【A&D 技術窺探】深度解析高韌性PNT：GPS遭阻斷時，國防自主的隱形命脈
- Sonya
- 11月16日
- 讀畢需時 7 分鐘
秒懂重點：沒有這項技術，就沒有新世代戰力
想像一下，一枚造價千萬的雄風飛彈發射後，在飛向目標途中，其賴以導航的 GPS 訊號突然遭到敵軍強力干擾而「致盲」，這枚飛彈瞬間從「智慧武器」退化為「啞彈」，這就是現代戰爭最致命的夢魘。我們所有昂貴的武器平台——戰機、艦艇、飛彈、無人機——都高度依賴 GPS 提供的定位、導航與授時 (PNT) 資訊，高韌性 PNT (Assured PNT, A-PNT)，就是為了確保在 GPS 失效時，我方戰力不會歸零的「終極保險」，它不是一個單一設備，而是一個由多種技術組成的「導航團隊」：
更強的 GPS：升級版的軍規 M-Code，像為訊號穿上重裝鎧甲，極難被干擾。
不求人的羅盤：先進的「慣性導航系統」(INS)，不靠衛星、只靠內部陀螺儀就能「盲推」出自身位置。
超精準的手錶：微型「原子鐘」，在沒有衛星訊號時，仍能為通訊網路提供完美同步的「心跳」。
AI 導航大腦：一套融合演算法，能即時分析所有來源（包含影像、LBS基地台），剔除假訊號，計算出最可信的位置。
若缺乏這套 A-PNT 架構，我國國防自主的成果（如各式精準彈藥與無人機）在複雜電磁戰場上的生存能力將備受考驗，JADC2 所需的「聯合全領域指揮」也將因失去共同的時間基準而癱瘓。
關鍵技術白話文：原理與劃時代挑戰
過去的技術瓶頸：為何傳統架構已無法應對威脅？
過去數十年，全球軍事力量都建立在一個「良性假設」之上：GPS 永遠可用。美軍所提供的標準 GPS 民用訊號 (C/A Code)，雖然方便，但也存在三大致命缺陷：
訊號微弱：從兩萬公里外太空傳來的 GPS 訊號，抵達地表時比電視訊號還弱數百萬倍，極易被地面上的廉價干擾器所淹沒（稱為 "Jamming"）。
毫無加密：民用訊號是公開廣播，敵方可以輕易發射「偽造」的 GPS 訊號（稱為 "Spoofing"），欺騙接收器，讓飛彈飛往錯誤的海洋。
過度依賴：系統設計者貪圖 GPS 的方便與廉價，將其視為唯一的 PNT 來源。一旦這個「單點故障」發生，整個作戰系統（如通訊、雷達、火控）都會因失去精確的時間與位置基準而崩潰。
烏克LAND戰場上，俄羅斯大規模使用電子戰，導致大量 GPS 導引武器（如 JDAM-ER）失準，已血淋淋地證明了這個「單點依賴」的時代必須終結。
核心技術原理是什麼？
A-PNT 的核心原理是「多層次、互補性、智慧融合」，不再將雞蛋放在同一個籃子裡。它建立了一個 PNT 資訊的「金字塔」，從上到下提供韌性：
第一層 (強化)：讓 GPS 自身更強大 這就是美軍主導的 M-Code (軍規碼) 訊號，相較於民用碼，它就像是從「腳踏車鎖」升級為「銀行金庫」：(1) 功率更高，更難被干擾；(2) 採用先進加密，無法被偽造；(3) 訊號結構更複雜，接收器能更快鎖定。
第二層 (自主)：完全不依賴 GPS 的「慣性導航」(INS) 這就是「航位推算法」的極致。INS 系統內含高精度的陀螺儀（測量角速度）和加速規（測量加速度），只要給它一個初始位置，它就能在完全「與世隔絕」（不接收任何外部訊號）的情況下，靠著不斷積分運算，推算出自己「現在在哪裡」。
第三層 (備援)：尋找 GPS 以外的「替代訊號源」
替代式導航 (Alternative Navigation)：利用 LEO 低軌衛星（如 Starlink）、地面電視塔、LTE 基地台等「機會訊號」(Signals of Opportunity) 來進行三角定位。
影像/地形匹配 (Vision-Based Navigation)：讓飛彈的攝影機拍下地面影像，與內存的 3D 地圖資料庫進行即時比對，來確認「我飛到哪了」。
天體導航 (Celestial Navigation)：古老的觀星術的現代版，透過辨識星體位置來定位。
第四層 (大腦)：AI 融合中心 這套系統的「大腦」是一個先進的演算法（如卡爾曼濾波器或更強的 AI）。它會同時接收來自 M-Code、INS、影像等所有來源的 PNT 數據，AI 會即時評估「誰在說謊」（如 GPS 訊號被騙）、「誰在漂移」（如 INS 時間久了開始不準），然後「加權」計算出一個最可信、最精確的「融合 PNT 解方」。
這樣設計的根本目的，是確保 PNT 資訊不再是一個「單點」，而是一個「網路」。即使最強的 GPS 被阻斷，系統也能自動、無縫地切換到 INS 與替代訊號源，維持作戰任務不中斷。
新一代技術的突破點
抗干擾/反欺騙：M-Code 的全面導入，使 GPS 訊號的可靠性提升了數百倍。
微型化 (Micro-PNT)：得益於 MEMS（微機電系統）技術，過去如冰箱般大小的陀螺儀，現在能縮小到硬幣大小；過去佔滿機櫃的原子鐘 (CSAC)，現在也只有火柴盒大小。這使得 A-PNT 模組能被塞進單兵裝備、砲彈、甚至小型無人機中。
