定位、导航与授时（PNT）服务为军事指挥控制、态势感知、信息网络与目标瞄准等提供关键能力。2023年，各国继续完善PNT体系建设，开发先进PNT解决方案，在聚焦卫星导航系统能力建设的同时，更加重视发展卫星导航拒止条件下的补充和替代PNT技术。
持续的俄乌冲突和新爆发的巴以冲突中GPS干扰/欺骗行为不断增加，攻击卫星导航系统已成为现代战场的典型特征之一，如何确保在强对抗条件下依然能够使用天基PNT服务成为当务之急。美、欧、俄继续提升卫星导航服务性能和韧性并推进新一代卫星导航技术研发。特别是美国作为全球导航卫星领域（GNSS）的领先者，为维持其在PNT领域的技术优势，又一次发布GPS现代化报告，全面审视、分析GPS现代化面临的挑战并寻求应对措施；在继续部署GPS第三代系统的同时积极研发各类补充PNT解决方案和新的替代系统，弥补能力缺口，开发部署综合PNT装备，努力实现稳定可靠的高精度PNT服务，满足不同战场需求。
而在发展替代PNT技术和增强PNT服务韧性需求驱动下，新兴PNT技术如量子导航、低轨卫星导航等的应用探索进一步深化并向工程应用迈进，人工智能也更多应用到创新PNT系统中。
1 当前冲突中卫星导航干扰/欺骗持续增加
2023年，随着俄乌冲突的持续和巴以冲突的爆发，GPS干扰与欺骗持续增加，进一步暴露了当前GNSS系统普遍存在的风险，也凸显了发展GNSS备用和补充技术的迫切需求。
2023年10月，巴以爆发新一轮大规模冲突。10月15日，以色列国防军宣布，出于多种作战需求对作战区域内的GPS使用进行限制。受到哈马斯突袭后，以色列一直在部署建立一个广泛的欺骗系统，扰乱其北部空域的GPS信号，以阻止黎巴嫩真主党和哈马斯的无人机和导弹袭击。以色列国防军在一份声明中表示，正在“以积极的方式破坏卫星导航系统”，并警告市民这种中断可能会导致基于位置的应用程序暂时中断。
以军采用欺骗技术可使使用GPS系统的飞机、精确制导导弹偏离目标位置。虽然以政府并未透露其技术细节，但有专家认为很可能采用了模拟器，在利用GPS天线捕获信号后，简单地重新播发经过篡改的信号。美国智库安全世界基金会的专家称，美国和其他西方国家以前也进行过大规模欺骗演习，但不是发生在战争期间。乌克兰和俄罗斯在目前的冲突中也都使用了GPS欺骗。
美太空军称，在2023年的持续俄乌冲突中，俄罗斯一直在干扰乌军使用的GPS卫星。英国皇家联合军种研究所（RUSI）在一份分析报告中指出，俄罗斯的电子干扰技术有效削弱了运送到乌克兰的美军精确制导武器的精度，如联合直接攻击弹药（JDAM）虽进行了多次抗干扰升级，但精度还是会下降。除JDAM之外，干扰还可能影响美国提供的海马斯（HIMARS）高机动火箭炮系统的性能。
根据相关新闻报道，俄罗斯出动了R-330Zh“居民”（Zhitel）车载干扰系统、鲍里索格列布斯克-2（Borisoglebsk-2）、“雨燕-3”电子战系统、SERP-VS5综合体、“波列-21”电子战系统等压制乌军GPS导航信号，尤其是其无人机导航和控制信道，以削弱、破坏其作战效果。2023年5月底，在莫斯科受到无人机袭击后，俄方开始在莫斯科干扰乌军无人机用来瞄准的GPS信号。俄罗斯航天局前局长罗戈津（Rogozin）认为，有必要在国家层面做出决定，在俄罗斯全境完全封锁和切断GPS系统。作为替代，所有俄罗斯国民可使用俄自己的GLONASS卫星导航系统。
过去几十年来，GPS系统一直是PNT技术的“黄金标准”，被全球各国普遍使用。但许多国家的安全专家也在担心GPS导航可能受到信号干扰、网络攻击甚至动能反卫星武器的干扰，从而对各国国家安全、军事安全和日常生活造成重大影响。美军方高层认为，在现代战争中，GPS将成为首要目标。为应对日益增长的冲突威胁，迫切需要加快应用新技术，提供GPS增强或替代方案。
随着现代战争场景中对GPS干扰/欺骗的增加，GPS干扰/欺骗的影响已超出战场。例如，由于商业航空飞机使用GPS作为其主要导航工具之一，GPS欺骗有可能以危险方式扰乱民用航空飞行，而瞄准军事目标的导弹由于导航错误也有可能击中平民。可以预见，在未来一段时期内，为谋求战场优势，增强GNSS系统韧性并发展各种PNT增强和补充手段仍将是各军事强国的关注重点。
2 美国防部更新PNT指令，英发布PNT能力发展新政策
2023年，美国防部更新了PNT指令，英国政府也发布了推进PNT能力发展的新政策框架。出于对卫星导航系统易受攻击或干扰的关切，两国均计划加大卫星导航可替代技术发展力度。
2.1、美国防部更新《定位、导航与授时》指令
2023年4月，美国防部更新4650.05号《定位、导航与授时》指令。美国防部指令是美国防部最基本的政策性文件，4650.05号指令明确了美国防部PNT企业的相关政策和部门职责。相比于原2021版，此次更新主要涉及两个方面：一是指派PNT监督委员会负责监管PNT替代源，原版本中PNT监督委员会的主要职能并不包括关注不同的PNT信息源；二是改变了监督委员会的领导层，将负责研究和工程的国防部副部长提升为联合主席，与负责采购和后勤的国防部副部长以及参谋长联席会议副主席共同领导PNT监督委员会。
美国PNT监督委员会负责确保美国防部PNT企业职能符合美国国家目标、国家政策和指南，并确保继续发展相互支持的系统、标准和规范，应对不断出现的新威胁。其监督职能现在包括PNT性能评估、脆弱性识别和抑制、架构开发、资源优先级以及监督实施“补充GPS系统使用的多样化替代PNT信息源”等。
