GNSS发展对军事物流影响探析

2020-11-18郭凌杜伟伟刘凌李睿万平

全球定位系统 2020年5期

郭凌,杜伟伟,刘凌,李睿,万平

(1.陆军勤务学院,重庆 401311;2.重庆工程职业技术学院,重庆 402218)

0 引言

1957年诞生了运用人造卫星进行辅助导航的科学设想,苏联首颗人造地球卫星发射标志着空间技术发展的新纪元[1]．在美国子午卫星导航系统(NNSS)基础上建立起来的美国全球定位系统(GPS)首要设计目标是军事应用,卫星导航定位技术的应用彻底改变了现代战争作战模式,也是建设信息化现代军事物流的基础．

2020年,随着中国北斗卫星导航系统(BDS)和欧洲伽利略卫星导航系统(Galileo)星座部署全面完成,及美国的GPS和俄罗斯的格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)现代化建设推进,标志着多星座构成的全球卫星导航系统(GNSS)发展进入新阶段,四大全球系统全部投入完全运营,宣告第二代导航卫星系统阶段告一段落,将迎来第三代系统,也就是导航卫星系统3.0时代[2]．GNSS迎来从系统建设至产业发展的转折期,GNSS多星座多频率的工作能力,通过兼容互操作实现从量变到质变,促进产业出现跨越式发展,其转折性革命性变化将会使产业发展产生势能、动能、赋能效应[3]．卫星导航系统技术应用从技术层面上提升了军事物流的核心保障能力,在军事定位跟踪、实时导航和动态调度方面应用广泛,军事物流将随之实现跨越式发展．

1 现代军事物流的建设需求

军事物流是指为满足部队平时供应和战时保障而产生的物流活动,是军事后勤的重要组成部分，它在将国家经济实力转化为军事实力,保障国防建设和军事行动中发挥着重要作用，与一般民用物流对比,军事物流有着军事性、经济性、复杂性、服务性和不均衡性等特点[4]．

军队改革对现代后勤发展规划提出的目标是:引入和创新先进的物流理念、技术与手段,依托国家物流体系和社会保障资源,逐步建成集采购、仓储、运输、配送于一体的现代军事物流体系．军事物流作为现代军事保障的重要环节,是现代军事后勤保障体系的关键,是提升部队备战打仗能力的重要基础[5]．军事物流随着经济发展和高新技术提升突飞猛进,面对新时期军事斗争准备和智慧军事物流建设,也衍生了多样化建设需求．

1.1 保障目标由区域单元向全球多元转变

随着新军事变革的发展推进,我军参加全球性联合性军事行动日益频繁,如国际维和、海上护航、联合军演等;同时以驻吉布提保障基地为开端的海外保障基地建设及习近平主席提出的“一带一路”倡议保驾护航等任务要求,军事行动范围必将持续拓展．军事物流保障必须由国内区域式定源供应物流向全球多元化供应链式保障转变,目标范围从国内走向全球、从内陆逐步走向远海,保障单元从国内供应转向国际供应链保障,从陆运为主转向陆海空互补式融合物流[6]．

1.2 保障方式由军民一体化向深度融合转变

在军事物流领域可以实现军民互补,共同发展的目标．目前,军队和地方均已建立了独立、完善的物流保障体系,加之军地物流通用性强,军地物流具备得天独厚的融合条件,逐步形成以军为主、地方为辅、军地结合的军事物流保障方式．但以上还停留在军事物流与社会物流融合的简易模式,依托准军事化的第三方物流,即寻找建设一批准军事化物流企业,依托企业完善建设军地两用型军事物流供应链,进行一体化深度融合,才能更好处理低成本与高效率矛盾,达到军事效益与经济效益相统一[7]．

1.3 保障体制由各供所需向体系物流转变

我军现行军事物流保障主要是各军种自成体系,自主按需组织物流完成后勤物流保障,后勤部队保障和部队后勤保障部分职能划分不清,军事物流组织割裂不成体系．军事物流条块分割的现状不利于整合集成军事物流资源,不利于标准化的军事物流信息化集成建设,军事物流需要随军队联合指挥体系改革步伐,由各供所需转向体系物流建设,进行层次优化及综合集成建设,形成纵横交错的扁平化的军事物流体系．

1.4 保障手段由信息物流向智慧物流转变

随着“云、大、物、智”(云计算、大数据、物联网、人工智能)等信息技术发展及广泛应用,军事物流以及现代民用物流的信息化发展建设也随之发生革命性转变．军事物流理论、发展规划、资源分配及物流过程管理等每个细节都将发生质的变化,利用云计算技术搭建军事物流数据云平台,实现异区物流资源同步掌控与调度;利用物联网技术实时采集物资信息及追根溯源,实现军事物流控制管理可视化;利用大数据技术进行关联分析及动态评估,实现资源利用最大化;利用人工智能技术负责海量数据处理及辅助决策等工作,实现军事物流的“智慧”管理[8]．

