定位、导航和定时-PNT技术
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进入新世纪后，许多国家各国军队已经意识到现代作战行动过于依赖GPS，而随着GPS干扰技术的快速发展，这种隐患将成为各国军队战时使用武器的巨大威胁。从2010年开始，DARPA开展了独立于卫星导航系统的研发工作，目的是全面取代GPS，而不是作为GPS系统的补充。2014年6月，DARPA向业界发布了新的项目公告，要求开发不依赖于现有GPS的武器导航技术。此后，DARPA同时开展了多个研究项目，重点发展定位和导航授时技术。
自适应导航系统
"适应性导航系统(ANS)是由战略技术办公室负责的一个项目。它旨在开发一种新的先进惯性导航系统(INS ),在没有外部数据源的情况下提供精确的时间和位置惯性测量数据。ANS项目还包括许多子项目，开发新的算法和架构，实现PNT传感器在各种平台上的快速即插即用功能，降低研发成本，缩短研发时间，尽快实现战场应用。
对抗环境中的空间、时间和位置信息(STOIC)
斯多葛派项目是战略技术办公室开展的另一项工作。它是一种新的PNT系统，集成了远程鲁棒参考信号、超稳定战术时钟和一些多功能系统，可应用于GPS拒绝的情况。该项目包括三个组成部分。首先是为定位导航开发抗干扰信号，特别是频谱的VLF部分。目标是通过使用甚低频信号发射机作为全球定位系统的完整备份方案，建立一个替代性、远程和可靠的PNT参考信号源网络。第二个组成项目是新型光钟技术，旨在研制漂移小于1纳秒/月的新型光钟。这个项目应用于DARPA 量子辅助传感和读取(QuASAR)项目；最后一个项目是利用平台上的现有系统，开发不同战术数据链(Link-16或战术目标网络技术)之间精确时间转换的方法。
微型定位、导航和计时技术(微型PNT)
为了满足PNT系统的设计和集成要求，微系统技术办公室开发了新的核心部件技术、材料和制造工艺。微PNT是微系统技术办公室的许多PNT项目之一。这个项目包括许多研究和开发项目；d项目，主要利用MEMS的小型化技术，研制小型化程度高、精度更高、稳定性更好的芯片级陀螺仪和时钟，以及全集成计时和惯性测量器件。本项目结合了大量领先的技术研发，具有广阔的应用前景。
下一代原子钟(NGAC)项目
原子技术为导航、通信、情报监视和侦察(ISR)以及电子战(EW)系统提供了高性能的定时和同步技术手段。DARPA投资了芯片级原子钟(CSAC)技术，并展示了其增强功能。2016年，DARPA提出了下一代原子钟(NGAC)项目，计划通过采用原子限制和询问的替代方法，开发关键性能参数提高100X-1000X的下一代芯片级原子钟，并重点开发必要的组件技术，以期实现低成本制造和在恶劣战争环境下的稳健部署。NGAC计划开发一种芯片级原子钟，在低成本、小尺寸、低重量和低功耗(CSWaP)平台上实现精确计时。为了实现这些性能指标，将在系统中集成新的支持技术和查询技术。本项目基础研究由PE 0601101E，ProjectES-01资助。然而，该项目只收到了研发；d基金，并没有继续研发；d工作。
"蓝狼
蓝狼该项目旨在开发和验证一种综合无人潜水器(UUV)，它可以以现有平台以前无法达到的速度和范围运行，而潜水器的体积及其负载与电子设备的比例将保持不变。蓝狼项目的重点是现有飞机的新能源、升力和阻力减少技术的快速研发和成熟。2015年，DARPA启动了蓝狼项目，并且波音公司和洛克希德马丁公司联合开发了革命性的水下推进和减阻技术，使载人和无人水下军用潜水器在水中的移动速度比以前更快、更节能。
DARPA 蓝狼计划开发和演示一个集成的水下航行器原型，它可以在固定大小的平台上无法实现的速度和范围组合下运行，同时保留有效载荷和电子设备的传统体积和重量分数。最初的参考架构由一个21英寸直径的潜水器组成，其体积和重量保留用于基线导航、控制、电子系统和有效载荷。潜水器使用基线电力驱动和传统的鳍控制。