负责研究与工程的国防部副部长被提升为联合主席是因为美国防部正在寻求研发一系列新能力和下一代能力，包括PNT，以更好地为潜在大国冲突做准备。根据新指令，在PNT监督委员会中，负责研究与工程的国防部副部长负责监管和指导美国防部在PNT研发与新兴能力方面的投资，审查和监管美各军种PNT研究、系统工程、开发测试、评估、分析、风险识别等流程。
美国防部主要依赖GPS获取PNT数据，美军方担心潜在对手会利用各种反太空武器破坏GPS卫星及相关系统，从而阻碍美国的军事行动。新指令将推动美各军种在统一监管下继续寻求GPS不可用或服务中断时可以使用的其他PNT技术手段。
2.2、英国将不依赖卫星的PNT列入首要议程并发布PNT能力发展新政策
近年来，英国一直在致力于提升国家PNT基础设施韧性。2023年10月，英国国家科学与技术委员会（CST）发布了《增强英国主权太空能力的优先事项》建议，其中包括四点建议，PNT列在首位。CST直接对英国首相负责，为英国科技领域发展提供政策层面的战略方向建议。CST指出，“英国应开发各种主权技术，增强或补充对全球导航卫星系统的使用；发展各种地面技术，提供不依赖于天基系统的备用定位、授时能力。”
CST建议优先发展先进授时技术，包括地基和天基原子钟，并探索低轨PNT技术的可能性或利用低轨/中轨通信星座搭载PNT载荷。英国应与合作伙伴和工业界合作，研究、开发独立于天基系统的技术，在意外或敌对行动造成太空能力被拒止时，仍能维持精确定位授时能力。这些技术包括但不限于智能天线、量子导航、持续本地化广播定位信息来源、以及PNT干扰源检测技术等。
英国科学、研究与创新部部长随后于10月18日宣布了推进PNT能力发展的政策框架，同样强调建立韧性PNT基础设施，其中包括六个技术研究方向。除了发展英国精确点定位星基增强系统（SBAS）实现依赖GNSS的自主高精度定位应用外，还提出了更为明确的授时研究和其他替代PNT技术计划，如继续推进英国国家授时中心（NTC）建设，建立由英国自己的基础设施和光学时钟组成的韧性、自主和高精度地基授时系统；建立“英国国防部（MOD）时间”，将其作为维持PNT韧性的保底手段，使用NTC提供的时间支持英国防部；建设韧性、地基和自主增强型罗兰（eLORAN）系统，作为备用定位导航手段；为量子导航仪研发提供资金；推出韧性GNSS接收机芯片等等。
这一政策框架阐述了英国未来PNT技术的研究方向。英国将继续发展自主可控PNT能力，以确保其经济和军事利益。
3 各国继续提升卫星导航系统服务性能并部署新一代系统
GNSS是PNT体系的核心。2023年，美、欧、俄等继续推进和完善卫星导航系统建设。美国继续推进GPS III系统建设和部署，并再次发布GPS现代化分析报告，审视GPS现代化面临的挑战。目前GPS新旧卫星一起使用，一些新卫星的能力，包括增强抗干扰能力，因新一代运控系统建设和部署一再延期，滞后于空间卫星和用户设备的部署，还不能完全使用。欧盟继续提升伽利略系统导航服务性能，并加紧开展伽利略第二代系统研发，同时加快推进伽利略系统军事应用开发。俄罗斯继续更新GLONASS星座，发射了首颗GLONASS-K2第四代导航卫星。区域卫星导航系统则呈现出扩展星座规模的趋势，印度导航星座统发射首颗第二代卫星，日本“准天顶”系统也提出了新的星座扩展计划。
3.1、美政府再次发布GPS现代化报告，继续推进GPS III系统建设和用户设备研发部署
GPS系统是美军及其盟友的主要PNT源。美军GPS现代化的目标是通过增加具有强大抗干扰/反欺骗能力的军事专用M码信号，维持并增强GPS现有能力和优势。2023年，美国政府审计署再次发布GPS现代化报告，全面审视GPS系统现代化面临的挑战，积极寻求应对措施，持续推进第三代GPS系统卫星发射与在轨测试、新一代用户设备研发部署以及天基前沿导航技术探索。
（1）美政府审计署再次发布GPS现代化评估报告
2023年6月，美国政府审计署（GAO）发布《GPS现代化——太空军应重新评估卫星和手持设备需求》报告。GAO曾在2022年发布GPS现代化评估报告，重点评估M码用户设备的研发部署现状。相比于2022年的报告，新报告强调了GPS M码地面运控段延期交付可能带来的风险，重点分析了M码空间卫星和军用GPS用户设备增量2研发面临的问题。
M码空间段：未来或面临M码卫星数量不足问题
目前GPS星座中已有25颗卫星具备M码能力，包括GPS IIR-M、GPS IIF和GPS III，满足了空间段至少有24颗M码卫星的M码完全运行能力要求。
但该报告指出，美国防分析研究所的一项研究——后得到美太空军自己分析证实——确定至少需要27颗具有M码功能的GPS卫星才能满足M码用户设备需求，包括垂直位置和时间精度等。报告分析认为，从2030年开始，越来越多旧卫星，尤其是IIR-M系列卫星将达到预期运行寿命，美国防部可能无法在未来十年内保持27颗M码卫星的可用性。另外，美太空军也尚未批准27颗M码卫星星座需求。这可能导致国防部优先考虑其他工作，使作战人员的GPS用户设备性能低于所需水平。目前，在此报告督促下，美太空军正在考虑GPS星座未来新计划，包括增加更多M码卫星的可能性。
M码地面运控段：一直处于延期交付状态
GPS下一代运行控制系统（OCX）计划可实现完整的M码能力，分为Block 0、1、 2和3F几个阶段实施。Block 0已于2017年交付，截止到目前，已支持了6颗GPS III卫星的发射。Block 1和2因软件开发缺陷等问题一直处于延期交付中；Block 3F则基于Block 1和2，是发射和控制后续GPS IIIF卫星所需的增强型地面系统，但由于Block 1和2尚未完工，它们不能为Block 3F开发提供稳定基线。