1.5 保障模式由被动供需向精确预置转变

军事物流进行智慧物流建设,以达到军事物流资源可知可控可智能调度的目标,对军事物流保障模式发展起到积极作用．传统的军事物流保障一般是由受保单位提出保障需求或受领保障任务,才展开的军事物流活动．通过智慧军事物流建设,将逐步改变粗放式的被动供需模式,由精确配送代替模糊保障、主动保障代替被动供需,利用智慧军事物流建设成果,分析处理历史军事物流数据,并进行模拟仿真,达到预先准备精准配置的效果,提高军事物流保障效益．

2 GNSS现状及发展趋势

2.1 GNSS系统发展现状

GNSS系统主要是指GPS、GLONASS、BDS和Galileo．各GNSS系统参数对比如表1所示[9],各系统发展现状如下：

1) GPS现代化:目前GPS现代化工程进行至第二阶段,主要内容是:①将选择全新的星座优化设计方案,采用全新的33颗高轨道加中轨道卫星;②新一代GPS-3卫星定位在精准度方面将提高3倍,而抗干扰能力将提高8倍．使用寿命将延长到15年;③新增一个备用主控站,以增强系统的可行性;④新增星间链路功能;⑤增加由66颗“铱星”低轨卫星组成的星基增强系统,进一步改善定位性能．目前GPS-3已开始实施,最后1颗GPS IIIF预计2034年发射,宣告GPS现代化进程结束[10]．

2)BDS-3正式开通:我国BDS的发展分为三步:试验系统、扩展的区域导航系统和全球卫星导航系统．至2020年7月31日,习近平主席宣布北斗三号全球卫星导航系统(BDS-3)正式开通,产业链全面铺开,全系统三频民用信号,继承有源服务和无源服务两种技术体制,具有三大特点:一是空间段采用三种轨道卫星组成的混合星座,与其他卫星导航系统相比高轨卫星更多,抗遮挡能力强,尤其在低纬度地区性能优势更为明显;二是提供多个频点的导航信号,能够通过多频信号组合使用等方式提高服务精度;三是创新融合了导航与通信功能,具备定位导航授时、星基增强、地基增强、精密单点定位、短报文通信(单次1000汉字)和国际搜救等多种服务能力[11]．

3) GLONASS和Galileo发展．GLONASS的信号编码方式实现从频分多址(FDMA)到码分多址(CDMA)的重大改变,从而实现与其他GNSS的兼容与互操作;2020年还将建造并发射 13颗GLONASS-M卫星以及22颗GLONASS-K卫星;计划未来在全球36个国家布建50个地面站系统．Galileo系统由30颗(27+3)卫星组成,目前Galileo系统伪距单点定位精度平均可达到水平方向5 m、垂直方向10 m,平均授时精度达10 ns．

表1 各GNSS系统参数对比

2.2 GNSS系统发展趋势

随着BDS、Galileo全球系统的组网运行以及GPS和GLONASS现代化推进,GNSS系统发展呈现以下5种趋势．

1)空中可见卫星数明显增多,定位的图形强度明显提升．四个系统的工作卫星将超过110颗,可见卫星数将50颗左右,卫星分布的空间几何强度因子(PDOP)值将稳定在1.5左右．

2)系统间兼容互操作,四个GNSS系统将能实现相互操作,多系统融合定位提升定位精度．四个系统均有相互重叠频率,如GPS的L1、L5和BDS的B1C和B2a,为多系统融合定位提供了条件．GNSS各系统使用频率对比如表2所示[12]．

3)各系统统一采用CDMA的信号体制,进一步加强互操作性．

4)增设备用主控站、增加地面监测站,提升系统的可靠性．

表2 GNSS各系统使用频率对比

5)利用星间链路,进一步提高卫星定轨的精度．将来即使卫星与地面中断联系,也可以不再依赖全球建站,实现高精度的定轨和跟星座中的所有卫星相连及互相校准位置,继续提供服务,连接其他类型卫星、空间站以及地面雷达等．

2.3 GNSS定位技术的发展趋势

GNSS基本定位技术主要有两种:绝对定位方式和相对定位方式,经过了三代定位发展,基本实现了精密单点定位(PPP)和参考站网络实时动态(RTK)．不久的将来将过渡到第四代,实现广域实时PPP技术,实现全球的网络RTK和PPP技术相融合．GNSS定位技术发展历程如图1如示．

