【特邀专栏】DARPA成功故事系列之全球卫星定位系统（GPS）
本文由skysword编译自DARPA2015年新版发展战略《服务于国家安全的突破性技术》，详情请点击查阅：
【科技资讯】DARPA发布新版《服务于国家安全的突破性技术》报告）
【军事文摘】未来国防技术发展风向标——解读DARPA新版发展战略报告
关于DARPA成功故事系列，请查阅：
【特邀专栏】DARPA成功故事之情报、监视和侦查技术（ISR）
一、需求和机遇（第一部分）
前苏联在1957年发射的第一颗人造地球卫星，不仅催生了DARPA的诞生，而且因为偶然的发现，还催生了世界上第一个卫星定位系统的诞生。美国科学家通过传输的无线电信号来跟踪苏联卫星，发现了多普勒效应会对传输信号的频率产生影响。这一新发现使人们认识到在地面或海洋上运动的物体，可以通过测量从太空中传输信号的多普勒频移，来跟踪定位自己所处的位置。
二、DARPA的解决方案
为了使多普勒频移提供实时定位信息的想法走向实用，DARPA与海军联合提供了研发的种子资金，在上世纪50年代末期以及60年代早期，建造并向轨道上发射了TRANSIT系统，这是一个高轨道的卫星星座，与潜艇上的计算机相联通，能够提供初步的基于卫星的定位信息。此后70年代海军独立启动的NAVSTAR轨道卫星星座项目，由海军研究实验室进一步设计和建造了一系列卫星，能够传输与地面时钟同步的信号。这些卫星定位系统为潜艇指挥官们提供了精准的位置信息，使得潜射弹道导弹顺利地从水下发射。
准备发射的TRANSIT卫星
太空中运行的TRANSIT卫星
美国海军研究实验室的NAVSTAR卫星
三、产生的影响
GPS对于攻击型潜艇是一个革命性的进步，使得潜艇极大地减少了在水面上的时间，改变了过去依靠潜望镜去拓展和增强编队的战略威慑价值。
四、需求和机遇（第二部分）
到上世纪70年代末期，虽然有了强大的NAVSTAR系统，美军对广泛接入GPS系统的需求不断增长。但当时的GPS接收机体积较大，最轻的重量也有50磅，并且电源功耗要求较高，这些都限制了GPS系统应用的可移动性以及实用性。
五、DARPA的解决方案
进入80年代后，DARPA启动了微型GPS接收机项目，也被称为“弗吉尼亚瘦身”项目（“Virginia Slims”），目标是减小GPS接收机的尺寸、重量和功耗。DARPA集成采用当时在芯片技术上的最新研究成果，发展出了一款革命性的、全数字式的、轻质、仅依靠电池供电的GPS接收机，尺寸只有一个香烟盒那么大。这个项目取得了成功并在1991年完成了研究任务。
2012年，一名美军排长在阿富汗南部巡逻时使用手持GPS设备获取定位信息
六、产生的影响
微型GPS接收机的广泛使用极大地改变了战争行动，能够无处不在地提供精准时间和位置信息。如今，GPS不仅能够保证武器发射的精度，而且还能够为飞行中的武器提供导航。此外，基于GPS的时间同步能够使美军在战场上拥有更加安全的通信系统。
七、成果转移
移动GPS技术已经转移到美国海军、空军、陆军、国防部全球定位系统局以及国防部和政府的其它部门。在商业领域，GPS为美国的众多经济活动提供了支持帮助，包括民航运输、气象预报、资源管控和农业等。对于每一个拥有智能手机的人来说，GPS通过为用户提供量身定制的精准定位信息，为蓬勃发展的全球电子商务网络提供了重要支持。
八、下步展望
GPS为美军提供了巨大的战略优势，但是过度依赖GPS却同时是个潜在威胁。在GPS信号不可获取、不可靠或者被对手破坏的条件下，如何有效开展作战行动，这就为发展能够替代GPS的精准时间和导航能力的技术提出了迫切需求。
为应对这个挑战，DARPA正在支持研发一系列前沿技术，具备和GPS一样品质的定位、导航和时间基准能力，包括使用冷原子干涉测量的惯性测量装置，芯片级的自校准陀螺仪、加速度计和时钟，脉冲激光原子钟和微波源等。
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