导航战关系到战争中生死存亡的大事

何谓导航战？导航战（NAVWAR）是蓄意的进攻和防御行动，以确保友好使用并防止对手使用定位，导航和时间信息。导航战支持多域作战，作为精确打击、运动和机动、部队跟踪以及将人员和武器系统联系在一起形成联合或联盟部队的大量数据和数据传输网络的推动者。随着卫星导航的兴起，导航战也进入人们的视线。大家常说，现代战争建立在信息战、立体战、导航战基础上，实际上就是时空（时空信息战）战，实际上谁掌控了时空信息治理权，谁就是战争的胜利者。时空战分为三个层面：第一个层面，就是总体全局态势的把握，实质上是掌控敌我双方的军力武器、后勤供给、运输力量、通信指挥、智能服务的全方位多层次布控；第二个层面，就是实时动态的时空信息管理操控，连续跟踪，实时更新，调度管理、指挥若定，运筹帷幄，精准打击，信息通畅，完好可信，服务保障；第三个层次，就是全方位多层次和点线面体的运作与精细化服务，时空数据，关键支撑，上下左右，立体伺候，来龙去脉，泾渭两清，追踪溯源，精准施策，合纵连横，全局细分，多模融合，层次分明。最近，在俄乌冲突中、在中东地区的战事中，都可以看到导航战和时空信息战的端倪。

 一、在此细看美国陆军批准的导航战要求

美国陆军保证定位、导航和授时空间跨职能小组2021年签署批准了《导航战态势感知简化能力发展文件》（A-CDD）。A-CDD验证了作战需求，并为作战人员的NAVWAR-SA能力提供了实验和快速原型设计。

NAVWAR是蓄意的进攻和防御行动，以确保友好使用并防止对手使用定位，导航和时间信息。NAVWAR支持多域作战，作为精确射击、运动和机动、部队跟踪以及将人员和武器系统联系在一起形成联合或联盟部队的大量数据网络的推动者。

NAVWAR-SA 提供检测、识别和定位拒阻或降低 PNT 接收的干扰源的能力。它旨在验证PNT信号的完好性，并为用户提供干扰的存在于强度的指示和警告。NAVWAR-SA还将通过集成多个传感器来表征操作环境，这些传感器能够检测、识别和地理定位有意和无意干扰源。

APNT / Space CFT主任Willie Nelson说：“这个A-CDD将使我们能够加速关键的NAVWAR技术开发，并简化为我们的作战人员加快运营相关系统的过程。“这种能力将增强我们向战场上的士兵和指挥官提供PNT可靠性的实时态势感知的能力，这将使远程精确射击成为可能，并支持大规模地面作战行动的机动自由。”NAVWAR-SA将使陆军部队能够实时“感知”PNT环境，使指挥官和部队能够在全球定位系统降级或被拒绝时自信而精确地进行机动。这是NAVWAR行动的关键要素。APNT CFT 与整个现代化企业的组织协调，使 NAVWAR-SA A-CDD 获得批准。陆军太空和高空能力管理人员在制定书面要求和通过审批程序方面发挥了重要作用。

“NAVWAR-SA A-CDD中规定的要求是为士兵开发专用NAVWAR能力的第一步，也是提高作战行动杀伤力的关键推动因素，”陆军太空和高空能力经理Tim Dalton上校说。A-CDD 详细介绍了利用新的和现有的解决方案进行快速原型设计、测试和士兵评估的方法。APNT/Space CFT 将利用“购买、试用和决定”过程来加速关键使能技术的开发，并简化将可扩展、可互操作和敏捷的能力过渡到现场的过程。该过程将为NAVWAR-SA对当前和未来陆军系统的要求提供信息。

“NAVWAR-SA将加强陆军在PNT挑战环境中开展军事行动的能力，”APNT / Space CFT的NAVWAR主任兼北约NAVWAR能力团队主席David Pinckley说。“不幸的现实是，我们的系统将继续受到对手的挑战，因此我们正在与我们的联合和联盟伙伴合作，以保持军事能力，同时减轻干扰的影响。