目前，美太空军尚未最终确定新的OCX进度表。目前的时间表几乎没有余量，如果测试中暴露出更多缺陷或出现其他问题，项目可能会进一步延迟交付，从而延长美太空军必须依赖当前控制系统的时间，而当前控制系统只有过渡到OCX才能使用M码的全部能力。延期加重了OCX与空间段和用户设备段发展严重不一致的问题，这意味着GPS III卫星和具有M码功能的用户设备均已到位，但仍不能使用M码的全部能力。
OCX·Block·3F正通过增量交付能力方式来降低进度风险。计划用三个连续能力包交付其能力，第一个能力包支持GPS IIIF卫星发射能力，目前计划于2024财年第二季度交付。第二和第三个能力包实现增强的M码信号以及其他现代化能力。该项目计划在2027财年第一颗GPS IIIF卫星发射之前完成所有三个增量。
M码用户设备：MGUE增量2手持M码接收机或无法达到性能目标，且用户数量不足
美军通过军用GPS用户设备（MGUE）项目开发部署新一代M码用户设备。MGUE分为两个阶段：增量1和增量2。增量1开发陆用M码卡和航空/海事M码卡。2022年地面卡开发完成，目前已准备采购和部署。2023年3月，承包商向美国政府交付了航空/海事卡，以支持集成和测试。
增量2主要涉及两方面的工作：一是开发新一代更小、能耗更低的ASIC芯片并将其与更小的M码板卡集成；二是在上述芯片和板卡基础上，开发手持式M码接收机。到目前为止，几家开发芯片和板卡的承包商都还未能完全满足性能需求，这意味着这种手持接收机可能达不到性能目标。该项目办公室正在考虑降低一些需求。
另一个挑战是这种手持M码GPS接收机缺乏主要用户。根据增量2的采办策略，美陆军是最大潜在客户，但陆军表示并没有采购这种手持设备的计划。美陆军已经制定了自己的M码手持设备开发计划，其中一些工作比增量2更进一步。美海军陆战队也在考虑其他选择。美太空军希望通过增量2扩展M码技术的使用，但面临耗费大量资源却无法获得相应军事收益的风险。
（2）GPS III卫星完成交付，2024财年将暂停新卫星采购
鉴于目前仍有4颗GPS III卫星等待发射，美太空军认为其卫星数量已超出了其发射能力，因此在2024财年预算申请中决定暂停后续GPS IIIF卫星采购，但仍将大量投资新一代地面系统和用户设备。
（3）M码用户设备研发取得一定突破
M码用户设备研发是GPS现代化的核心内容之一。目前，美军大部分GPS用户设备尚不能使用M码信号。MGUE增量1和增量2的设计都是为了向美军交付安全PNT性能，实现导航战行动，增强抗干扰、反欺骗能力并实现蓝军跟踪电子攻击。2023年，美军距离实现这些目标又近了一步。
MGUE增量1航空/海事GPS接收机卡迈向平台集成阶段
2023年4月，MGUE增量1航空/海事GPS接收机卡完成技术需求验证，达到了采购项目基线里程碑，2023年5月完成生产就绪评估，目前正在美海军“阿利·伯克”级驱逐舰、空军B-2战略轰炸机上进行集成测试。完成上述里程碑，意味着美国防部和盟友现在可以使用M码航空/海事接收机更新现有空中和海上武器系统，向平台集成和未来开发又迈进了一步。
BAE系统公司推出NavGuide GPS接收机
BAE系统公司在2023年美国导航学会（ION）联合导航会议上发布了NavGuide GPS接收机，满足作战人员对M码抗干扰、反欺骗能力的需求。该设备适用于车辆、手持设备、火炮瞄准和传感器应用。
这种新型便携式GPS设备将取代美军当前车载和非车载平台上大量使用的国防先进GPS接收机（DAGR），它易与当前DAGR机架和附件集成，可现场安装，仅需30秒，不会造成任务中断。NavGuide满足关键的军事环境要求，电池寿命超过14小时，并与现有的固定接收模式天线（FRPA）和抗干扰电子设备兼容。
BAE系统公司表示，2024年NavGuide将开始限量生产，2025年全面投产，将帮助美军在各种挑战性威胁环境下击败对手。
未来机载导航系统EGI-M成功完成首次飞行测试
现代化嵌入式GPS/惯性导航系统（EGI-M）将配备具有M码能力的接收机，被美国防部视为其未来机载导航解决方案。2023年5月，EGI-M成功在一架测试飞机上进行了首次飞行测试。
此次飞行测试标志着美军向开发下一代机载导航系统迈出了重要一步，EGI-M将使作战人员能够在敌对和对抗环境下精确导航。全面运行的EGI-M系统将采用模块化平台接口，旨在与当前平台导航系统集成，并支持先进软件和硬件技术升级。EGI-M将首先部署到美空军F-22“猛禽”战斗机和海军E-2D“鹰眼”预警机上。美国防部及其盟友的其他固定翼和旋翼平台也已选择EGI-M作为其未来导航解决方案，以支持关键任务系统。
通用动力公司推出太空M码接收机
2023年，通用动力系统公司推出了“哨兵”（Sentinel）M码GPS接收机，为低地球轨道和地球同步轨道应用提供精确位置、速度和时间（PVT）信息。该接收机还支持中地球轨道和高地球轨道，在太空任务中具有很高通用性。它以传统Monarch GPS太空接收机数字设计为基础，通过集成两幅天线显著增强了接收机性能和卫星可见性。64个GPS通道中的每一个可分配给任一天线，进一步优化了信号接收。
“哨兵”M码GPS接收机代表了太空导航技术的重大进步，它能够在各种轨道和挑战性环境中执行任务，使其成为航空航天业不可或缺的工具。