图1 GNSS定位技术发展历程

GNSS定位技术将向高精度、实时性、简便性方向发展,同时将实现多系统多频动态高精度定位．当前GNSS高精度定位研究发展的热点为

1)数据预处理中周跳的有效探测及各种误差处理方法．

2)高精度定位中的整周模糊度快速固定及有效确认(LAMBDA算法等)．

3)非差相位PPP技术．主要是基于连续运行参考站(CORS)的RTK-PPP和非差整数解单点定位技术研究实现,可提升动态定位精度至0.1～0.5 m．

4)网络RTK定位技术．包括中长基线快速模糊度固定、误差准确建模、虚拟观测值(VRS)生成技术等发展研究,可提升水平实时定位精度至0.01～0.02 m．

5)多系统、多传感器的融合定位．包括多GNSS紧组合定位、室内外一体化定位,5G毫米波雷达与GNSS融合定位．

2.4 GNSS应用发展趋势

1)地面增强从区域增强向广域网增强过渡．如我国目前地面增强系统存在国土资源部国家测绘总局的全国基准站网和阿里巴巴千寻位置的全国地面增强网两张网．

2)网络RTK应用从地基增强转向星基增强．利用地球静止轨道(GEO)卫星进行星基增强,无用户挂载量限制．

3)以GNSS为核心的“GNSS+”应用发展．综合大数据、物联网、云计算、人工智能及通信技术等,形成产业革新大平台、大集合、大网络,导航与通信融合,成为发展智能产业的核心主线与牵引力和驱动力．

4)通导遥一体化的PNTRC信息化集成服务．形成GEO卫星+中圆轨道(MEO)卫星+高分遥感卫星+低轨通讯卫星+地面5G毫米波雷达等形成立体化的PNTRC信息服务网[13]．PNTRC组成及功能如图2所示．

图2 PNTRC组成及功能

5)城市峡谷等恶劣环境下的高精度高可靠性定位．利用多传感器多系统紧组合定位技术,实现无人驾驶汽车等系统提供高精度定位,同时基于位置的云平台建设,为GNSS高精度定位提供了更广阔的应用空间[14]．

3 军事物流受GNSS发展影响分析

GNSS的快速发展为现代军事物流带来了革新性的变化,当前军事物流已经可以利用GNSS技术与通信等技术融合,实现军事实体定位跟踪、运输载体实时导航、储备物资动态调动等功能,但受技术发展限制,与智慧军事物流建设目标相比还有差距．随着以GNSS为核心的高新技术的发展,将使军事物流在理论创新、跟踪溯源、实时导航、可视化调度等方面变革．

3.1 军事物流理论随之创新发展

现代军事物流理论是物流发展和科技进步的产物,当前最热门的军事物流理论研究是美军的“三级储备理论”和“感知与响应”两大理论,美军军事物流体系因其影响产生了根本性的变化．现代军事物流理论应结合系统观点,将军事物流与作战行动同步,围绕现代化作战保障这个根本需求,将军事物流融入现代物流供应链管理,遵循“快速、精准、节约”的军事物流保障内涵,结合高新信息化技术融合发展与已有军事物流理论研究成果进行创新发展,逐步建设军事物流体系．

3.2 物流定位跟踪随之全域覆盖

当前利用“GNSS+电子地图GIS”技术和PPP及参考站网络RTK方法,已经基本能够实现物流实体的跟踪定位,但因地基增强等方法自身限制,部分地区定位精度较差,地下、室内及高空等跟踪定位效果不佳．GNSS各系统紧组合定位,全球的网络RTK和PPP技术相融合等技术的发展,授时精度变为纳秒级,定位精度提升为厘米级,城市峡谷等恶劣环境亦可实现高精度高可靠定位．与云计算、传感器技术融合,不论在全球任何位置,物流实体跟踪定位再无“死角”．

3.3 远程投送导航随之快速无间断

远程投送物资是保障军事行动和突发情况的必要手段,以GNSS为核心的高新技术发展,车载、船舶、航空均可高并发高可靠性地使用卫星导航分析通路情况,实现快速自动路线规划及辅助智能决策;结合感知技术和智能算法可逐步实现无人化运输配送,周边应急或紧急遇险等情况预先报警．出现卫星导航干扰或地面站与卫星导航失去联系时,卫星利用星间链路技术也可持续提供导航服务,远程投送保障更加快速高效．

3.4 资源动态调度随之精准可视

军事行动可能在任何地点任何时间展开,军事物流的生命在于根据保障任务要求实现物流保障快速精准到位．面对快速变化的保障任务要求,军事物流向“资源可视、需求可知、全程可控”的方向发展,随着物流实体的精确定位,通过信息化系统实时收集刷新物流实力信息,整合运输载体信息,收集各类保障需求,同步与民用物流系统对接,确保军事物流保障全部环节可视可控．

3.5 物流调控管理随之智能高效

GNSS等技术融合性发展也促进军事物流调控管理向智慧物流方向发展．GNSS技术实现物流调控管理实体的实时定位,与物联网技术融合实现物流信息可查可知,与大数据技术融合分析物流数据价值得出“物流向”趋势;与云计算技术融合提高信息资源利用率;与人工智能技术融合挖掘物流调控管理相关规律,优化实现物资、装备、设施和信息资源的最优配置,实现预设情况的快速处理,复杂问题的智能辅助决策及可视化管理[15]．