NAVWAR 是三个 APNT/Space CFT 签名努力之一，它将结合国防部现有的 NAVWAR 政策提供进攻性和防御性 NAVWAR 能力。开展军事行动的联合部队和联军将利用 NAVWAR-SA 来协调和实施缓解行动，以克服 PNT 挑战的环境。APNT / Space CFT计划在Project Convergence 21和CFT在新墨西哥州白沙导弹靶场举行的年度PNT评估演习期间评估和测试NAVWAR-SA原型。

 二、如何打赢导航战？

1. 美国如何保卫关键的定位、导航和授时系统？

为美军及其盟国提供定位、导航和授时能力（PNT）的系统已成为军事行动不可或缺的一部分。美国军方及其盟国使用这些系统，包括全球定位系统和其他全球导航卫星系统（GNSS），以实现关键的作战行动。这些行动包括：导航、创建共同的作战画面、瞄准、通信、武器制导和侦察。与此同时，美国对PNT系统的严重依赖为那些旨在降低盟军能力和战备状态的对手创造了一个有吸引力的目标。能够欺骗信息的敌人——例如，通过广播虚假的GPS信号或重新利用真实信号以延迟接收——可以破坏通信线路，并可能使美国军队反对自己的盟友。此类攻击是导航战（NAVWAR）的例子，NAVWAR是一系列旨在加强友军使用或破坏敌人使用PNT数据的行动。导航战和电子战的日益突出，给美国及其盟国提出了一些关键问题，这些问题可以归结为：是否有可能识别出可以信任的信号，同时也能检测并丢弃那些受到损害的信号？

2021 年 2 月 23 日，一名美国陆军士兵被分配到第 7 骑兵团第 1 中队 ‟Wild Bill“ 排，在德国霍恩费尔斯训练区进行 Combined Resolve XV 期间的电子战训练。

2. PNT系统上的电子战

这些攻击的一个共同点是GPS信号，这是定位、导航和授时数据的主要来源。由于 GPS 通常携带微弱信号（像许多其他 GNSS 信号一样），因此它是一个相对容易扰的有吸引力的目标。事实上，一个简单的 1 瓦干扰器可以拒绝 10 公里或更远范围内的 GPS 服务。而且，由于干扰只需要低功率信号，因此检测干扰器的位置可能很困难，从而延迟了快速的应对措施。这些因素使干扰成为一种简单、廉价和有效的威胁，可以由不成熟的对手执行。

欺骗攻击是导航战的另一个常见攻击媒介。在欺骗攻击中，攻击者用虚假信号替换真实的 PNT 信息。然后，这可以欺骗目标犯错误，例如瞄准错误或进入不受欢迎的领域。试图欺骗GNSS信号的一方必须跟踪目标并实时模拟信号。虚假信号必须在功率、时间同步和位置上与真实信号紧密匹配，以欺骗接收器使用它。在许多情况下，能够有效跟踪目标的对手会发现使用动能武器进行攻击更简单。

此外，使用选择性可用性反欺骗模块（SAASM） 或 M 代码 GPS 信号的军事系统可以挫败欺骗行为，这些信号受加密保护。采用这些技术的接收器具有解密密钥，可以验证信号，使其几乎不可能被欺骗。但是，这些接收器价格昂贵，并且使用秘密解密密钥需要专门的基础设施和授权。由于这些原因，并非所有军用 GNSS 接收器都使用加密信号，而那些不使用加密信号的接收器可能容易受到欺骗。

3. NAVWAR的例子

随着世界各国军队纷纷采用PNT系统，流氓国家和非国家集团在部署航海战方面也变得更加肆无忌惮。在过去十年中的例子包括：

· 据报道，2011年，朝鲜利用GPS干扰干扰了美国和韩国军队正在进行的军事演习。

· 据报道，2017年在黑海发生的一起欺骗性攻击使大约20艘船只感到困惑，这些船只的自动识别系统将它们放置在距离实际位置约25英里的地方。

· 2018 年 10 月，在香港维多利亚港举行的一场精心编排的灯光秀中，GPS 干扰导致 46 架无人机从天空中坠落。

· 高级防御中心2019年3月的一份报告称，2019年，俄罗斯境内及周边地区发生了近10,000起GPS欺骗事件。这些事件主要发生在乌克兰周围，特别是在乌克兰和俄罗斯军队正在争夺的克里米亚半岛。