（4）新一代实验性导航技术卫星NTS-3发射推迟至2024年
NTS-3发射入轨后，将独立于GPS运行，利用相控阵天线技术，从地球静止轨道播发PNT信号，新的信号技术和先进波形将使对手更难进行干扰或欺骗。NTS-3演示的技术预计将迁移到可以作为GPS备份的军用PNT卫星，将帮助美军建立灵活和反应敏捷的卫星导航体系架构，以应对当前和未来作战人员面临的最具挑战性的威胁。
3.2、欧洲伽利略系统继续提升性能，第二代卫星进入轨道验证阶段
2023年，随着高精度定位服务（HAS）启用和开放服务导航电文认证（OSNMA）服务具备初始运行能力，伽利略系统服务精度和安全性进一步提升。伽利略系统第一代第三批次卫星由于欧洲阿里亚娜6型运载火箭不能到位，2023年未能发射，欧盟已决定2024年转由SpaceX公司发射；第二代卫星进入轨道验证开发阶段，系统地面段也在同步升级。特别值得关注的是，在2023年的慕尼黑卫星峰会上，欧盟委员会首次允许公开谈论了伽利略系统两个最大防务应用项目的推进情况。
（1）伽利略导航精度提升至0.2米，开放服务导航电文认证（OSNMA）服务达到初始运行能力
2023年1月，欧空局在第15届欧洲太空会议上宣布，经过数月测试，伽利略系统的高精度定位服务（HAS）已启用，其水平和垂直导航精度分别可达到20厘米和40厘米。
这也代表着欧洲伽利略系统（目前包括28颗在轨卫星）成为世界上首个可以直接通过空间信号提供全球高精度服务的导航星座。HAS校正信息通过伽利略E6-B信号播发，可以使用户降低轨道与在轨时钟相关误差。该信息一般无法通过智能手机或其他大众市场产品访问，只能通过高端接收机访问。不过，HAS信息也可通过互联网提供，未来有望被更广泛应用并进入伽利略开放服务标准中。HAS将成为自动驾驶、无人机系统和精准农业等新兴应用产业的支柱。未来HAS的性能水平和覆盖范围将逐步增加，为更广泛的用户和应用提供支持。
伽利略系统高精度定位服务（HAS）
此外，伽利略开放服务导航电文认证（OSNMA）服务也达到了初始运行能力，用户使用该服务可确认收到的伽利略导航数据未被修改，并且来自伽利略系统，从而增加了在数据层面检测欺骗攻击的可能性，显著增强了定位安全性。
（2）欧盟确定伽利略一代卫星后续发射计划，伽利略第二代卫星进入轨道验证开发阶段
目前，伽利略系统第一代系统尚有第三批次10颗卫星等待发射。由于原计划使用的欧洲阿丽亚娜6型运载火箭交付一再延误，2023年欧盟转而寻求新的解决方案——与SpaceX公司合作。据报道，欧盟已经处于与SpaceX达成协议的最后阶段，计划在2024年4月和7月发射4颗伽利略导航卫星。
对于伽利略二代卫星来说，2023年是关键的一年。欧空局在2023年的欧洲导航会议上宣布，2022年夏天启动的伽利略第二代卫星采购项目已经完成，伽利略二代卫星已正式进入轨道验证开发阶段。欧空局与泰雷兹·阿莱尼亚航天公司、空中客车防务与航天公司、泰雷兹Six GTS公司签署了相关合同。
第二代卫星首次采用电力推进，并采用增强型导航天线，将搭载6个（而不是4个）增强型原子钟以及实现相互通信和交叉校验的星间链路。二代卫星设计运行寿命为15年，采用全数字导航载荷，易在轨重配置，能够通过新型信号和服务来响应用户需求的不断变化。
（3）伽利略系统地面段进行重大升级，正在增加新的地面段设施
2023年，为支持公共管制服务（PRS）初始运行能力和开放服务（OS）完全运行能力以及未来二代卫星，伽利略系统地面系统正进行重大升级。
新地面任务段由法国泰雷兹·阿莱尼亚航天公司开发，以提升性能、增强服务鲁棒性和韧性为目标，将为伽利略控制中心提供虚拟化硬件和软件基础设施，为传感器站远程站点提供三重接收机链冗余。2023年5月，该公司又在法国瓦利斯（南太平洋）和荷兰博奈尔岛（加勒比海）分别增加了一个传感器站点，使系统传感器站点达到15个，增强了全球覆盖。新任务段还实现了系统扩展应急模式，通过实现导航性能平稳下降，可以应对7天的服务中断。
地面控制段升级由GMV公司负责。2023年7月，欧空局授予GMV公司价值超过2亿欧元的合同，新地面段用于监测和控制两颗二代卫星平台，计划2025年首颗二代卫星发射时投入运行。与当前地面段相比，新地面段将实现技术飞跃，其创新包括后量子密码、部署微服务、更高的自动化水平、新用户接口等。升级将使系统具有更高灵活性、可扩展性和自主性。此外，该公司还将升级设在比利时的遥测、跟踪和控制（TT&C）站，并在意大利伽利略控制中心增设TT&C新站。
新的伽利略安全设施将部署在伽利略安全监控中心，通过新的增强空间信号访问控制提升PRS能力。此外，还将实施新的最先进的网络安全监测系统。
（4）继续推进PRS军事应用发展，为欧盟导航战能力开发通用基础设施
伽利略系统依靠PRS服务为政府授权用户和敏感应用提供加密导航服务。2023年，欧盟继续推进两大PRS防务应用项目：“伽利略欧盟防御”（GEODE）项目和“用于欧盟防务的先进伽利略PRS韧性”（NAVGUARD）项目。在2023年的慕尼黑卫星峰会上，欧盟委员会首次允许项目团队负责人公开谈及这两个项目。
GEODE项目于2021年启动，旨在开发PRS军事用户设备；NAVGUARD则是属于欧洲国防基金（EDF）2021年框架下的一个项目。根据GNSS内参等网站报道，该项目于2022年授出相关合同，2023年2月召开启动会议。NAVGUARD旨在提供天基、地基监视系统、移动PRS接收机以及其他创新技术，以改进PRS服务完好性与韧性。
