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7月28日電，美國國防高級研究計劃局（DARPA）正在同時開展5個項目的研究，全部或部分聚焦于定位導航授時技術的開發(fā)，以擺脫軍事人員和系統(tǒng)設備對GPS的依賴。
很難想象在現(xiàn)代社會中，如果沒有全球定位系統(tǒng)（GPS）來提供實時的定位導航授時（PNT）服務，無數(shù)的軍事和民用設施應如何運轉。部分得益于美國國防高級研究計劃局（DARPA）早年對GPS小型化技術的投資，今天的GPS技術已經(jīng)無處不在：從汽車、船舶、飛機、火車、智能手機、手表，到無人駕駛車、制導武器和自動供應鏈管理，GPS都發(fā)揮了重要作用。
盡管GPS是革命性的，但它也有其局限性。例如，在地下和水下等空間，無法接受到GPS信號，GPS衛(wèi)星一旦突然因故障、敵對打擊或干擾（如太陽風暴）等原因無法提供服務，這對依賴GPS作為唯一PNT信息來源的作戰(zhàn)人員或系統(tǒng)來說可能是致命的災難。為了解決這個問題，DARPA正在探索創(chuàng)新技術和方法，以開發(fā)新一代可靠的、高精度的PNT系統(tǒng)。
DARPA項目經(jīng)理阿拉提·普拉巴卡爾介紹稱，“定位、導航和授時服務對軍隊而言就像氧氣對人類一樣不可或缺。DARPA目前正在研究新機理、研制新設備、開發(fā)新算法，以擺脫軍事人員和系統(tǒng)設備對GPS的依賴。”
DARPA目前正在同時開展5個項目的研究，全部或部分聚焦于定位導航授時技術的開發(fā)：
（1）適應性導航系統(tǒng)（ANS）。該項目主要是開發(fā)可適應多種平臺的“即插即用”PNT傳感器結構與算法，從而降低開發(fā)成本，將部署周期從數(shù)月縮短到數(shù)天。ANS項目主要通過冷原子干涉陀螺儀實現(xiàn)慣性測量，利用量子屬性制造準確的慣性測量裝置，無需外部數(shù)據(jù)就可以長時間確定時間和位置。此外，ANS項目還尋求利用非導航電磁信號（包括商用衛(wèi)星、光波和電視信號甚至閃電）為PNT系統(tǒng)提供額外的參考信息。將不同的信號來源相結合，可以使這種PNT系統(tǒng)在GPS信號較弱甚至消失的情況下，提供比GPS系統(tǒng)更強更豐富的信息。
（2）微PNT技術（Micro-PNT）。Micro-PNT項目的目標是，通過利用DARPA開發(fā)的微機電系統(tǒng)（MEMS）技術開發(fā)獨立的芯片級慣性導航和精確制導系統(tǒng)。DARPA資助的研究人員已經(jīng)制造了包含6坐標軸慣性測量裝置（3個陀螺儀和3個加速度計）樣機，并集成了高精度的主時鐘，這7種裝置構成了一套獨立的微型導航系統(tǒng)，尺寸比1美分的硬幣還小。DARPA目前正在開發(fā)具有自校準、高性能和低成本的微型傳感器，以替代當前體積、重量和功率均較大的傳感器。Micro-PNT近期的其它技術突破包括用于慣性傳感器的新型微加工技術和材料。
（3）量子輔助傳感與讀出（QuASAR）技術。該項目主要是為了制造具有健壯性和可移植性的原子鐘。目前高精度原子鐘只能在實驗室固定環(huán)境下工作。QuASAR研究人員已經(jīng)在實驗室環(huán)境下開發(fā)出了光學原子鐘，其在50億年內(nèi)的誤差小于1秒。通過研發(fā)可移動的原子鐘，提高GPS的精確度，開發(fā)新型雷達、激光雷達和測量系統(tǒng)等。
（4）超快激光科學與工程項目（PULSE）。該項目旨在利用超短脈沖激光技術來顯著提升原子鐘和微波源的精度，從而精確實現(xiàn)遠距離的時間和頻率同步。如果PULSE項目取得成功，那么全球范圍內(nèi)都可以共享最精確的光學原子鐘授時。
（5）對抗性環(huán)境中的空間、時間和方位信息（STOIC）。該項目旨在尋求發(fā)展獨立于GPS系統(tǒng)之外的定位、導航和定時信息的系統(tǒng)。STOIC具有與GPS系統(tǒng)相當?shù)亩〞r和定位精度，包括三個主要元素：遠程健壯的參考信號，極穩(wěn)定的戰(zhàn)術時鐘以及為多用戶提供PNT信息的多功能系統(tǒng)。
GPS在現(xiàn)代軍事應用中已經(jīng)不可或缺。正是為了應對GPS性能下降或無法使用的情況，DARPA希望通過開發(fā)多個新型PNT項目，為軍隊提供穩(wěn)定可靠的定位、導航和定時服務。
