神奇的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)

鄭　軍　孫文德

1999年3月27日，硝煙彌漫的南聯(lián)盟上空，一架向來縱橫天下的美國(guó)F—117“夜鷹”隱形戰(zhàn)斗轟炸機(jī)被南聯(lián)盟人民軍的防空炮火擊中，折戟沉沙于貝爾格萊德市郊。情急之下，美國(guó)飛行員跳傘逃生，并于次日被美軍營(yíng)救小分隊(duì)順利救出。世人不禁要問：美國(guó)人是怎樣知道F－117在何地被擊落?又是怎樣在南聯(lián)盟軍民的嚴(yán)密圍捕下找到飛行員，并將其救出的呢?其實(shí)，這一系列“奇跡”的出現(xiàn)，全部依賴于美國(guó)人引以為豪的GPS一全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的幫助。

GPS是全球定位系統(tǒng)的英文縮寫，全稱為GLOBAL POSITIONING SYSTEM。這是美國(guó)政府自1960年發(fā)射第一顆導(dǎo)航衛(wèi)星后，歷時(shí)30多年。終于在1994年正式建立的一種具有全球性、全天候、連續(xù)性和實(shí)時(shí)性等特點(diǎn)，集導(dǎo)航、定位功能于一體的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)由空間衛(wèi)星網(wǎng)、地面控制站和用戶終端三大部分組成?？臻g衛(wèi)星網(wǎng)由24顆高度約為2萬公里的衛(wèi)星組成，它們均勻地分布在6個(gè)等間隔的軌道上，每條軌道上有4顆重量分別為840千克的衛(wèi)星，使用壽命可達(dá)7年半。每顆衛(wèi)星繞地球一圈的運(yùn)行周期將近12小時(shí)，軌道與赤道面的夾角為55°。這些衛(wèi)星上都裝有30萬年內(nèi)誤差不超過1秒的原子鐘，分別以粗碼和精碼的形式連續(xù)不斷地向地球發(fā)送時(shí)間和位置信息，其發(fā)射速率1秒鐘可達(dá)1000次，其中，粗碼供民用，精碼提供軍用。精碼一次定位的精度為15平米，經(jīng)過多次定位，其精度可達(dá)1平方米以內(nèi)。按此分布，地球上任意一點(diǎn)的用戶在同一時(shí)間內(nèi)至少能同時(shí)看到4顆衛(wèi)星。地面控制站負(fù)責(zé)對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行跟蹤測(cè)軌，并將算得的軌道預(yù)報(bào)參數(shù)和時(shí)鐘修正參數(shù)適時(shí)地注入給衛(wèi)星，以保證衛(wèi)星能夠不間斷地向地面發(fā)送準(zhǔn)確的定位訊息。用戶終端接收機(jī)不僅有適用于單兵攜帶的便攜式定位設(shè)備，而且可以按其使用對(duì)象和使用目的不同，裝載在飛機(jī)、導(dǎo)彈、艦艇以及車輛上，用以及時(shí)地導(dǎo)航和定位。

現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)難離GPS

GPS的定位主要是通過電磁波測(cè)距的方法來實(shí)現(xiàn)的，由于它能隨時(shí)隨地提供任意一點(diǎn)的時(shí)間信息和三維空間坐標(biāo)，因而在軍事上有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

茫茫大海上的“領(lǐng)航員”艦艇在茫茫的大海上航行時(shí)，傳統(tǒng)的導(dǎo)航手段由于受到地勢(shì)、距離和天氣等因素的影響，很難確定自己在海上的位置和正確的前進(jìn)方向。即使是使用相對(duì)先進(jìn)的超遠(yuǎn)程無線電導(dǎo)航系統(tǒng)，其作用距離也只有數(shù)千公里，且誤差較大。而GPS則可以為全球任何一點(diǎn)的艦艇在任何時(shí)候連續(xù)提供準(zhǔn)確的三維坐標(biāo)和速度數(shù)據(jù)，從而使艦艇的機(jī)動(dòng)性更強(qiáng)、主動(dòng)性更高。這不僅大大減少了碰撞冰山和礁石的危險(xiǎn)，增大了航海的安全系數(shù)，更重要的是可以為遠(yuǎn)洋作戰(zhàn)的艦隊(duì)提供準(zhǔn)確的、適用敵我相關(guān)位置的信息。這對(duì)于完全是超視距作戰(zhàn)的現(xiàn)代海戰(zhàn)來說，無疑具有不尋常的意義。

陸地作戰(zhàn)的“指路燈”由于GPS定位系統(tǒng)具有快速、準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)，因此它在現(xiàn)代陸戰(zhàn)中也發(fā)揮著不可替代的作用。它既可以為在敵占區(qū)或在地形生疏地區(qū)作戰(zhàn)的部隊(duì)提供準(zhǔn)確的定位和測(cè)距，又可為地面部隊(duì)實(shí)施空中或地面的炮火支援提供目標(biāo)數(shù)據(jù)。尤其在夜間、濃霧及其他能見度不高的作戰(zhàn)環(huán)境中，它更是保證部隊(duì)不迷失方向的“指路燈”。海灣戰(zhàn)爭(zhēng)期間，在漫漫大漠中作戰(zhàn)的美軍之所以能夠在缺乏明顯地標(biāo)的情況下，多次完成快速準(zhǔn)確的軍事行動(dòng)，廣泛裝備于美軍各級(jí)分隊(duì)的GPS接收機(jī)可以說是居功至偉，立下了汗馬功勞。

