盤(pán)點(diǎn)導(dǎo)航定位和授時(shí)技術(shù)研究項(xiàng)目

導(dǎo)航定位和授時(shí)技術(shù)positioning， navigation， and timing — PNT

導(dǎo)讀

進(jìn)入新世紀(jì)后，許多國(guó)家軍隊(duì)都意識(shí)到現(xiàn)代作戰(zhàn)行動(dòng)對(duì)GPS的依賴(lài)過(guò)于嚴(yán)重，而隨著GPS干擾技術(shù)的快速發(fā)展，這一隱患將成為各國(guó)軍隊(duì)?wèi)?zhàn)時(shí)使用武器的巨大威脅。2010年開(kāi)始，DARPA開(kāi)展了不依賴(lài)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的研發(fā)工作，目的是全面替代GPS，而不是作為GPS系統(tǒng)的補(bǔ)充。2014年6月，DARPA向工業(yè)界發(fā)布新的項(xiàng)目公告，要求發(fā)展不依賴(lài)現(xiàn)有GPS的武器導(dǎo)航技術(shù)。此后，DARPA同時(shí)開(kāi)展了多個(gè)項(xiàng)目的研究，聚焦于定位導(dǎo)航授時(shí)技術(shù)的開(kāi)發(fā)。

自適應(yīng)導(dǎo)航系統(tǒng)（ANS）

“自適應(yīng)導(dǎo)航系統(tǒng)”（ANS）是戰(zhàn)略技術(shù)辦公室負(fù)責(zé)的一個(gè)項(xiàng)目，旨在開(kāi)發(fā)新型先進(jìn)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS），在無(wú)需外界數(shù)據(jù)源的情況下提供精確的時(shí)間、位置慣性測(cè)量數(shù)據(jù)。ANS項(xiàng)目還包括眾多子項(xiàng)目，進(jìn)行新型算法和架構(gòu)的開(kāi)發(fā)來(lái)實(shí)現(xiàn)PNT傳感器在多種平臺(tái)上的快速即插即用功能，并降低研發(fā)成本，縮短研發(fā)時(shí)間，盡快實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)場(chǎng)應(yīng)用。

對(duì)抗環(huán)境下的空間、時(shí)間和定位信息（STOIC）

STOIC項(xiàng)目是戰(zhàn)略技術(shù)辦公室進(jìn)行的另一項(xiàng)工作。它是一個(gè)新型PNT系統(tǒng)，集成了遠(yuǎn)程魯棒的參考信號(hào)、超穩(wěn)定戰(zhàn)術(shù)時(shí)鐘和一些多功能系統(tǒng)，可在GPS拒止情況下應(yīng)用。該項(xiàng)目包括三個(gè)組成領(lǐng)域。第一個(gè)是開(kāi)發(fā)用于位置固定導(dǎo)航的抗干擾信號(hào)，尤其是頻譜中VLF部分，目標(biāo)是利用VLF信號(hào)發(fā)射器建立一個(gè)備選、遠(yuǎn)程、魯棒的PNT參考信號(hào)源網(wǎng)絡(luò)，作為對(duì)GPS的一種完全備份方案;第二個(gè)組成項(xiàng)目為新型光學(xué)時(shí)鐘技術(shù)，旨在開(kāi)發(fā)出漂移小于1納秒/月的新型光學(xué)時(shí)鐘。這個(gè)項(xiàng)目應(yīng)用到了之前DARPA進(jìn)行的“量子輔助感知與讀取”（QuASAR）項(xiàng)目的研究成果;最后一個(gè)項(xiàng)目是開(kāi)發(fā)使用平臺(tái)上現(xiàn)有的系統(tǒng)在不同戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈（Link-16或戰(zhàn)術(shù)瞄準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)）間進(jìn)行精確時(shí)間轉(zhuǎn)換的途徑。

微型定位、導(dǎo)航與授時(shí)技術(shù)（Micro-PNT）

為滿(mǎn)足PNT系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和集成需求，微系統(tǒng)技術(shù)辦公室開(kāi)發(fā)新型核心組件技術(shù)、材料和制造工藝。Micro-PNT是微系統(tǒng)技術(shù)辦公室眾多PNT項(xiàng)目中的一個(gè)。該項(xiàng)目包括多個(gè)研發(fā)項(xiàng)目，主要是利用微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）的微型化技術(shù)來(lái)開(kāi)發(fā)高度小型化、精度更高、穩(wěn)定性更好的芯片級(jí)陀螺儀和時(shí)鐘，以及充分集成的授時(shí)和慣性測(cè)量裝置。該項(xiàng)目結(jié)合了大量領(lǐng)先的技術(shù)研發(fā)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

