摘要：面对日益复杂的电子战威胁，美国空军正在推进一项雄心勃勃的技术计划，旨在开发能够在GPS信号被干扰或欺骗环境中独立运行的无人机群系统。这一计划的核心是下一代原子钟技术，该技术承诺为小型无人机集群提供皮秒级的时间同步精度，从而实现在敌对环境中的协同作战能力。美国空

信息来源：https://defence-blog.com/u-s-air-force-eyes-atomic-clock-tech-for-drone-swarms/

面对日益复杂的电子战威胁，美国空军正在推进一项雄心勃勃的技术计划，旨在开发能够在GPS信号被干扰或欺骗环境中独立运行的无人机群系统。这一计划的核心是下一代原子钟技术，该技术承诺为小型无人机集群提供皮秒级的时间同步精度，从而实现在敌对环境中的协同作战能力。美国空军研究实验室发布的最新信息请求显示，军方正在寻求突破传统卫星导航依赖的技术壁垒，为未来战场上的自主无人机作战奠定基础。

这项名为"联合多智能精密参考加固试验台"的项目代表了军用无人机技术发展的重要转折点。随着俄罗斯在乌克兰战争中大规模使用GPS干扰和欺骗技术，以及中国在潜在区域冲突中发展类似能力的报告不断涌现，五角大楼意识到现有的基于卫星的导航系统存在致命弱点。传统的GPS系统在面对复杂电子战环境时显得脆弱，这促使军方寻求更加稳健和独立的导航解决方案。

空军研究实验室导航与通信分部在招标文件中明确指出了技术需求的严格标准："政府希望响应此信息请求的厂商能够专注于如何在无人机群中实现极高的时间一致性，达到个位数皮秒的稳定性和亚纳秒的精度。"这种精度要求远超目前商用时钟系统的能力，需要在原子钟小型化和功耗优化方面实现重大技术突破。

电子战威胁推动技术革新

摄影：Pvt. James Newsome

当前全球安全环境的变化为这一技术发展提供了紧迫的背景。俄乌冲突中展现的电子战能力表明，传统的卫星导航系统在现代战场上面临前所未有的挑战。俄罗斯军队不仅能够干扰GPS信号，还能够进行更复杂的欺骗攻击，向敌方系统发送虚假的位置信息，导致无人机偏离预定航线或攻击错误目标。

这种威胁的严重性促使美军重新评估其对卫星导航系统的依赖程度。传统上，GPS系统为军用平台提供了可靠的定位、导航和授时服务，但这种单一依赖模式在面对先进电子战能力时显得过于脆弱。中国军方在太平洋地区发展的反介入/区域拒止能力也包括了复杂的电子战系统，这进一步凸显了开发独立导航能力的战略重要性。

无人机群作战概念的兴起使这一挑战变得更加复杂。单个无人机的导航问题相对容易解决，但当数十甚至数百架小型无人机需要协同作战时，它们之间的精确时间同步和相对定位就变得至关重要。传统的集中式指挥控制模式在面对电子战攻击时容易出现单点故障，因此需要开发分布式、去中心化的协调机制。

美军提出的解决方案是建立一个"去中心化开放式定位导航授时架构"，该架构能够实现所谓的"冷启动、逐步增强的定位导航授时能力"。这意味着无人机群即使在完全没有外部参考信号的情况下，也能够通过相互协作建立和完善空间感知能力。

技术挑战与创新突破

实现这一愿景需要在多个技术领域取得突破。首先是原子钟的小型化问题。传统的高精度原子钟体积庞大、功耗巨大，无法装载在小型无人机上。下一代原子钟技术需要在保持极高精度的同时，大幅减少体积、重量和功耗，以适应小型无人机系统的严格约束。

时间同步精度的要求也达到了前所未有的水平。皮秒级的稳定性意味着时钟在一秒钟内的误差不能超过万亿分之几秒，这种精度水平即使在实验室条件下也很难实现，更不用说在恶劣的战场环境中。亚纳秒级的精度要求则更加苛刻，需要在原子钟设计、温度控制、振动隔离等多个方面进行精密工程。

无人机群的协同导航还涉及复杂的算法挑战。每架无人机都需要能够处理来自其他平台的相对位置信息，通过分布式计算建立共同的参考坐标系统。这种计算需要在资源有限的机载计算机上实时进行，同时还要保持足够的鲁棒性以应对单个平台的故障或丢失。

系统的可扩展性也是一个重要考虑因素。该架构需要能够支持从几架到数百架无人机的各种规模集群，并且能够动态适应集群规模的变化。当新的无人机加入集群或现有平台离开时，系统需要能够快速重新配置而不影响整体性能。

军事应用前景与战略影响

成功开发这种技术将为美军带来显著的战术优势。首先是增强了在复杂电磁环境中的作战能力。即使敌方部署了先进的GPS干扰系统，配备新型导航技术的无人机群仍能保持有效的协同作战能力。这种技术独立性将大大增强美军在反介入/区域拒止环境中的作战灵活性。

无人机群的精确协调还将使新的作战概念成为可能。例如，多架无人机可以组成分布式传感器网络，通过协调飞行路径实现对大面积区域的连续监视。它们还可以执行协调攻击任务，同时从多个角度攻击同一目标，或者分散攻击多个目标以压制敌方防空系统。

该技术的发展还将推动无人机自主化水平的提升。当无人机群能够在没有外部导航支持的情况下自主协调时，它们对人工干预的依赖将大大降低。这不仅提高了作战效率，还减少了人员伤亡风险，因为操作人员可以在更安全的距离上进行指挥。

从更广泛的战略角度来看，这种技术将改变未来战争的性质。传统的电子战策略主要集中在干扰敌方的通信和导航系统，但如果无人机群能够在没有外部支持的情况下自主作战，现有的电子战手段将变得不那么有效。这可能推动电子战技术向更加复杂和精密的方向发展。

技术转移的潜力也值得关注。虽然该项目主要针对军用应用，但相关技术可能最终应用于民用领域。高精度时间同步技术在通信网络、金融交易、科学研究等领域都有重要应用价值。小型化原子钟技术的发展也可能为商用导航设备带来性能提升。

然而，这种技术的发展也带来了新的挑战。成本是一个重要考虑因素，高精度原子钟和相关电子系统的成本可能使单个无人机的价格大幅上升。技术复杂性的增加也可能影响系统的可靠性和维护需求。此外，随着无人机自主化程度的提高，如何确保人类对自主武器系统保持适当控制也成为一个重要的伦理和法律问题。

美国空军研究实验室设定的2025年9月19日反馈截止日期表明，该项目正在快速推进。要求提交的方案包括性能模型、测试数据以及技术差距评估，这表明军方希望获得实用的技术解决方案而非仅仅是理论研究。随着该项目的发展，我们可能很快就能看到这种革命性技术在实际军事行动中的应用。

来源：人工智能学家