精確打擊的“校正器”隨著射程遠(yuǎn)、精度高、威力大的遠(yuǎn)程精確打擊武器的飛速發(fā)展，現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的模式也在發(fā)生著深刻的變革。諸如“外科手術(shù)”式攻擊、“點(diǎn)穴”式攻擊等全新戰(zhàn)法令人耳目一新。但在實(shí)戰(zhàn)中，要實(shí)現(xiàn)對(duì)一些重要的點(diǎn)狀目標(biāo)的精確打擊，最基本的前提是對(duì)這些目標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確定位。如在今年北約空襲南聯(lián)盟之戰(zhàn)中，北約飛行員可以根據(jù)指揮部提供的預(yù)定攻擊目標(biāo)的三維坐標(biāo)，駕機(jī)飛臨戰(zhàn)區(qū)，然后再根據(jù)飛機(jī)上的GPS系統(tǒng)來確定自己是否已到達(dá)目標(biāo)上空，一旦確定進(jìn)入攻擊的范圍，他只需要輕輕地按下按鈕。裝有攻擊目標(biāo)坐標(biāo)信息的精確制導(dǎo)炸彈就會(huì)在自身GPS系統(tǒng)的引導(dǎo)下準(zhǔn)確地飛向目標(biāo)，“一切就像打電子游戲機(jī)那樣簡(jiǎn)單”(北約飛行員語(yǔ))。1999年5月8日，美軍在全球定位系統(tǒng)的幫助下，悍然用5枚導(dǎo)彈準(zhǔn)確地?fù)糁辛酥袊?guó)駐南聯(lián)盟大使館。也正是因?yàn)槊绹?guó)人有如此先進(jìn)的全球定位系統(tǒng)，所以他們對(duì)襲擊中國(guó)使館一事所做出的“誤炸”解釋才顯得那么不可信，那么令人無法接受。

GPS前景無限

GPS系統(tǒng)在軍事上的成功運(yùn)行，極大地引起了民用部門的普遍關(guān)注，于是一些民用功能不斷地被開發(fā)出來。比如，國(guó)外最近有科學(xué)家研制出一種被稱作“永不迷路”的設(shè)置，它能使開車者輕易地找到自己所處的位置。這種裝置實(shí)際上就是安裝在汽車上的一種計(jì)算機(jī)化的地圖，它連接著一個(gè)GPS接收器。當(dāng)車子啟動(dòng)時(shí)，機(jī)載的計(jì)算機(jī)就會(huì)在屏幕上顯示出一個(gè)彩色的地圖。開車者只需輸入他居住或出發(fā)的地址和要到達(dá)的地方，“永不迷路”系統(tǒng)就會(huì)為他找到最近的路線。隨后一個(gè)大箭頭將出現(xiàn)在屏幕上，同時(shí)一個(gè)電子聲音會(huì)隨時(shí)提示開車者“往左拐”或“往右拐”。當(dāng)用戶開車時(shí)，屏幕上一個(gè)代表他汽車的游標(biāo)會(huì)沿著他行駛的路線移動(dòng)。這樣，開車者就不必?fù)?dān)心會(huì)迷路了。

最有意思的是GPS還可用于反盜竊活動(dòng)?，F(xiàn)在，美國(guó)一些貨物管理系統(tǒng)已經(jīng)把以太陽(yáng)能電池作動(dòng)力的GPS接收器放入集裝箱里，集裝箱的位置信息會(huì)不間斷地發(fā)送到衛(wèi)星上，導(dǎo)航衛(wèi)星然后再把數(shù)據(jù)發(fā)送到該貨主的公司。不管何時(shí)，只要集裝箱的門一打開，就會(huì)被該系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)，貨主的公司就會(huì)立刻收到警報(bào)，得意忘形的盜賊就會(huì)在神不知、鬼不覺的情況下被緝捕歸案。

GPS的另一個(gè)最重要的作用是用于農(nóng)業(yè)的“精確耕作”。一些農(nóng)場(chǎng)主采用GPS后，可對(duì)每一塊土地上的作物產(chǎn)量作出準(zhǔn)確的記錄，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，然后再?zèng)Q定哪些土地需要土壤改良，哪些土地需要改換種植作物，以便達(dá)到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的目的。由于拖拉機(jī)上配有電腦和GPS接收器，農(nóng)場(chǎng)主可把自己的耕作程序輸入電腦，然后在GPS的引導(dǎo)下，在不同的土地上自動(dòng)地調(diào)節(jié)種子、化肥或農(nóng)藥的施放量。

GPS也能幫助人們清除海洋污染。當(dāng)某地的海面發(fā)生了油污染的現(xiàn)象之后，人們只要把裝有GPS接收器的游標(biāo)拋向那片海面，讓它隨著油污一起漂浮，GPS就能測(cè)量到油污擴(kuò)散的位置，以便人們能迅速而又及時(shí)地追蹤油污的流向，并盡快地將其消除殆盡，以免形成公害。

給人印象最深刻的是利用GPS為盲人制造“眼睛”。美國(guó)加利福尼亞大學(xué)的科學(xué)家最近把GPS接收器與一臺(tái)配有發(fā)音合成器的計(jì)算機(jī)連接在一起，計(jì)算機(jī)內(nèi)的地圖數(shù)據(jù)庫(kù)含有街道、商店、路標(biāo)以及路邊長(zhǎng)凳之類等潛在障礙物的信息。盲人使用者只要挎上裝有該裝置的背包，戴上耳機(jī)，就可以根據(jù)發(fā)音合成器的指導(dǎo)，放心地走上大街了。

總而言之，GPS全球定位系統(tǒng)將影響人類二十一世紀(jì)生活的各個(gè)方面，可隨時(shí)為人們提供各種各樣方便、快捷的即時(shí)服務(wù)。

(責(zé)任編輯／錢利群)