下一代原子鐘（NGAC）項(xiàng)目

原子鐘技術(shù)為導(dǎo)航、通信、情報(bào)監(jiān)視與偵察（ISR）和電子戰(zhàn)（EW）系統(tǒng)提供了定時(shí)和同步的高性能技術(shù)手段。DARPA已對(duì)芯片級(jí)原子鐘（CSAC）技術(shù)進(jìn)行了投資并展示了增強(qiáng)功能。2016年，DARPA提出了下一代原子鐘（NGAC）項(xiàng)目，計(jì)劃通過(guò)采用原子限制和詢(xún)問(wèn)的替代方法，開(kāi)發(fā)關(guān)鍵性能參數(shù)提高100X-1000X的下一代芯片級(jí)原子鐘，并著重于開(kāi)發(fā)必要的組件技術(shù)，以期實(shí)現(xiàn)低成本制造和在惡劣的戰(zhàn)爭(zhēng)環(huán)境中的穩(wěn)健部署。NGAC計(jì)劃開(kāi)發(fā)芯片級(jí)原子鐘，在低成本、尺寸、重量和功率（CSWaP）平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)精確計(jì)時(shí)。為了實(shí)現(xiàn)這些性能指標(biāo)，新的支持技術(shù)和詢(xún)問(wèn)技術(shù)將被集成到系統(tǒng)中。該計(jì)劃的基礎(chǔ)研究由PE 0601101E，ProjectES-01提供資金。不過(guò)該項(xiàng)目?jī)H在2016年獲得了研發(fā)資金，并未進(jìn)行續(xù)研發(fā)工作。

“藍(lán)狼”（Blue Wolf）

“藍(lán)狼”項(xiàng)目尋求研發(fā)及驗(yàn)證一種集成式無(wú)人潛航器（UUV），能以現(xiàn)有平臺(tái)此前無(wú)法實(shí)現(xiàn)的速度和航程運(yùn)行，同時(shí)潛航器的體積以及載荷與電子設(shè)備所占比重將維持不變?！八{(lán)狼”項(xiàng)目重點(diǎn)關(guān)注針對(duì)現(xiàn)有航行器的新能源、增升減阻技術(shù)快速研發(fā)與成熟化。2015年，DARPA啟動(dòng)了“藍(lán)狼”項(xiàng)目，波音公司和洛克希德·馬丁公司共同開(kāi)發(fā)了革命性的水下推進(jìn)和減阻技術(shù)，以使有人和無(wú)人駕駛的海底軍用潛航器能夠比以往更快，更節(jié)能地在水中移動(dòng)。

DARPA “藍(lán)狼”計(jì)劃開(kāi)發(fā)和演示集成的水下航行器原型，該原型能夠以原來(lái)在固定尺寸平臺(tái)上無(wú)法實(shí)現(xiàn)的速度和航程組合運(yùn)行，同時(shí)保留傳統(tǒng)的體積和重量分?jǐn)?shù)用于有效載荷和電子設(shè)備。最初的參考架構(gòu)由直徑為21英寸的潛航器組成，其體積和重量保留給基線導(dǎo)航，控制，電子系統(tǒng)和有效載荷部分。潛航器使用基線電驅(qū)動(dòng)和傳統(tǒng)的鰭片控制。

動(dòng)態(tài)升力和減阻是指可實(shí)現(xiàn)重大減阻的革命性技術(shù)，例如小翼的動(dòng)態(tài)升力，車(chē)身造型，涂層以及適用于各種范圍和速度組合以提高系統(tǒng)能效的新穎減阻技術(shù)?；旌夏茉聪到y(tǒng)指的是諸如熱，電化學(xué)或利用兩個(gè)或多個(gè)能源進(jìn)行能量收集的方法，以提高以瓦特小時(shí)/英里為單位的能源效率。DARPA研究人員表示，他們計(jì)劃探索可裝在海底潛航器系統(tǒng)模塊中的熱力和電力來(lái)源，例如燃料電池和電池。