动态升力和减阻是指能够实现显著减阻的革命性技术，如小翼的动态升力、机身形状和涂层，以及适用于各种航程和速度组合以提高系统能效的新型减阻技术。混合能源系统是指使用两种或两种以上能源的热能、电化学或能量收集等方法来提高能源效率，单位为瓦特小时/英里。DARPA研究人员表示，他们计划探索可以安装在潜艇潜水器系统模块中的热源和电源，如燃料电池和电池。
直接片上数字光学合成器(DODOS)项目
DARPA于2014年启动了DODOS项目。关键是将必要的组件小型化，并集成到一个紧凑的模块中，以便该技术可以更广泛地部署，同时解锁新的应用。为了实现这一目标，DODOS项目使用微谐振器(在微芯片中存储光的微小结构)在紧凑的集成封装中实现光学频率梳。光梳的名字来源于将单色输入激光束转换成一系列均匀排列的颜色，就像梳子一样。如果梳子牙齿阵列足够宽，创新的噪声消除技术将成为可能，使光频梳成为需要精确频率参考的系统的一个有吸引力的选择。2018年，在DODOS项目的支持下，UCSB带领的团队和美国国家标准与技术研究院(NIST)成功实现了光频率合成器组件的小型化，为研究成果奠定了基础。
2020年6月，DARPA s 片上数字光合成器(渡渡鸟)项目再次取得重大进展。由UCSB、加州理工学院和EPFL组成的DODOS研究团队开发了集成孤子微纳芯片。研究成果发表在《自然》期刊上。
DODOS研究小组从加州大学圣巴巴拉分校、加州理工学院和瑞士洛桑联邦理工学院物理研究所开发了集成孤子梳芯片。
对未来部署至关重要的是，它也更便于操作。由于系统的精心设计，打开激光器就可以自动启动光频梳。设计的交钥匙操作大大简化了需要光频梳实现特殊功能的系统。通过去除通常需要在器件之间使用的特殊电子和光学器件，简化的结构降低了规模、功耗和成本要求，同时使得光频梳对环境和温度扰动具有很强的稳定性。
精确耐用的惯性制导弹药
2016财年，DARPA投资1630万美元开发PRIGM。该项目分为两部分，将应用于微型PNT项目的研发成果。第一部分是导航惯性测量装置(PRIGM:NGIMU)。该项目的目的是制造一种具有完整导航级的MEMS惯性测量装置，实现GPS抑制环境下的弹药制导功能。新的MEMS惯性测量装置将采用通信接口和插件安装方式，未来将取代现有的战术惯性测量装置。2015年12月，DARPA与诺斯罗普格鲁曼公司签署了价值630万美元的合同，用于第一阶段，包括硬件交付和飞行验证测试。
第二部分是先进的惯性微传感器(PRIGM:AIMS)。该项目的基本目标是实现弹药在发射和飞行阶段的导航功能。PRIGM:AIMS项目的内容是开发一种检测惯性力的新方法，基础研发和应用研发费用分别为610万和620万美元。在DARPA的支持下，卡内基梅隆大学的研究人员通过声学和光学组件的材料和器件设计，增强了陀螺仪的性能。声光陀螺仪的性能在灵敏度(9x)、信噪比(13x)和稳定性(超过100s)方面都得到了提高，而器件的整体尺寸却缩小了一半。
高稳定度原子钟
高稳定度原子钟(ACES)是微系统技术办公室开展的一个新项目，旨在设计和制造新一代原子钟。这种原子钟只有手掌大小，由电池供电，性能比现在这一代原子钟好1000倍。新的原子钟必须放在一个只有0.25瓦功率的钱包大小的套件中。该项目将分三期进行，总预算5000万美元，2016财年预算460万美元，在抗精度侵蚀工艺上取得突破。时钟精度的减弱体现在很多方面，比如温度波动引起的原子频率变化，或者断电重启引起的细微频差。ACES项目寻求超高稳定度的原子钟，需要多个领域团队的技术合作，包括原子物理、光学、光子学、精密加工和真空技术。
2019年8月，DARPA宣布，在ACES项目的支持下，三个团队研发的新一代芯片级原子钟在性能优化方面取得突破性进展。NASA喷气推进实验室团队研发的芯片级原子钟受温度和环境因素干扰较小，定位精度是上一代原子钟的100倍。美国国家标准与技术研究所研制出一种微型原子钟，仅由三块微芯片和相关配套元件组成。它的功耗比以前的原子钟低很多，但精度是以前的50倍。霍尼韦尔一个美国团队成功开发了一种精密的原子传感器，可以支持原子钟的小型化。