NAVGUARD项目耗资5600万欧元，为期4年，由11个国家的31家公司参与。NAVGUARD是对GEODE的补充。GEODE主要为移动平台开发PRS接收机，而NAVGUARD的目标是监测PRS信号完好性威胁，提供GNSS频段内非法活动探测技术并对恶意活动来源进行地理定位，为最终用户设备提供鲁棒、可信、基于PRS的PNT能力。NAVGUARD项目下正开发的一个核心要素是一套完整的监视系统，该系统包括地基传感器和天基监视子系统，还包括一个信息管理子系统，收集PRS信号完好性威胁数据并分发给用户。
GEODE项目也在按计划推进，目前正在基于不同技术，如现场可编程门阵列（FPGA）和专用集成电路（ASIC）等开发一系列安全模块，希望最终基于通用技术规范与标准交付PRS接收机，到2026年进行演示。接收机与基础设施原型开发涉及到独立PRS接收机、基于服务器的PRS接收机、海事PRS、授时与同步PRS、基于太空服务器的PRS等，应用于包括防务领域在内的陆上、海上、空中、无人机以及授时与同步平台上。
这两个项目作为欧盟最大的PRS防务项目，将为欧盟开发导航战能力通用基础设施，提高欧盟在军用PNT这一战略领域的军事竞争力，推进欧盟成员国军方装备伽利略PRS能力。
3.3、俄罗斯发射首颗第四代导航卫星
2023年8月，俄罗斯联邦航天局成功将首颗GLONASS-K2卫星发射至中地球轨道。GLONASS-K2是GLONASS导航系统的第四代卫星，卫星设计寿命10年，导航精度优于30厘米，这颗新卫星还引入了一种采用所谓“码保护选择”的新型导航信号，将共发射9个导航信号。这颗卫星的一个显著特点是采用了两个天线阵列，一个用于CDMA信号，一个用于FDMA信号。星上还载有光学反射器面板，利用国际激光测距服务站估算卫星飞行参数，以提高两个天线阵列导航信号的精度。
受西方制裁影响，GLONASS-K2发射已比原计划延期10年以上。俄罗斯计划在2024年发射多颗第三代GLONASS-K卫星和一颗GLONASS-K2卫星，继续更新GLONASS星座。
3.4、日本计划将“准天顶”导航系统卫星数量扩展至11颗
2023年，日本太空政策委员会确立了“准天顶”导航卫星系统扩展目标，计划将其卫星数量从4颗增加到11颗，让用户可在不依赖美国GPS系统的情况下在本国任何地方实现精确导航。
“准天顶”星座位于地球同步轨道，在日本和澳大利亚上空。亚洲-大洋洲地区用户通过接收“准天顶”和美国GPS卫星信号，定位精度可达几厘米。首颗“准天顶”卫星发射于2010年，自2018年至今有4颗卫星在轨运行。
目前运行4颗卫星的“准天顶”系统是对GPS的补充。达到7颗卫星时，该系统可以不依赖GPS独立工作，但精度较低，信号无法覆盖山区或高层建筑区域。而达到11颗卫星，则可基本覆盖整个日本，包括山区或城市区域。随着亚洲和大洋洲用户需求的增长，日本还希望在海外推广“准天顶”的使用。构建独立国家系统对日本国家安全而言意义重大，可减少对GPS的依赖，确保在GPS无法使用时仍能获得精确定位信息。
另外，2023年，日本根据2020年与美太空军签署的协议，接收了美国交付的两个光学传感器，计划搭载在后续发射的第6颗和7颗“准天顶”卫星上，目的是和美国合作，增强对印太地区的太空域感知能力。不过，这两颗卫星的发射日期尚未公布。
3.5、印度成功发射首颗第二代导航卫星NVS-01
2023年5月，印度航天局（ISRO）成功将该国首颗第二代本土导航卫星NVS-01送入地球同步转移轨道（GTO），卫星最终定位于地球同步轨道。
印度已建成的区域导航卫星系统（IRNSS），也称为印度导航星座（NavIC），目前包括8颗第一代地球同步轨道卫星，此次发射后卫星数量增至9颗（其中有2颗已失效）。
NVS-01质量为2232公斤，比第一代卫星重900多公斤，设计寿命12年，首次搭载印度本土开发的铷钟，取代了第一代卫星上多次出现故障的瑞士Spectratime公司的铷钟。除了现有卫星播发的L5和S波段信号外，该卫星还播发新的L1信号，这将提高与美国GPS等其他卫星导航系统的互操作性，也意味着它可以通过软件更新在移动设备上使用。
NavIC虽然仅能涵盖印度及其周边地区且精度有限，但在战略上仍起到一定作用。NVS系列卫星发射后，NavIC有望与手机兼容，民用用户也可以实现对NavIC的访问。目前，印度已将NavIC系统用于国防和民用目的，计划不断增加卫星数量，以扩大覆盖范围。
4 美国陆军寻求满足不同战场需求的PNT技术，并加速推进新一代综合PNT装备部署
美国陆军作为美军GPS系统的最大用户，装备有大量GPS终端。近年来，针对GPS易被干扰、受地形限制等自身缺陷，为维持其PNT技术优势，美国陆军不断寻求多种PNT信息源，利用开放式架构，发展可靠性更高、更灵活和更先进的综合PNT系统。2023年，美国陆军继续寻求各类PNT技术，满足GPS拒止环境下的不同作战需求。在PNT融合应用方面，继续推进车载有保证PNT系统（MAPS）和徒步有保证PNT系统（DAPS）部署。
4.1、美陆军PNT评估实验（PNTAX）测试无人地面车导航技术
2023年8月，美国陆军在白沙导弹测试场举行了第5次年度PNT评估实验（PNTAX）。PNTAX是美陆军首要的GPS和通信拒止/降级实验。实验中创建了类似于现实世界的不断发展的威胁场景，对现有和新兴天基、空中与地面PNT技术进行测试，最终加速向士兵交付先进的有保证PNT和导航战等能力。美陆军正在装备的徒步有保证PNT系统（DAPS）也在此次演习中进行了测试。