直接在片數(shù)字光合成器（DODOS）項(xiàng)目

DARPA于2014年啟動(dòng)了DODOS項(xiàng)目，關(guān)鍵是將必要的組件小型化，并將其集成到一個(gè)緊湊的模塊中，從而使該技術(shù)得到更廣泛的部署，同時(shí)解鎖新應(yīng)用。為了實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，DODOS項(xiàng)目利用微諧振器（將光存儲(chǔ)在微芯片中的微小結(jié)構(gòu)），在緊湊型集成封裝中實(shí)現(xiàn)光頻梳。光頻梳的名稱(chēng)來(lái)源于，將單一顏色的輸入激光束轉(zhuǎn)換為一連串均勻排列的多個(gè)顏色，就像一把梳子。如果有足夠?qū)挼氖帷褒X”陣列，消除噪聲的創(chuàng)新技術(shù)就成為可能，使得光頻梳成為需要精確頻率參考的系統(tǒng)的一個(gè)有吸引力的選擇。2018年，在DODOS項(xiàng)目的支持下，UCSB領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)與美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所（NIST）成功實(shí)現(xiàn)了光頻率合成器組件的小型化，為此次研究成果奠定了基礎(chǔ)。

2020年6月，DARPA“直接在片數(shù)字光合成器”（DODOS）項(xiàng)目再次取得顯著進(jìn)展。加州大學(xué)圣巴巴拉分校（UCSB）、加州理工學(xué)院和瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院物理研究所（EPFL）組成的DODOS研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出集成孤子微納芯片。研究成果發(fā)布在《自然》雜志上。

DODOS研究團(tuán)隊(duì)從加利福尼亞大學(xué)圣巴巴拉分校，加利福尼亞理工學(xué)院和瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院物理研究所開(kāi)發(fā)的集成孤子微梳芯片

對(duì)未來(lái)的部署至關(guān)重要的是，在操作上也更加方便。由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)上的精心選擇，只要打開(kāi)激光器，就能自動(dòng)啟動(dòng)光頻梳。設(shè)計(jì)的“交鑰匙”操作，極大地簡(jiǎn)化了需要光頻梳來(lái)實(shí)現(xiàn)特殊功能的系統(tǒng)。通過(guò)去除通常需要用在器件之間的專(zhuān)用電子和光學(xué)器件，簡(jiǎn)化的結(jié)構(gòu)降低了規(guī)模、功率和成本要求，同時(shí)使光頻梳對(duì)環(huán)境和溫度干擾具有強(qiáng)大的穩(wěn)定性。

精確魯棒慣性制導(dǎo)彈藥（PRIGM）

2016財(cái)年，DARPA投入1630萬(wàn)美元用于開(kāi)發(fā)PRIGM，項(xiàng)目分兩部分進(jìn)行，將應(yīng)用到Micro-PNT項(xiàng)目的研發(fā)成果。第一部分是導(dǎo)航級(jí)慣性測(cè)量裝置（PRIGM:NGIMU）。項(xiàng)目的目的是制造一個(gè)完全導(dǎo)航級(jí)的MEMS慣性測(cè)量裝置，實(shí)現(xiàn)在GPS拒止環(huán)境下的彈藥制導(dǎo)功能。新型MEMS慣性測(cè)量裝置將采用通信界面，插入式安裝模式，今后將取代現(xiàn)有的戰(zhàn)術(shù)級(jí)慣性測(cè)量裝置。2015年12月，DARPA與諾斯羅普·格魯曼公司簽訂了價(jià)值630萬(wàn)美元的合同用于進(jìn)行第一階段，包括交付硬件，以及進(jìn)行飛行驗(yàn)證試驗(yàn)。

第二部分為先進(jìn)慣性微型傳感器（PRIGM:AIMS）。該項(xiàng)目的基本目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)彈藥在發(fā)射和飛行階段的導(dǎo)航功能，PRIGM:AIMS項(xiàng)目的內(nèi)容是開(kāi)發(fā)探測(cè)慣性力的新途徑，基礎(chǔ)研發(fā)和應(yīng)用研發(fā)費(fèi)用分別為610萬(wàn)和620萬(wàn)美元。在DARPA支持下，卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)的研究人員通過(guò)聲學(xué)和光學(xué)組件的材料和器件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了陀螺性能增強(qiáng)，聲光陀螺儀在靈敏度（9x）、信噪比（13x）和穩(wěn)定性（超過(guò)100s）方面性能得到提升，同時(shí)器件外形尺寸減小了一半。