由NIST、加州理工学院、斯坦福大学和Charles Stark draper实验室开发的微加工光子光学原子钟示意图
深海导航和定位系统
"波西登综合利用水声信号、水面浮标、水下定位信标或节点、GPS信号，可以快速确定无人水下系统的位置坐标，并将数据传回水面舰艇或潜艇的指挥控制系统。波西登 R & ampd工作由DARPA和BAE系统公司完成。
POSYDON可以在海洋中提供实时、连续、稳定的定位信息。水下平台通过部署少量可远距离传播的声源系统，无需定期上浮接收GPS信号，即可获得持续、高精度的导航信息。波西登带来了类似GPS的水下用户的能力。GPS信号在海面反射，无法穿透海水。POSYDON的重要性在于确保这些UUUVs(无人水下传输介质)能够真正专注于自己的任务，而不用定期浮出水面让GPS搞清楚它们的位置。这项技术依赖于一种三角测量。来自卫星的GPS信号被发送到一个地面节点，该节点利用声波连接
模块化光圈构建模块(MOABB)项目试图在提高转向率的同时，大幅降低光学系统的尺寸和重量。具体来说，MOABB的目标是构建一个毫米波光学单元的组合，这些单元可以相干地排列在一个平面上，以形成更大和更高功率的设备。这些积木将取代传统光学系统的精密透镜、镜子和机械部件。MOABB还将开发一种可扩展的光学相控阵，它不需要任何机械部件来控制电磁波(如光和无线电)。这些进步将使尺寸和重量减少100倍，转向率增加1000倍。对于激光雷达、激光通信和激光照明等应用，MOABB提供了一个极具吸引力的机会，可以用平面集成系统取代空的空间和大块部件。
DARPA研究人员将建造一个二维毫米级发射/接收单元，该单元具有高填充因子孔径、非机械波束控制和集成放大功能等特点。研究人员打算使用当前的半导体制造工艺将这些细胞构建成连贯的细胞阵列。本项目的目的是通过晶圆级加工技术制造一个具有分布式增益的10 cm相干发射器/接收器阵列。MOABB项目包括两个技术领域：开发适用于短波红外波段的光学相干单元阵列技术；将该技术应用于激光雷达系统，验证了该技术的可行性。DARPA与四家公司签署了总额为1630万美元的合同，以推动该项目的研究进程。研究人员最终希望将这项技术应用于光学探测、光学测距和激光雷达系统。与DARPA签约的四家公司分别是洛克希德马丁相干技术公司、美国TREX公司、美国模拟光子有限公司和美国Teledyne技术成像有限公司。
导引头成本转换
"搜索者成本转换project是DARPA为满足对抗环境下美军机载武器的作战需求而设立的研发项目。旨在发展一种创新的武器导引头/制导系统，只需要一点点信息支持，即可精确搜索固定、多变、连续移动的目标，并能在GPS拒绝环境下实现全天候导航。它体积小、重量轻、功耗低、成本低。
搜索者成本转换该项目于2015年启动，分两个阶段实施。第一阶段工作主要涉及重量小于5公斤的导引头的设计和技术开发，为期21个月。根据公开信息，洛马公司和BAE系统公司都通过了第一阶段的关键设计审查，但只有美国空军研究实验室的代表DARPA授予洛马公司价值820万美元的第一阶段合同。第二阶段，对重量小于2kg的导引头进行集成测试，历时18个月，导引头最终质量指标小于1kg。BAE系统公司在这个阶段赢得了合同。
SECTR导引头索引要求
2020年3月，DARPA公布了2021财年的预算要求，表示2021年SECTR项目将不再申请资金。这意味着该项目经过6年的开发，将于2020财年结束。该项目突破了适应GPS拒止环境的低成本精确制导技术，成果可能或已经应用于承担精确打击任务的某型武器，可能有效提升美军空地导弹在复杂对抗环境下的作战能力。
机械天线(阿米巴)
机械天线(AMEBA)项目是DARPA微系统技术办公室发起的创新研究项目，旨在开发一种便携式低频信号传输系统。一旦成功应用，低频通信将摆脱对大型发射台的依赖，向潜艇、无人潜航器、地下目标和远程战斗人员等发送数据、文字甚至语音将更加方便灵活。在深海、陆地等空间通信领域将有广阔的应用前景。