2023 PNTAX演习中无人地面车在困难条件下的定位能力受到关注。美国陆军工程研究与发展中心（ERDC）的研究团队成功演示了在不能使用GNSS定位情况下，其无人地面车在具有挑战性的道路和崎岖作战地形上的定位和自由移动能力。EDRC开发的算法在没有显著特征的环境下实现了绝对和相对定位，且几乎未受存在的GPS干扰/欺骗信号影响。这些无人地面车完全自主运行，可提供有关战斗空间的最新信息，包括地形特征、通行/禁行区域、位置和障碍类型等，显示了美陆军在GNSS拒止环境下的作战能力进步。
美陆军在2023年PNTAX中演示其无人地面车导航技术
目前，美、英、俄等已形成了初步地面无人体系。随着地面无人系统自主性和任务功能领域不断拓宽，其对导航的依赖程度越来越高。为适应复杂作战环境，地面无人系统导航技术也将越来越受重视。
4.2、寻求基于开放标准的模块化综合PNT技术，满足RF和GPS拒止环境下的城市作战需求
2023年3月，美国陆军与IS4S公司签订了一份价值950万美元为期三年的项目，开发采用开放式架构设计的即插即用PNT能力，使陆地作战士兵能够在RF和GPS拒止敌对环境中进行城市作战。
此合同属于美陆军PNT项目。美陆军一直强调采用模块化开放式系统融合多种PNT信息源，该项目将尽可能广泛利用开放系统标准，如C4ISR/EW互操作性车辆集成（VICTORY）标准、模块化开放式RF架构（MORA）、OpenVPX、REDHAWK软件定义无线电框架、软件通信架构（SCA）、未来机载能力环境（FACE）和传感器开放系统架构（SOSA）。项目围绕10个主题，包括车辆导航系统；惯性导航；定位与定向技术；导航系统辅助传感器；导航传感器融合；仿生导航；PNT系统授时；PNT建模与仿真：导航战技术；以及PNT自主和人工智能技术。美陆军将授出多份合同，目前还没有确定更多承包商。根据合同，IS4S公司将于2026年3月完成工作。
在战场边缘的作战人员获取精确授时数据的能力非常有限。为此，2023年7月，美陆军作战能力发展司令部发布了一份关于“时间分发”项目的信息征寻书，向业界寻求时间传递方法与技术，使战场边缘人员也能获得精确授时。关注领域包括：可提供纳秒、皮秒或亚皮秒同步精度和测距的无线技术；区域覆盖；时间参考美海军天文台协调世界时（UTC）；尺寸、重量和功耗满足车载、机载或步兵作战人员需求；利用现有军事系统；提供明显技术能力增强。该项目主要关注评估现有和新型军用精确时间分发技术，支持先进的分布式有保证PNT能力，新方案要与现有能力相结合。
4.4、继续采购和部署MAPS和DAPS系统
美陆军将MAPS和DAPS视为多域战的关键使能能力，并将其列入到“交付到士兵手中”的关键技术清单中。MAPS为开放式模块化移动系统，可融合多源PNT数据；DAPS相当于MAPS的徒步版本。2023年，美陆军与柯林斯签订第二代MAPS生产合同，第二代DAPS也开始交付。这两个系统将帮助美军在未来潜在冲突中应对可能存在的严重电子干扰和GPS信号被茂密植被或城市建筑阻挡等问题。
（1）与柯林斯公司签订第二代MAPS生产合同
第一代MAPS目前处于维护阶段，承包商通用动力任务系统公司的子公司GPS Source已经交付并部署了1803套系统。第二代MAPS是该系统目前的在案项目，由柯林斯航空公司开发。美国防部作战测试与评估主任办公室在2023年1月发布的报告中称，二代MAPS在试验中表现良好，“提高了态势感知能力，协助个人和分队导航，使作战分队在GPS对抗环境中向多个目标移动时仍能保持作战节奏。”
2023年6月和8月，美陆军分别与柯林斯签订了6400万美元和2490万美元合同，采购二代MAPS系统设备，包括柯林斯公司的NavHub-100导航系统和多传感器天线系统（MSAS-100）。二代MAPS具有M码能力并通过现代化信号跟踪增强GPS完好性，提升了可靠性。系统通过融合不同传感器数据，在GPS威胁环境下提供精确导航。该技术将应用于一系列装甲平台，包括“艾布拉姆斯”坦克和“帕拉丁”火炮以及轻型装甲车，如斯特瑞克装甲车和悍马车等。柯林斯公司称该系统提供了“针对最严重和不断发展的威胁的最高级别保护”。
（2）第二代DAPS开始交付
2023年10月，TRX系统公司宣布正在向美国陆军交付第二代DAPS解决方案。在此前的2023年3月，美陆军授予TRX一份为期7年价值4.02亿美元的二代DAPS系统合同。
二代DAPS是一种小型手持设备，采用高效功率利用算法，可在GPS信号受到破坏或其他数字系统受到攻击的情况下为作战人员及其作战系统提供连续可靠的PNT数据流。为实现这一目标，该设备融合了多种PNT源输入，包括GPS M码设备、GPS性能降级时补充位置和时间数据源、惯性传感器等。二代系统是一代系统的改进版本，既能独立使用，也支持与其他士兵穿戴装置如“奈特勇士”集成，还可以将PNT信息分发到定制的战术手表。TRX二代DAPS解决方案采用模块化架构，并遵循美陆军PNT接口标准，随着威胁的发展，可很方便添加新的PNT传感器。
5 新兴导航技术正从实验室走向实际应用，并开始呈现多技术融合应用趋势
2023年，在可替代PNT技术需求和增强PNT服务韧性需求驱动下，军方和业内围绕新兴PNT技术如量子导航、低轨卫星导航等的应用探索进一步深化并向工程应用迈进；美空军的首次实时磁导航演示取得突破性成果，特别值得关注的是该演示中融合利用了地磁导航、人工智能和量子导航技术，展现了新兴技术融合发展带来的优势；近两年军方已开始初步研究和实验的μ介子新型导航技术也取得进展，成功完成室内和地下导航首测。