高穩(wěn)定性原子鐘（ACES）

高穩(wěn)定性原子鐘（ACES）是微系統(tǒng)技術(shù)辦公室進(jìn)行的一個(gè)新項(xiàng)目，旨在設(shè)計(jì)、制造新一代原子鐘，這種原子鐘只有手掌般大小，采用電池供電，性能比當(dāng)前這代原子鐘要好一千倍。新型原子鐘必須能裝在錢(qián)包般大小的套件中去，功率僅有0.25瓦。項(xiàng)目分三個(gè)階段進(jìn)行，總預(yù)算達(dá)到5000萬(wàn)美元，2016財(cái)年預(yù)算為460萬(wàn)美元，在抗精度削弱（accuracy-eroding）過(guò)程方面會(huì)取得突破性進(jìn)展。原子鐘的精度削弱體現(xiàn)在多個(gè)方面，例如溫度波動(dòng)而導(dǎo)致的原子頻率變化，或由電源關(guān)閉再重啟而導(dǎo)致的微妙的頻率差異。ACES項(xiàng)目尋求具有超高穩(wěn)定度的原子鐘，需要多個(gè)領(lǐng)域團(tuán)隊(duì)的技術(shù)合作，包括原子物理學(xué)、光學(xué)、光子學(xué)、精密加工和真空技術(shù)。

2019年8月，DARPA宣布在ACES項(xiàng)目支持下，三個(gè)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的新一代芯片級(jí)原子鐘在性能優(yōu)化上取得突破性進(jìn)展。美國(guó)國(guó)家航空航天局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出的芯片級(jí)原子鐘受溫度和環(huán)境因素干擾小，定位精度是前代原子鐘的100倍;美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所開(kāi)發(fā)出一種僅由三個(gè)微型芯片及相關(guān)支持性元件組成的微型原子鐘，功耗比之前的原子鐘要低很多，精度卻是其50倍;霍尼韋爾公司團(tuán)隊(duì)成功開(kāi)發(fā)了能夠支持原子鐘小型化的精密原子傳感器。

由NIST，加利福尼亞理工學(xué)院，斯坦福大學(xué)和查爾斯·斯塔克·德雷珀實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的微加工光子光學(xué)原子鐘的示意圖

深海導(dǎo)航定位系統(tǒng)（POSYDON）

“深海定位導(dǎo)航系統(tǒng)”（POSYDON）綜合運(yùn)用水下聲波信號(hào)，水面浮標(biāo)，水下信標(biāo)或節(jié)點(diǎn)，GPS信號(hào)，能夠快速的確定水下執(zhí)行任務(wù)的無(wú)人系統(tǒng)的位置坐標(biāo)，并將數(shù)據(jù)傳輸回水面艦艇或潛艇的指揮控制系統(tǒng)。POSYDON的研發(fā)工作由DARPA和BAE系統(tǒng)等公司合作完成。

POSYDON能夠在大洋中提供實(shí)時(shí)，連續(xù)和穩(wěn)定的定位信息。通過(guò)布放少量的可遠(yuǎn)距離傳播的聲源系統(tǒng)，水下平臺(tái)不再需要定期上浮接收GPS信號(hào)即可獲得連續(xù)，高精度的導(dǎo)航信息。POSYDON為水下使用者帶來(lái)了“類(lèi)GPS”的能力。GPS信號(hào)在海面反射并且不能穿透海水，POSYDON的重要性在于確保這些UUV（無(wú)人的水下傳播媒介）能真正專(zhuān)注于他們的任務(wù)而不必周期性地浮出水面讓GPS計(jì)算出它們確切在哪兒。這種技術(shù)依賴(lài)于一種“三角測(cè)量”。衛(wèi)星發(fā)出的GPS信號(hào)被發(fā)送到一個(gè)表面節(jié)點(diǎn)，表面節(jié)點(diǎn)使用聲波連接和定位海底無(wú)人機(jī)。