与目前通过振荡电路产生电磁波的无线电发射机不同，AMEBA项目将探索一种新的电磁波产生和发射机制，通过强磁场材料(永磁体)或强电场材料(驻极体)的机械振动产生低频电磁波。研究
在DARPA于2018年发布的原子-光子集成(A-PhI)项目征集提案中，使用光子集成电路的原子干涉陀螺仪被列为未来研究的重点，寻求新的方法来降低捕获原子高性能PNT设备的复杂性。与此同时，该项目还将开发一个原子陀螺仪和一个可以模拟光波的相干光纤陀螺仪(FOG)。DARPA表示，性能可靠的PNT设备是美军执行军事任务的重要资源，其影响力涵盖通信、导航、侦察和电子战等领域。Pn信息通常来自GPS导航卫星，但这类信号容易被敌方屏蔽和干扰，这就使得GPS备份非常重要。而且时钟和惯性测量单元的精度(IMUs)和GPS系统差不多，但是持续时间短，这就是A-PhI项目的由来。
先进PNT能力演示(APCD)
微机电系统(MEMS)和原子物理对新功能进行了基础研究，这将影响战场上维持和传输精确定时和导航信息的能力。高级PNT能力演示(APCD)计划将在最有前途的新物理能力中进行选择，并在真实的战斗场景中展示它们的潜力。一种方案是利用惯性传感器的进步，仅在20分钟内操作惯性测量单元(IMU)。基于MEMS的演示将使弹药能够在GPS约束下导航，并保持弹药和导弹在未来战场环境中精确导航的能力。另一种情况是使用高性能和紧凑的低功耗原子物理来存储时间和位置信息。这将使先进的定位、导航和定时(PNT)功能成为可能，例如在低地球轨道(LEO)星座或无人驾驶飞行器(UAV)中，从这些位置可以分发基于原子的信息。
海上交战的及时信息
2019年9月，DARPA发布了及时项目，该项目将开发异构海上通信架构，并完成海上演示和验证。美国军方试图建立一支快速可重构的军事力量，能够快速行动，适应不断变化的环境。即使一些部门消失或被转移去完成更重要的任务，它们也能继续发挥有效的作用。适时项目是马赛克战争。其目标是建立快速可重构的空中、海上和水下军事力量。这些力量快速、不可预测、灵活、适应性强，更像是马赛克中的碎片，而不是设计严谨的拼图。
适时项目将重点研究网络协议、服务质量、信息交换等技术，同时掌握水下环境对网络链路距离、容量、时延、安全性的限制。该项目设想了一种动态可重构响应架构，将吸收水下通信和海上无人系统的尖端技术。DARPA表示，适时项目将投资4500万美元，分为以下三个阶段：第一阶段持续15个月，主要进行设计和组件级测试；第二阶段为期15个月，主要是搭建架构，完成水下演示验证；第三阶段为期15个月，主要完成多领域作战演示和样机验证。
弹性分布式马赛克通信项目(RN DMC)
2020年6月，为了打破对大型天线和放大器的依赖，DARPA发布了弹性网络分布式马赛克通信项目(RN DMC)，寻求开发一种可移动、自形成和自修复的马赛克天线，以提供远距离通信。镶嵌天线是由空间分布的低尺寸、重量、功率和成本(SWAP-C)的收发元件或瓷砖，可以放置在船只、车辆、无人和有人驾驶飞机、卫星和个人小队成员上。发射功率在片段间分配，增益通过信号处理实现，而不是通过物理天线孔径集中能量。
马赛克天线碎片的分区部署将具有更强的鲁棒性来应对故障和攻击，同时希望能够以更低的成本消耗(目标是每片1000美元以下)。DMC项目包括三个关键领域：系统设计、实验性能验证和操作架构定义。这部作品分为三部
发展GPS独立导航技术的目的是在高度竞争的环境下，为作战人员和武器提供类似GPS的定位、导航和授时功能。以美军为首的西方国家军事力量正在积极发展这一技术体系，有威胁未来环境发展的无奈，有占据技术主导地位的野心，也有现有GPS发展的无望。定位、导航和授时服务对于军队来说，就像氧气对于人类一样不可或缺。DARPA将在现在和未来很长一段时间内投入资金研究新机制、开发新设备、开发新算法，以摆脱军事人员和系统设备对GPS的依赖。
编辑：李倩
标签：项目技术系统