统。近期,从上合组织杜尚别峰会期间传出消息,中俄两国卫星导航系统合作已经启动。专家认为,中俄展开卫星定位系统方面的合作,必将使“北斗”、“格洛纳斯”两大系统的可靠性和导航精度再上新台阶,为两国战略安全合作树立新的里程碑。

  出品:科普中国

  而根据相关领域专家的计算,要想在城区内达到分米级精度的定位,在大洲范围内都需要上百颗的导航卫星,这对于发起三大卫星导航系统的中、美、俄而言都是很难承受的结果。因此,在迫切的需求面前,原本激烈竞争的三大导航系统,在民用领域展开近乎全面而彻底的合作,这一结果实际上是不令人意外的,毕竟火箭也好,卫星也罢,每一发都是真金白银,更不用谈上百颗卫星的高昂购置和运行成本了。

  但随着人工智能和嵌入式设备在民用领域的快速发展,新的定位导航需求也相应出现,并对现在既存的导航精度提出了极大的挑战。

  跨过钢筋丛林的唯一办法:更多的卫星?

  不同于净空条件良好的高空或海上条件,错综复杂的混凝土丛林天生就对卫星信号有极强的排斥力。设想一下吧,用户如果在高楼林布的楼根人行道处对某一定位系统发出服务请求,但这个定位系统最近的卫星则很不恰好地位于天际线处,可怜的用户自然就得不到卫星信号,继而无法进行定位导航了。

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