俄罗斯在各种电子战方法中投入了大量资源，提供了一种中和其他国家技术的方法，并将历史上的优势转化为负担。例如，2016年，俄罗斯宣布已在手机信号塔上安装了GPS干扰器，以破坏对其本土的巡航导弹袭击。

4. 最近关于PNT保护的政策

近年来，美国政府制定了政策立场，并提供了详细的指导，以提高关键PNT系统的弹性。2020 年 2 月，唐纳德·特朗普总统签署了一项行政命令，“通过负责任地使用定位、导航和授时服务来加强国家复原力”。该文件认为，对PNT系统的攻击是对关键基础设施的威胁，可能会危及健康和公共安全。它还命令美国国家标准与技术研究院（National Institute of Standards and Technology）为其PNT系统制定与其网络安全风险管理框架相当的网络安全建议。2021 年 2 月，根据该命令的指示，美国国家标准与技术研究院发布了“基础 PNT 概况：应用网络安全框架负责任地使用定位、导航和授时 （PNT） 服务”。该文件为使用 PNT 服务时的风险管理提供了一个灵活的框架。它认识到PNT系统容易受到干扰和操纵（无论是自然的、人为的、有意的还是无意的），并就用户如何发现对服务、设备和数据的威胁提供指导。该文件还包括帮助组织检测对 PNT 服务的攻击（例如干扰和欺骗）的信息，以及如何有效响应上述系统的中断并从中恢复。

2021 年 3 月，美国陆军保证定位、导航和授时/空间跨职能团队批准了“导航战态势感知简化能力发展文件 （A-CDD）”。该文件要求对作战人员的NAVWAR-SA能力进行实验和快速原型设计。该计划旨在为陆军部队提供实时评估他们正在使用的PNT系统的能力，并在GPS降级或被拒绝的情况下提供有益的功能。APNT / Space CFT主任Willie Nelson在一份声明中说：“这个A-CDD将使我们能够加速关键的NAVWAR技术开发，并简化为我们的作战人员加快运营相关系统的过程。“这种能力将增强我们向战场上的士兵和指挥官提供PNT可靠性的实时态势感知的能力，这将使远程精确射击成为可能，并支持大规模地面作战行动的机动自由度。”

5. 反导航战的对策

为了应对PNT系统成为电子战攻击的目标，军队和私营部门开始开发有效的防御导航战。其中包括监控PNT信号完整性的措施，提高PNT系统的弹性，以及使用人工智能来检测和挫败未遂攻击。

（1）完好性监控。

通过监控PNT信号的完好性，用户可以确定它们是否值得信任。经过身份验证的信号为完整性监控提供了强大的工具。这些解决方案包括：

SAASM：军用 GPS 接收器使用这项技术来解密精确的 GPS 观测数据。2006年之后部署的军事接收者被要求使用SAASM。

M 代码：这种用于美国行动的 L1 和 L2 GPS 频段的军事信号由 2018 年首次进入轨道的 GPS Block III 卫星提供。M-Code 旨在提高对 GPS 威胁（如干扰和欺骗）的抵抗力。联邦法律要求 2017 年之后购买的军用 GPS 设备能够使用 M 代码。由于这项技术相对较新，美军才刚刚开始在部署中使用带有这种信号的设备。欧盟成员国的一些力量也开始获得M-Code。

PRS：公共监管服务局通过欧盟的卫星导航系统伽利略为政府用户和敏感应用程序提供加密导航服务。

OSNMA：Open Service Navigation Message Authentication 启用 Galileo 信号的身份验证。这提高了信号的鲁棒性，并确保信号未被修改。

美军还可以通过关联由具有不同攻击面（例如原子钟和惯性测量单元）的各种传感器提供的信息来评估PNT信号的完整性。如果所有传感器都一致，则更能保证易受攻击的传感器（例如 GNSS 接收器）的完好性。但是，如果一个传感器与其他传感器不一致，则该传感器可能会被认为是可疑的，无论是故障还是妥协。

行为监测是评估PNT系统完好性的另一种方法。通过观察PNT信号的行为，如丢失、不连续性、异常信号波动、数据位变化或其他异常情况，该技术可以检测出源的潜在故障或错误操作。