模塊化光學(xué)孔徑積木（MOABB）

模塊化光學(xué)孔徑積木（MOABB）項(xiàng)目試圖在大大降低光學(xué)系統(tǒng)的尺寸和重量的同時(shí)提高轉(zhuǎn)向率。具體來(lái)說(shuō)，MOABB旨在構(gòu)建可以相干地排列在一個(gè)平面上的毫米級(jí)光學(xué)單元組合，以形成更大更高功率的器件。這些構(gòu)建塊將代替常規(guī)光學(xué)系統(tǒng)的精密透鏡、反射鏡和機(jī)械部件。MOABB還將開(kāi)發(fā)可擴(kuò)展的光相控陣列，無(wú)需機(jī)械組件來(lái)控制電磁波（如光和無(wú)線電）的技術(shù)。這些進(jìn)步將使尺寸和重量減少100倍，轉(zhuǎn)向率提高1000倍。對(duì)于諸如LIDAR、激光通信和激光照明等應(yīng)用，MOABB提供了一個(gè)引人注目的機(jī)會(huì)，用平面的集成系統(tǒng)來(lái)代替空白空間和散裝零件。

DARPA的研究人員將建立二維毫米尺度的傳輸/接收單元，該傳輸/接收單元具有高填充因數(shù)孔徑、非機(jī)械光束控制和集成放大功能的特點(diǎn)。研究人員意圖利用當(dāng)前的半導(dǎo)體制造工藝將這些單元構(gòu)建成相干的單元陣列。該計(jì)劃旨在采用晶圓級(jí)加工工藝制造一個(gè)具有分布式增益的10厘米發(fā)射/接收相干陣列。MOABB項(xiàng)目包括兩大技術(shù)領(lǐng)域：開(kāi)發(fā)適用于短波紅外波段的光學(xué)相干單元陣列技術(shù);將該技術(shù)應(yīng)用于激光雷達(dá)系統(tǒng)，以測(cè)試并證明該技術(shù)的可行性。DARPA分別與四個(gè)公司簽訂了總額為1630萬(wàn)美元的合同以推動(dòng)該項(xiàng)目的研究進(jìn)程。研究人員最終想將該技術(shù)成果應(yīng)用于光探測(cè)、光測(cè)距及激光雷達(dá)系統(tǒng)。與DARPA簽訂合同的四家公司分別為：洛克希德·馬丁相干技術(shù)公司、美國(guó)TREX公司、美國(guó)模擬光子有限責(zé)任公司、美國(guó)Teledyne科技影像有限責(zé)任公司。

導(dǎo)引頭成本轉(zhuǎn)換（SECTR）

“導(dǎo)引頭成本轉(zhuǎn)變”項(xiàng)目是DARPA針對(duì)美軍機(jī)載武器在對(duì)抗環(huán)境中作戰(zhàn)需求而設(shè)立的研發(fā)項(xiàng)目，旨在開(kāi)發(fā)創(chuàng)新的武器導(dǎo)引頭/制導(dǎo)系統(tǒng)，該系統(tǒng)僅需很少的信息支持，即能對(duì)固定、可改變位置和持續(xù)移動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行精確末段尋的，并能在 GPS拒止環(huán)境中實(shí)現(xiàn)全天時(shí)導(dǎo)航，且尺寸小、重量輕、功率低、成本低。

“導(dǎo)引頭成本轉(zhuǎn)變”項(xiàng)目于2015年啟動(dòng)，分兩個(gè)階段實(shí)施。第一階段工作主要進(jìn)行重量小于5千克導(dǎo)引頭的設(shè)計(jì)和技術(shù)開(kāi)發(fā)，持續(xù)時(shí)長(zhǎng)21個(gè)月。根據(jù)公開(kāi)信息，洛馬公司與BAE系統(tǒng)公司均通過(guò)第一階段的關(guān)鍵設(shè)計(jì)評(píng)審，但只見(jiàn)美空軍研究實(shí)驗(yàn)室代表DARPA授予洛馬公司價(jià)值 820萬(wàn)美元第一階段合同。第二階段工作進(jìn)行重量不超過(guò)2千克導(dǎo)引頭的集成和測(cè)試，持續(xù)時(shí)長(zhǎng)18個(gè)月，導(dǎo)引頭最終的質(zhì)量指標(biāo)為小于1千克。BAE系統(tǒng)公司贏得了該階段合同。

SECTR導(dǎo)引頭指標(biāo)要求

2020年3月，DARPA公布2021財(cái)年預(yù)算要求，顯示“導(dǎo)引頭成本轉(zhuǎn)變”（SECTR）項(xiàng)目在2021年將不再申請(qǐng)資金。這意味著該項(xiàng)目經(jīng)過(guò)6年的開(kāi)發(fā)，于2020財(cái)年結(jié)束。該項(xiàng)目突破了適應(yīng)GPS拒止環(huán)境的低成本精確制導(dǎo)技術(shù)，成果可能或已經(jīng)應(yīng)用于某類(lèi)承擔(dān)精確打擊任務(wù)的武器，可能有效增強(qiáng)美軍空地彈在復(fù)雜對(duì)抗環(huán)境中的作戰(zhàn)能力。

