【效率源•干货】手机定位20-4期：导弹为何会射偏？那是GPS在作怪

编者按

       在“手机定位20-3期”中，数据恢复四川省重点实验室学术委员会副主任、原某研究所信息安全技术高级工程师王宁老师详细介绍了GPS卫星定位系统的构成以及在实际生活中的应用。

新闻回放

中国第五颗新一代北斗导航卫星上天       

       2月1日，我国成功发射第五颗新一代北斗导航卫星，这颗“关键卫星”升空后，会与前4颗卫星一道，对未来北斗系统的全球体制规划和技术标准进行全面验证，并基本确立北斗系统的全球组网模式，这也意味着中国的北斗导航从区域卫星导航系统向全球卫星导航体系正式迈进。

【新一代北斗卫星发射升空】

专业解读为什么中国要发展北斗卫星导航系统?

       GPS卫星导航系统自1994年建成以来，已经被世界各国广泛采用。有了GPS，为什么中国还要投入巨大的资源发展北斗卫星导航系统？

        其实，GPS系统本质上是美国军用系统，优先为军方服务。为保持其独家利用卫星导航系统的军事优势，美国提出了导航战的战略方针。其内容包括在战时对战区内抑制民用信号，如施放干扰和恢复SA手段，拒绝敌方使用其所有有用导航功能；确保本方使用，加强反干扰、反欺骗能力和抗摧毁能力等等。一旦美国发现他国使用GPS可能有害或侵犯美国利益时，美国会立即改变密码，禁止他国使用GPS。这是他国使用GPS时而无法避免的软肋。一旦需要，美国可随时切断向某些国家发送的信号，使这些国家的飞机、舰船等陷于“瘫痪”。

       1996年，中国在导弹发射试验中，紧接着发射的第二枚和第三枚导弹突然无法追踪，最终导致导弹大大偏离了原定的落点范围。事后的军事分析表明，肯定是美军做了手脚，这两次发射失败可能是由GPS信号突然中断造成的。而且在这期间，美国向该地区派出了两支航母编队，中国发现无法对其进行有效跟踪，从而也就无法对其进行威慑。因此，中国无论花多少钱，都必须建立独立自主的卫星导航系统。

GPS卫星导航系统项目的军事背景

       GPS起始于1958年美国军方的一个叫子午仪卫星导航系统的项目，1964年投入使用。20世纪70年代，美国陆海空三军联合研制了新一代卫星定位系统GPS 。主要目的是为陆海空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报搜集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。

【GPS的前身子午仪卫星导航系统】

       GPS包含两种服务：一种是SPS，即标准定位服务(Standard Positioning Service)；主要面向全世界的民用用户，第一代的精度约为100M，目前一般为15m以内。另一种是PPS，即精密定位服务(Precision Positioning Service)；主要面向美国及其盟国的军事部门以及民用的特许用户，第一代的精度就高达10m以内，现在已达1m。

       GPS卫星发射两种不同的测距码，即军用的P码和民用的C/A码，分别对应精密定位服务(PPS)和标准定位服务(SPS)。因为C/A码无法用双频技术消除电离层折射影响，美国技术人员先期预测定位精度会在百米级别，但是由于在GPS试验阶段提高了卫星钟的稳定性和改进了卫星轨道的测定精度，使得利用C/A码定位的SPS测试精度达到14m，利用P码的PPS测试精度达到3m，远远优于预期定位精度。

       美国军方认真评估C/A码的影响后，1984年出台了保护美国国家安全的两大措施：防止对军用的P码进行干扰的A-S反电子欺骗技术和人为降低民用C/A码定位精度的SA选择可用性技术，自1991年7月起所有GPS卫星正式全部使用SA技术，将定位精度降低到100米。后来在各方反对的浪潮和新的GPS技术推动下，2000年美国取消了对GPS卫星民用信道的SA干扰信号，民用GPS的定位精度达到平均6.2米的实用化水平，从而掀起GPS产业和应用热潮。

GPS系统在军事领域中的作用 1

为部队或单兵提供定位 

       部队或单兵有了GPS系统后，可以准确地知道自己所处的地理位置。特别是在夜晚，GPS系统可以帮助完成近50%的训练和作战任务，有效降低了误伤率。主要利用定位和通信功能，为单兵提供位置信息和时间信息服务，同时可将单兵的位置信息实时动态传送到指挥机构，并及时向单兵发送各种指令，提高单兵作战和机动能力。在科索沃战争中，美军的F-117隐形飞机被击落后，由于飞行员配备了GPS接收机的呼救装置，从而使美军能抢在南联盟军队之前，在7小时内找到并救出飞行员。

【GPS为单兵作战提供定位】

2

为车辆、飞机、舰艇等提供导航

        为车辆、飞机、舰艇安装上GPS导航系统后，能够大幅度地提高其作战效能。例如，坦克利用GPS接收机与负责后勤的油柜车、弹药车和修理车及时会合，进行战场加油、加弹、修理，可以延伸其作战半径，增加其作战效能。飞机通过CPS系统，可以在不熟悉的作战环境中找到最便捷的飞行路线。在茫茫的海洋中，舰艇的精确定位和导航一直是一个困难和复杂的问题，在晴朗的夜晚，可以通过星空进行观测，但在白天或见不到星星的夜晚，就只能通过对海图进行计算来进行定，既麻烦又不是很准确。有了GPS后，舰艇可以随时知道自己所处的位，并且非常精确，很好地解决了这一问题，因此，现代舰艇，包括民用船舶大都已加装了GPS导航系统。

【GPS为航空母舰提供导航】

3

精确制导弹药制导

       现代精确制导弹药有许多已经开始采用GPS技术进行制导，以提高制导的精度，并且可以简化制导的过程。GPS制导有精度高、制导方式灵活等特点，已成为精确制导武器的一种重要制导方式。在近几场高技术局部战争，美军使用精确制导导弹和炸弹的比例比海湾战争时增加了近100倍，而它们全部或大部分都依靠GPS制导。GPS还可以对打击目标命中率进行评估。在装有GPS接收终端的弹药击中目标引爆的瞬间，触发用户机进行定位，并将位置信息和时间信息迅速传送到指挥中心，从而进行命中率评估，其评估效果已在伊拉克战争中得到充分检验。 

【GPS在精确制导武器中的运用】

小知识

手机GPS是免费的吗？      

       GPS的信号是广播式的，学名叫无源定位，就跟电台广播一样，发射的信号是精确的时间和卫星的位置信息，只要有接受端就能接收到，故美国政府没有直接收费。然而，GPS的ICD文件虽然是公开的，但是接收GPS信号需要GPS接收机或者说是GPS芯片，而GPS芯片制造商和GPS接收机制造商，进行合法化生产就需要缴纳GPS专利费用，这些费用最后还是叠加在销售给用户的产品身上。另外，开发GPS的软件也会支付给GPS运营方部分费用。从这一点来说，GPS间接是向用户收取了一定费用。

小结：本期详细介绍了GPS的系统的起源以及在军事领域内的应用，有关内容来源于互联网公开资料。在下一期的节目中，我们将详细介绍基站定位(LBS)技术，敬请期待！

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