（2）对于希望防御电子战攻击的组织来说，提高 PNT 系统的弹性是主要目标

抗干扰天线和 M 编码接收器是有助于提高 PNT 弹性的两种常见措施。抗干扰解决方案使用智能技术，例如受控辐射模式天线，以专注于卫星信号并远离干扰。M 代码接收器使用更高功率的信号来抵抗干扰和干扰，并使用加密等安全功能来阻止欺骗攻击。通过结合不同的服务和技术，美军可以克服削弱这些PNT防御中的一个或多个的攻击。一种常见的组合是使用惯性测量单元和 GNSS 接收器来提供导航弹性，同时使用精密保持振荡器来提供定时弹性。由于这些设备是独立的传感器，不依赖于外部参考，因此它们几乎不受干扰和欺骗的影响。然而，这些设备中的微小误差会随着时间的推移而积累，使其不如GNSS 准确，尤其是在长时间拒绝 GNSS 的情况下。

更高级别的集成度可能会添加其他导航信号以补充 PNT 解决方案。例如，新的低地球轨道卫星提供的导航信号类似于全球导航卫星系统，但信号强度要强得多。这些卫星离地球更近，因此更难扰。通过使用不是专门为导航而设计的无线电信号，例如用于手机或数字电视的无线电信号，可以实现进一步的复原力。测量发射机的时间延迟或这些信号的到达角度（通常称为“机会信号”）可用于确定位置。组合可能包括几个不同的传感器，例如摄像头、激光雷达（光探测和测距）、雷达和数字地图匹配。许多自动驾驶汽车在其驾驶系统中使用这种方法，将环境的视觉感知与存储在内存中的周围环境知识相结合。

（3）利用人工智能技术

移动系统正在不断发展，以处理更强大的处理器、更大的内存和更先进的软件，但人工智能也可以提高效率，特别是在PNT应用方面。例如，许多商用GNSS接收机使用AI技术在城市环境中实现多径接收。人工智能在视觉导航系统中也被证明是有效的，在视觉导航系统中，它被用来识别物体和参考点的模式。在这些场景中，AI 可以在对象周围导航并使用它们来实现更准确的导航。“人工智能现在正在被应用于NAVWAR情况，通过训练算法来检测干扰和欺骗的存在，并提醒系统注意任何威胁。随着新威胁的出现，算法会进行更新，以便继续保护PNT系统。通过分析GPS接收器通常提供的信息模式，如位置、速度和时间，算法可以评估数据是否可疑，以及是否可能是欺骗的结果。例如，2021 年，美国国土安全部发布了 PNT 完好性库和 Epsilon 算法套件，以防止 GNSS 系统的欺骗。该套件旨在为 PNT 用户提供基本的欺骗检测功能，而无需修改现有的 GPS 接收器。此类发布的一个主要优势是，随着新威胁的出现，AI 算法可以摄取攻击模式的数据并随着时间的推移进行学习，因此它们在保护 PNT 系统方面变得更加先进。

6. PNT 保护的未来

电子战在过去十年中不断发展，美国军方和文职领导层做出了更大的努力，优先考虑开发能够抵御对美国系统攻击的防御系统。例如，美国国家科学技术委员会（National Science and Technology Council）发布了PNT弹性的国家研究和开发计划。该计划支持提高服务弹性的三个总体目标，包括全球定位系统弹性和开发额外的PNT能力和服务。它还优先考虑 14 个研发目标以实现这些目标，其中包括 PNT 漏洞的建模、模拟和测试。该计划要求改进能够检测和缓解PNT中断的工具，并确定如何安全地集成多个PNT服务来源。军方还在努力发展PNT防御系统。美国陆军在新墨西哥州白沙导弹靶场举行的年度PNTAX演习已被用于测试各种技术，包括火力系统和弹药以及导航战传感器系统和架构。在测试期间，士兵在被拒绝访问PNT服务的环境中行动。他们就全球导航卫星系统面临的威胁和应对这些威胁的对策提供了反馈。“让士兵参与正在开发的东西很重要，这样它就可以以有利于士兵的方式进行，”PNTAX 20联合弹药司令部负责人约翰塞克斯顿上尉在一份陆军报告中说。“我们需要有一个直观的系统，在紧张的战斗情况下易于理解和操作。”通过采用能够更好地监控信号完好性、提高系统弹性并利用人工智能学习攻击模式的工具，美国军方正在为保护其宝贵的 PNT 能力奠定基础。