5.1、量子惯性导航从实验室研制走向实际环境测试
量子导航是导航定位方向未来发展的一个重要领域。美国一直把量子导航技术列为高优先级，并启动了一系列项目和计划，英国、澳大利亚、日本等也已将量子PNT能力发展作为国家重点。
目前，量子惯性导航技术最有望实现实际应用并发挥重大价值。2023年，量子惯性导航开始从实验室研制走向实际环境测试。
（1）美国防创新部门（DIU）希望向太空发射量子导航传感器
在美国国防部国防创新部门（DIU）的资助下，2023年8月，加州初创公司Vector Atomic与霍尼韦尔航空航天公司合作交付了一款原子惯性导航传感器。该传感器不依赖GPS或其他外部信号源，可在太空环境中进行高精度测量，具有广阔应用前景。
目前在空中、海上、地面和太空平台上使用的惯性导航设备在提供短期位置、速度和姿态数据方面非常鲁棒。但这些设备随时间推移会积累测量误差，需要依靠GPS或其他系统的外部更新才能长时间提供准确的位置数据。而量子导航传感器利用原子的量子特性进行测量，具有高度稳定性和灵敏度，可避免这一问题，非常适于军事应用。
DIU并未公布这一量子传感器的太空任务细节和预计发射日期。原子钟已在GPS卫星上运行多年，但除此以外，其他形式的量子传感器还未走出实验室。DIU希望能尽快将此技术推进到系统工程和原型设计阶段。它的出现标志着量子传感技术进入了一个全新的里程碑阶段，未来有望在军事、民用等领域发挥重要作用。
（2）英国海军成功开展量子导航传感器海上测试
英国帝国理工学院2018年公布的首款“量子加速度计”原型也有了新进展，该技术经不断完善，进入了现实环境测试。2023年5月，帝国理工学院与英国皇家海军合作，在英海军XV Patrick Blackett实验舰艇上测试了这种量子加速度计。它使用超冷原子干涉仪进行高精度测量，能够消除传统加速度计长时间无外部参考后产生的漂移，具有在无GPS环境中进行持续精确定位和导航的应用潜力。例如，潜水艇在水下时无法利用GPS，系统可以内置到水下舰艇中。
不过，这项技术也有其局限性。如，加速度计无法区分微小的引力效应和船只运动引起的加速度，因此需要非常好的重力图才能使用量子加速度计正确导航。
量子加速度计被专家视为量子创新前沿的一项开创性技术，英国海军对此表现出了浓厚兴趣，希望继续测试和完善该技术。
5.2、低轨卫星导航正加快集成到国家安全太空架构中
低轨星座是卫星导航领域的新热点，在增强PNT能力方面具有独特优势。低轨PNT卫星具有轨道高度低、信号传播损耗小、卫星运动速度快有助于定位收敛等优势，采用新型导航技术和更宽信号频段能够解决各种特定用户需求，包括更快定位、更高精度、更高韧性和更强信号穿透能力。将传统中轨GNSS星座与低轨卫星导航相结合，已被广泛视为一种积极的发展战略。
（1）Xona空间系统公司与美军合作加快构建低轨PNT服务架构
Xona空间系统公司目前正与美国空军研究实验室和美国太空军合作，加速开发能够利用该公司PULSAR服务的低轨PNT架构。
PULSAR是一种利用低轨小卫星的商业卫星导航服务，通过增强现有GNSS来提高PNT的安全性、韧性和准确性，同时也可作为一个独立的PNT星座运行，可作为替代GPS的韧性导航方案。2022年底使用“Huginn”演示卫星展示了其低轨PNT专利架构能力之后，Xona与美空军签订了相关合同。
Xona公司于2022年发射了首颗商用低轨道导航卫星Huginn，下一阶段目标是发射大约40颗卫星，为中纬度人口中心提供1颗可见卫星的低轨GNSS增强服务。最终目标是部署一个由近300颗卫星组成的星座，提供GPS级别的卫星可视性和几何布局。这些卫星的设计具有在轨灵活性和更快更新周期，以跟上不断增长的PNT需求。
2023年5月，Xona公布了其在轨PNT演示任务所取得的成果，包括
成功将低轨PNT精确信号从太空传输到地面；
验证了Xona能够使用其内部开发的精密卫星硬件和软件堆栈提供厘米级用户定位；
演示了Xona专有数字导航波形生成器的在轨可编程能力；
展示了使用低成本商用现货组件的精确卫星导航能力；
验证了Xona的专利分布式时钟架构，该架构是在没有大型星基原子钟的情况下提供精确PNT的关键支撑要素。
这些成果代表了天基PNT和整个GNSS业界的重大飞跃。Xona正将其功能集成到传统GNSS用户设备和GNSS仿真工具中，将继续验证和优化其低轨PNT技术。
Xona公司表示，与美空军和太空军的合作将为将PULSAR服务无缝集成到美国国家安全太空架构中奠定专业基础。美空军官员则表示，这项工作中吸取的经验将为未来防务项目铺平道路，成功利用商业空间资产实现灵活多样的卫星导航，增强应对敌方威胁的韧性。
（2）美太空发展局与陆军开发基于“扩散型作战人员太空架构”传输层的低轨PNT方案
美国太空发展局（SDA）正在研究如何通过即将推出的“扩散型作战人员太空架构（PWSA）”提供替代PNT服务，其中包括SDA和美陆军之间的合作。PWSA将由数百颗低轨卫星组成，提供关键数据中继、导弹预警和导弹跟踪能力。
图尔尼尔表示，为了更快获得替代PNT能力，SDA将首先在2024年开始发射的PWSA传输层1期卫星Link 16数据链中嵌入导航信息。借助Link 16在卫星之间传送时间信息，可独立于GPS在卫星上计算PNT，性能虽然不及GPS，但可作为备用方案。