機(jī)械式天線（AMEBA）

“機(jī)械式天線”（AMEBA）項(xiàng)目是由DARPA微系統(tǒng)技術(shù)辦公室發(fā)起的創(chuàng)新研究項(xiàng)目，旨在研發(fā)便攜式低頻信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)。一旦成功應(yīng)用，將使低頻通信擺脫對(duì)大型發(fā)射站的依賴(lài)，可更方便靈活地向潛艇、無(wú)人潛航器、地下目標(biāo)和偏遠(yuǎn)作戰(zhàn)人員等發(fā)送數(shù)據(jù)、文本甚至語(yǔ)音，在深遠(yuǎn)海、深地等空間通信領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。

與當(dāng)前無(wú)線電發(fā)射器通過(guò)振蕩電路產(chǎn)生電磁波不同，AMEBA項(xiàng)目將探索全新的電磁波生成與發(fā)射機(jī)理，利用強(qiáng)磁場(chǎng)材料（永磁體）或強(qiáng)電場(chǎng)材料（駐極體）的機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生低頻電磁波。項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容分為特低頻（ULF，頻率為0.3千赫至3千赫）通信和甚低頻（VLF，頻率為3千赫～30千赫）通信兩大部分。

原子光子集成（A-PhI）

DARPA于2018年發(fā)布的原子-光子集成（A-PhI）項(xiàng)目建議征集書(shū)中將利用光子集成電路的原子干涉陀螺儀列為未來(lái)研究重點(diǎn)，尋求降低捕獲原子式高性能PNT裝備復(fù)雜度的新方法。同時(shí)，該項(xiàng)目還要研制捕獲原子式陀螺儀、一種模擬光波的相干式光纖陀螺儀（FOG）。DARPA表示，性能可靠的PNT裝備是美軍執(zhí)行軍事任務(wù)的重要資源，其影響范圍覆蓋通信、導(dǎo)航、偵察以及電子戰(zhàn)等領(lǐng)域。PNT信息通常來(lái)自于GPS導(dǎo)航衛(wèi)星，但此類(lèi)信號(hào)易受敵方阻塞和干擾，使得GPS備份至關(guān)重要。時(shí)鐘和慣性測(cè)量元件的精度（IMUs）與GPS系統(tǒng)類(lèi)似但持續(xù)周期較短，這就是A-PhI項(xiàng)目的由來(lái)。

高級(jí)PNT能力演示（APCD）

微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）和原子物理學(xué)界都對(duì)新功能進(jìn)行了基礎(chǔ)研究，這些新功能將影響在戰(zhàn)場(chǎng)上保持和傳遞精確定時(shí)和導(dǎo)航信息的能力。高級(jí)PNT能力演示（APCD）計(jì)劃將在最有前途的新物理能力中進(jìn)行選擇，并演示其在現(xiàn)實(shí)戰(zhàn)斗場(chǎng)景中的潛力。一種方案是利用慣性傳感器的進(jìn)步，在20分鐘的任務(wù)時(shí)間內(nèi)僅進(jìn)行慣性測(cè)量單元（IMU）操作?；贛EMS的演示將使彈藥能夠在GPS受限的情況下導(dǎo)航，并保持彈藥和導(dǎo)彈能力，以便在未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中準(zhǔn)確導(dǎo)航。另一種情況是使用高性能而緊湊的低功耗原子物理就是來(lái)存儲(chǔ)時(shí)間和位置信息。這將啟用高級(jí)定位，導(dǎo)航和定時(shí)（PNT）功能，例如在低地球軌道（LEO）星座或無(wú)人飛行器（UAV）中，可以從中分發(fā)基于原子的信息。