去中心化融合：PNT 資訊不再只是單向接收，而是在 JADC2 網路中「共享」。一艘擁有高精度 INS 的神盾艦，可以將其 PNT 數據「分享」給周圍 GPS 受到干擾的無人機群。
產業影響與應用
完整實現藍圖：從研發到實戰的挑戰
將 A-PNT 從概念普及到戰場的每一個角落，是一場橫跨硬體、軟體與龐大後勤的系統工程挑戰。這對以中科院為核心、整合台灣半導體與精密機械產業鏈的國防自主，是嚴峻的考驗，也是巨大的機遇。
挑戰一：硬體升級：M-Code 接收器 (MGUE) 的全面換裝
A-PNT 的第一步，是讓全軍數以萬計的平台（從戰機到悍馬車）都能接收 M-Code，這不是軟體更新，而是硬體汰換。
核心組件與技術要求：
軍規 GPS 用戶設備 (MGUE)：這是一套全新的接收器硬體，其核心是能處理 M-Code 複雜加密的 ASIC/FPGA 晶片。這類晶片必須在美國政府的嚴格控管下生產與出口，是 A-PNT 產業鏈的關鍵瓶頸。
抗輻射與強固設計：應用在太空或戰術環境的晶片，必須具備抗輻射與軍規強固特性。
挑戰二：自主導航的「漂移」極限：沒有 GPS，你能撐多久？
INS 系統的致命傷是「時間漂移」，誤差會隨時間累積。如何在 GPS 失效時，盡可能延長 INS 的精準時間，是核心挑戰。
核心組件與技術要求：
高階陀螺儀：飛彈與戰機需要昂貴、高精度的光纖陀螺儀 (FOG) 或環形雷射陀螺儀 (RLG)。中科院在研製雄風、天弓等飛彈時，積累的慣性導航技術實力，在此至關重要。
微型原子鐘 (CSAC)：所有 JADC2 網路通訊都依賴「共同的時間」。當 GPS 授時被干擾，網路節點（如無線電）必須依靠內建的 CSAC 來維持「心跳」同步，否則網路會瞬間癱瘓。
挑戰三：虛擬驗證：如何在台灣模擬「GPS 被阻斷」的台海戰場？
A-PNT 系統的 AI 融合大腦，必須在最極端的電磁干擾環境下進行測試。但我們不可能在現實中大規模干擾自己的 GPS 來進行演習。
核心工具與技術要求：
GNSS 訊號模擬器：這是實驗室裡的「虛擬戰場」。研發單位（如中科院、漢翔）必須使用這類高階測試儀器，在「硬體迴路 (HIL)」中，對 F-16V 或無人機的 A-PNT 接收器，發射高度逼真的「偽造 GPS 訊號」與「多頻段干擾訊號」。
數位分身 (Digital Twin)：在虛擬的 3D 戰場中，測試 A-PNT 系統從 M-Code 切換到「影像地形匹配」的無縫程度，是演算法成敗的關鍵。
應用為王：哪些國防裝備的命脈掌握在它手中？
A-PNT 是所有現代化武器的「隱形地基」：
精準導引武器：所有 GPS 導引的彈藥，如 JDAM、HIMARS (GMLRS)、海馬斯火箭、乃至我國的萬劍彈，都需要 A-PNT 才能在干擾下命中目標。
聯合全領域指揮與控制 (JADC2)：JADC2 的基礎是「彈性網狀網路」，而網路的基礎是「共同時間」。A-PNT 提供了這個時間基準。
無人機蜂群 (Drone Swarms)：MUM-T 協同作戰，要求有人戰機與 AI 僚機必須共享一個「零誤差」的 PNT 座標系，A-PNT 是實現這一切的前提。
地面部隊：前線士兵手持的「戰術平板」（如神基 Getac 的強固型電腦），在 GPS 被遮蔽的城市巷戰或隧道中，也必須依靠 A-PNT 模組（融合 MEMS 慣導與 LBS 基地台定位）來維持態勢感知。
前瞻未來：技術普及的挑戰與下一波趨勢
當前的挑戰在於將昂貴的 FOG/CSAC 等技術「微型化」與「低成本化」，使其能普及到每一枚砲彈和每一位士兵身上。下一波趨勢將是「PNT 網路化」，即「PNT 即服務」(PNT as a Service)，在戰術雲中，所有節點共享彼此的 PNT 數據，AI 將自動融合全戰場的資訊，為單一個體提供遠超其自身能力的、最穩定可靠的 PNT 服務。
投資視角：為何「賣軍火鏟」的生意值得關注？
A-PNT 技術的崛起，正在啟動一場「全面換裝」的龐大商機。這不僅是「升級」，而是對現有數百萬台 GPS 接收器的「汰換」，這場競賽中，最值得關注的「軍火鏟」供應商，具備極高的技術壁壘：
PNT 融合演算法：這是 A-PNT 的「大腦」，是 BAE Systems、Raytheon (RTX)、Northrop Grumman 等主承包商的軟體核心戰場。
核心慣性元件：能夠量產高精度、微型化 MEMS 陀螺儀、FOG 陀螺儀，以及 CSAC 微型原子鐘的廠商。這些是 PNT 自主能力的物理基礎，毛利極高。
M-Code 接收器晶片：能設計與製造受管制的 M-Code 核心晶片的半導體公司。
GNSS 模擬與測試：提供 A-PNT 系統研發所必需的「虛擬戰場」測試儀器與軟體的利基市場廠商。
相較於押注單一武器平台，投資於這些為「所有平台」提供基礎 PNT 韌性、且具備「強制性換裝」需求的關鍵賦能技術，更能分享到這場因應「GPS 拒止」威脅而生的、長達數十年的結構性紅利。
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