地球磁场差异图。（图片来源：视频截图/YouTube）
【看中国2021年11月26日讯】（看中国记者戈御诗编译/综合报导）GPS曾经是导航奇迹，是美国最重要的军事资产，它决定了美国军队的战略与战术能力，但是GPS遭遇了到前所未有的挑战。首先，太空中的GPS卫星已经无法确保在战时的安全，一旦GPS卫星被敌方打掉，短时间内难以及时补充。其次，GPS信号很容易被干扰，多个国家，包括中国和俄罗斯，已经设计了反GPS系统，烟盒大小的干扰设备，就能有效破坏方圆十几公里内的GPS信号，而且制造成本相当低廉。在第二次海湾战争中，伊拉克军队就使用外购的GPS干扰系统，让美军的多枚战斧导弹偏离了预定目标。依靠GPS进行精确导航和智能武器的精确瞄准的美国军队，如果缺少GPS导航，阿帕奇可能飞出去就回不来了。在这种情况下，五角大楼需要可靠的替代品。这就是为什么美国海军正在研究利用地球磁场的异常进行导航，该项目被称为“利用地球磁场异常相关定位”（PUMACE）。此外美军也在探索全天候环境指纹导航系统。
利用地球磁场异常相关定位的导航
地球磁场是地球本身的磁效应，具有全天时、全天候、全地域的特点，指南针就是古代人类就利用地球磁场的例子，现代研究发现，地球磁场是相对固定的矢量场，在不同的地域具有不同的磁场强度和矢量方向。据报道，各国已对地球磁场进行了较为精确的测量，并绘制了覆盖全球的磁场地图，名为“磁异常图”。地磁导航系统测量所处位置的磁场数据，和磁场地图比对，来确定位置。
美国空军和麻省理工学院的人工智能加速器，组成的联合研究团队，在去年的研究结果表明，利用人工智能算法分离并消除飞机等载具自身磁场带来的测量误差，地球磁场的测量精度有望达到10米左右，而GPS的精度约为3米。不过，相比脆弱的GPS，地磁导航非常稳定，几乎不可能被干扰，更不可能被摧毁。联合研究团队中的戴维·雅各布空军少校称，鉴于地球及其磁场的大小，只有核爆炸规模的干扰才能影响到地磁信号。
《福布斯》报导，美国海军希望进一步完善这一过程。海军招标书写道：“地壳场的变化感应可以导致准确的定位；然而，由于地壳场与核心场相比是如此的弱，需要先进的矢量传感器进行感知。目前的标量传感器能力有限，不能感知地球地壳场的微小变化。希望船舶和潜艇的磁传感器，至少能精确到10米，最好是5米，重量应该小于15磅，使用的功率小于5瓦。”
海军的PUMACE项目的目标是，开发足够精确和可靠的系统，以协助和纠正惯性导航系统（INS）中的任何错误，惯性导航系统也是独立于GPS运作的。该项目的第一阶段要求确定测量行星磁场异常是否可行，以及为此所需的传感器是否可行；第二和第三阶段将涉及开发技术规格和工作原型。
全天候环境指纹导航
与此同时，美国也在发展全天候环境指纹导航，减少军事系统对GPS的依赖。其原理是，当飞机飞行到某个地点的时候，可以感知特定位置所具有的时间的阳光、月光和星光与地形所综合而成的地域“指纹”，每个指纹都对应特定的地点。
预计该系统，将包括人工智能（AI）、地理信息系统、数字化地球、数字化海洋系统，利用太阳、太空星座的周期性位置数据，结合地磁场的全球分布数据，作为核心导航数据，利用数据模型修正精度修正。这种庞大数据驱动的智慧导航系统，需要积累大量的数据，利用超级计算机进行仿真计算。同时，机载系统也需要更为高效的算法，才能存储这些数据。
一旦这套系统研制成功，美国大部分精确制导武器的抗干扰能力将获得极大的提高，因为指纹计算主要是基于可见光和红外等传感器获得的，干扰起来非常困难。目前还很难确定这套系统导航精度和可用性，但即便精度不如GPS，也可以确保战时获得不对称的优势，因为在这套系统下，战机和坦克等攻击平台完全可以保持静默。
来源:看中国
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