军队如何在没有GPS的情况下导航，从惯导到量子传感器

无GPS导航已从冷战时期的次要问题变成当务之急，自2024年以来，民航机构记录到冲突地区周边每年发生数以万计的GPS干扰和欺骗事件。替代方案是一组技术，以完全不需要信号的惯性导航为首，辅以地形匹配、天文定位和新一代量子传感器。

为什么GPS在战区失效

GPS信号到达接收机时，比从数千公里外看到的一只灯泡还要微弱，因此极易被压制。廉价干扰机就能覆盖整片区域，而欺骗设备更糟，它们向接收机输送看似合理但错误的位置，这种手段如今在波罗的海、黑海和中东已成常态。乌克兰已经显示了其作战代价，据操作方报告，GMLRS和JDAM等GPS制导弹药在俄罗斯干扰下精度大幅下降，直到软件和天线方面的修复到位。军队用加密的M码和可控方向图天线加固了GPS，但教训依然成立：卫星导航是一种便利，势均力敌的对手可以把它夺走，这也是更广泛的电子战较量的一部分。

惯性导航如何工作

惯性导航系统仅凭物理原理回答“我在哪里”这个问题。加速度计测量三个轴向上速度的每一次变化，陀螺仪跟踪每一次转动，计算机从已知起点对两者积分，以每秒数千次更新的速度进行航位推算。由于惯导既不发射也不接收信号，因此无法被干扰、欺骗或探测。

问题在于漂移。微小的传感器误差不断累积，位置不确定度随时间增大，优质机载级系统大约每小时漂移一海里，潜艇和洲际导弹上的精密装置则好得多。这就是几乎所有军用惯导都要配合某种修正误差手段的原因，有GPS时用GPS，没有时就用下文的替代手段。伊斯坎德尔等武器以及大多数巡航导弹首先依靠惯导飞行，其他手段都叠加在其上。

环形激光、光纤与MEMS陀螺仪对比

什么可以替代GPS

这些手段都不能直接替代GPS，而这正是关键所在。现代“可靠PNT”架构把惯导与在当前环境下仍然有效的各种辅助手段融合，在云层之上用星敏感器，巡航导弹用地形匹配，无人机用磁场和视觉导航。高超音速武器飞行时被阻断大多数信号的等离子体包裹，尤其依赖惯性和天文制导。

量子导航详解

最有前景的长期答案是量子传感。冷原子干涉仪以单个原子的行为为基准测量加速度和转动，这些原子不会像机械或光学传感器那样漂移，量子磁力计还可能使磁图导航精确得多。近年来，英国、美国、中国和澳大利亚都已在飞机、船舶或列车上试飞实验室演示装置。这些系统仍然笨重而敏感，但目标十分明确：研制精度足够高的惯导，使潜艇或轰炸机根本不需要外部定位修正。

无GPS导航常见问题

军用飞机如何在没有GPS的情况下导航？

主要依靠惯性导航系统，辅以无线电导航设备、地形匹配、部分平台上的星敏感器，以及早于卫星导航时代的机组操作程序。

惯性导航系统会被干扰吗？

不会。它测量的是载体自身的运动，既不发射也不接收信号，因此没有可干扰或欺骗的对象。它的弱点是随时间漂移，而不是干扰。

没有GPS时惯导有多精确？

优质机载系统每小时漂移约一海里，潜艇和导弹级装置好得多，而小型无人机上的廉价MEMS传感器则差得多。

什么是可靠PNT？

即可靠的定位、导航和授时，军方用这一术语指代将惯导与多种不依赖GPS的辅助手段融合、使导航在干扰下仍能存续的架构。

量子导航会取代GPS吗？

短期内不会。演示装置已经试飞，但传感器仍然体积大且脆弱。现实的近期目标是量子辅助惯导，其漂移足够缓慢，可以数天无需外部修正。