Link 16早在20世纪80年代在GPS用于作战前就在使用，也用于提供导航、授时功能。Link 16是美军及盟友数千部军用无线电和接收机的标准数据传输链路，用户不需要做任何改变就可接收嵌入的导航信号。使用现有已装备的用户设备使美军能以最快方式获得替代PNT能力。
展望未来，SDA还在研究未来通过L波段或S波段播发替代PNT信号，这将需要开发新用户设备。2022年11月，SDA已经就此向业界发布信息征求书，寻求L波段低轨PNT载荷。这种能力可以集成到PWSA传输层3期或4期卫星上，SDA计划在2028年之后就该方案做出决定，届时将确定如何配置后续传输层3期和4期卫星。
（3）欧洲继续推进低轨PNT项目
2022年在欧空局部长级会议上获批的低轨PNT卫星项目将很快开始测试一个由至少10颗卫星组成的小型低轨星座。2023年，欧洲航天局发布了新的招标邀请，号召欧洲公司加入低轨PNT项目。该招标涵盖该在轨演示项目的所有方面，包括太空和地面段、系统工程方面、运行、发射、测试用户段、实验和代表性用户环境中的服务演示。
欧空局认为，就技术性能而言，传统GNSS系统正迅速接近其潜力极限，虽然GNSS仍将是PNT服务的基本支柱，但现在需要新的替代方案。欧空局希望通过此低轨PNT项目实现一种新型多层卫星导航系统之系统，提供更精确、鲁棒和可用性更高的泛在无缝PNT服务。
5.3、美空军借助量子导航和人工智能实现实时磁导航
2023年5月，在美军“金凤凰”演习期间，美国空军-麻省理工学院人工智能加速器（AIA）团队在3架C-17“环球霸王”运输机上首次成功演示实时磁导航技术，取得系列突破性成果。
这次试验是美空军磁导航（MagNav）项目的一部分。磁导航利用地球磁场进行导航，难以干扰和欺骗，被美空军视为补充GPS能力的一种必要选择。但实时磁导航的实现非常困难，特别是现代飞机上配备的灯、发射机、计算机和其他设备都会产生电磁噪声并中断计算，磁导航的核心挑战之一是从噪声中挑选出清晰信号，准确读取地球磁场。
美空军磁导航项目团队通过其磁导航开放挑战赛展开全球协作，改进了AIA的神经网络架构，利用人工智能和机器学习能力，从整个磁场中消除飞机电磁噪声，并通过与已知磁场图的比较来推导实时位置。该神经网络在飞行过程中用一台商用笔记本电脑在数分钟之内即完成了训练。
此次实验的另一个特点是使用了量子传感器测量地球磁场。2023年1月，美空军授予SandboxAQ公司量子导航技术合同，优化其磁导航工具。这种量子传感器对电场和磁场变化高度敏感，可以补偿GPS系统在复杂、恶劣环境中失去的精度，解决GPS面临的障碍物引起的弱信号、过度噪声、低信噪比以及敌方干扰等挑战。量子传感器与人工智能集成，可提高数据处理速度和准确性。
磁导航设备安装在C-17“环球霸王”运输机后部
此次测试的磁导航系统精度约为1千米，明显低于GPS系统。但该项目团队认为，对于大多数任务而言，在视觉导航或地标识别等传统工具接管并引导飞机到达最终目的地之前，导航到1千米已足够。磁导航在C-17上的成功演示是美空军增强导航能力的一个重要里程碑。美空军在一份新闻稿中称，磁导航应用于飞机只是一个开始，未来磁导航实验还可能会在潜艇、高超音速滑翔飞行器和小型无人机上进行。
尽管测试取得了成功，但要在军用飞机上安装磁导航系统可能还有很长的路要走。目前创建磁场图的过程需要耗费大量时间和资源，美空军项目相关官员表示，未来可能采取众包方式解决磁地图绘制问题。除此之外，另一挑战是将磁导航系统集成到飞机上。磁导航不是飞机可选的唯一备用PNT系统，有可能和天体导航、机会信号或地形相关导航等方法一起作为补充手段，最终形成一种没有单点故障的多样化导航系统。
5.4、日本成功研制出可在无GPS信号的建筑物内部工作的μ介子新型导航系统
2023年，日本东京大学的科学家成功开发出“μ介子无线导航系统”。这种新型导航系统基于对宇宙射线μ介子流运行的追踪与分析。μ介子可轻松穿过无线电信号无法穿透的高密度材料。这种导航方式可解决建筑物内部、地下和水下无卫星导航信号的导航迷失问题。
目前，世界上已经存在μ介子传感器，可通过分析这种粒子的运行探测隐蔽目标。日本科学家将这种技术用于确定携带传感器者在建筑物内的位置。目前，首次试验已取得成功。为了测试这种系统的导航能力，参考探测器被放置在一栋大楼的六楼，“导航者”则携带接收器前往地下室，并在地下走廊慢慢走来走去。该系统目前精度为2～25米，有时达到100米，主要与目标的移动速度及距离有关。研究人员认为将芯片级原子钟应用于这种导航系统将实现1米精度的实时测量。
6 结语
随着社会经济和军事应用对卫星导航依赖度不断加深以及卫星导航易受干扰、欺骗等固有缺陷凸显，以GNSS为核心，发展各类PNT技术和更具韧性的综合PNT体系已成为重要趋势。2023年，全球卫星导航系统现代化和星座升级稳步推进，PNT服务性能和体系韧性不断增强；外军面向不同作战需求和能力缺口不断寻求发展多种替代PNT技术；前沿导航技术探索取得多项新突破。未来，外军将继续加快向作战人员交付先进PNT装备，增强PNT优势地位和韧性，而技术创新与突破也将成为未来PNT能力发展的关键。
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本文转载自“电子小氙”，原标题《【重磅发布】2023年国外军事导航领域发展综述》。
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