海洋交戰(zhàn)及時(shí)信息（TIMEly）

2019年9月，DARPA發(fā)布“即時(shí)海上交戰(zhàn)信息”（TIMEly）項(xiàng)目廣泛機(jī)構(gòu)告知書(shū)（BAA），將開(kāi)發(fā)異構(gòu)海上通信架構(gòu)，并在海上完成演示驗(yàn)證。美軍正在嘗試打造可快速重構(gòu)的軍事力量，行動(dòng)迅速，能適應(yīng)不斷變化的環(huán)境，即使一些部門(mén)消失或被抽調(diào)去完成更重要的任務(wù)仍可繼續(xù)有效發(fā)揮作用。TIMEly項(xiàng)目是“馬賽克戰(zhàn)爭(zhēng)”概念的衍生物，其目標(biāo)是構(gòu)建可快速重構(gòu)的?？?、海面和水下軍事力量，這些力量行動(dòng)迅速、不可預(yù)測(cè)、靈活性和適應(yīng)性強(qiáng)，更像是馬賽克中的碎片，而不是擁有嚴(yán)格設(shè)計(jì)的拼圖。

TIMEly項(xiàng)目將重點(diǎn)關(guān)注網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、服務(wù)質(zhì)量和信息交換等技術(shù)，同時(shí)要掌握水下環(huán)境對(duì)網(wǎng)絡(luò)鏈接距離、容量、延遲和安全的限制。該項(xiàng)目設(shè)想采用動(dòng)態(tài)可重構(gòu)的響應(yīng)式架構(gòu)，將吸收水下通信和海上無(wú)人系統(tǒng)前沿技術(shù)。DARPA表示，TIMEly項(xiàng)目將投入4500萬(wàn)美元經(jīng)費(fèi)，共分以下三個(gè)階段：第一階段為期15個(gè)月，主要是設(shè)計(jì)與元件級(jí)測(cè)試;第二階段為期15個(gè)月，主要是搭建架構(gòu)并完成水下演示驗(yàn)證;第三階段為期15個(gè)月，主要是完成樣機(jī)的多域作戰(zhàn)演示驗(yàn)證。

彈性網(wǎng)絡(luò)化分布式馬賽克通信項(xiàng)目（RN DMC）

2020年6月，為了打破對(duì)大型天線和放大器的依賴(lài)，DARPA發(fā)布了彈性網(wǎng)絡(luò)分布式馬賽克通信（RN DMC）項(xiàng)目，尋求開(kāi)發(fā)一種可移動(dòng)、自成形、自修復(fù)的馬賽克天線來(lái)提供遠(yuǎn)程通信。馬賽克天線由空間分布的低尺寸、重量、功率和成本（SWAP-C）收發(fā)器元件或“碎片”（tiles）組成，可以被放置在船舶、車(chē)輛、無(wú)人和有人機(jī)、衛(wèi)星以及單個(gè)小隊(duì)成員上。發(fā)射功率分布在碎片之間，增益通過(guò)信號(hào)處理實(shí)現(xiàn)，而不通過(guò)物理天線孔徑來(lái)集中能量。

馬賽克天線碎片的分部部署將具備更強(qiáng)的魯棒性來(lái)應(yīng)對(duì)故障和攻擊，同時(shí)希望以更低的成本（目標(biāo)是每片1000美元或更少）實(shí)現(xiàn)可消耗。RN DMC項(xiàng)目包括三個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域：系統(tǒng)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)性能驗(yàn)證和操作架構(gòu)定義。這項(xiàng)工作分為三個(gè)計(jì)劃階段，總共45個(gè)月。

總結(jié)

發(fā)展不依賴(lài)GPS導(dǎo)航技術(shù)的目的是為作戰(zhàn)人員和武器精確打擊提供競(jìng)爭(zhēng)激烈環(huán)境中類(lèi)似GPS的定位、導(dǎo)航和授時(shí)功能。以美軍為首的西方國(guó)家軍隊(duì)積極發(fā)展這一技術(shù)體系，既有著面對(duì)未來(lái)威脅環(huán)境發(fā)展的無(wú)奈，又有著占據(jù)技術(shù)優(yōu)勢(shì)地位的野心，也有著對(duì)現(xiàn)有GPS發(fā)展的無(wú)望。定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)對(duì)軍隊(duì)而言就像氧氣對(duì)人類(lèi)一樣不可或缺。DARPA當(dāng)前及未來(lái)較長(zhǎng)一段時(shí)間都會(huì)投入研究新機(jī)理、研制新設(shè)備、開(kāi)發(fā)新算法，以擺脫軍事人員和系統(tǒng)設(shè)備對(duì)GPS的依賴(lài)。

審核編輯 ：李倩