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F—117“夜鷹”隱形戰(zhàn)斗轟炸機被南聯(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，美國飛行員跳傘逃生，并于次日被美軍營救小分隊順利救出。世人不禁要問：美國人是怎樣知道F－117在何地被擊落?又是怎樣在南聯(lián)盟軍民的嚴密圍捕下找到飛行員，并將其救出的呢?其實，這一系列“奇跡”的出現(xiàn)，全部依賴于美國人引以為豪的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。這是美國政府自1960年發(fā)射第一顆導(dǎo)航衛(wèi)星后，歷時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)性和實時性等特點，集導(dǎo)航、定位功能于一體的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。這個系統(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7年半。每顆衛(wèi)星繞地球一圈的運行周期將近12小時，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)送時間和位置信息，其發(fā)射速率1秒鐘可達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1平方米以內(nèi)。按此分布，地球上任意一點的用戶在同一時間內(nèi)至少能同時看到4顆衛(wèi)星。地面控制站負責(zé)對衛(wèi)星進行跟蹤測軌，并將算得的軌道預(yù)報參數(shù)和時鐘修正參數(shù)適時地注入給衛(wèi)星，以保證衛(wèi)星能夠不間斷地向地面發(fā)送準確的定位訊息。用戶終端接收機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象和使用目的不同，裝載在飛機、導(dǎo)彈、艦艇以及車輛上，用以及時地導(dǎo)航和定位。

現(xiàn)代戰(zhàn)爭難離GPS

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

茫茫大海上的“領(lǐng)航員”艦艇在茫茫的大海上航行時，傳統(tǒng)的導(dǎo)航手段由于受到地勢、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方向。即使是使用相對先進的超遠程無線電導(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的艦艇在任何時候連續(xù)提供準確的三維坐標和速度數(shù)據(jù)，從而使艦艇的機動性更強、主動性更高。這不僅大大減少了碰撞冰山和礁石的危險，增大了航海的安全系數(shù)，更重要的是可以為遠洋作戰(zhàn)的艦隊提供準確的、適用敵我相關(guān)位置的信息。這對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、準確的優(yōu)點，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)的部隊提供準確的定位和測距，又可為地面部隊實施空中或地面的炮火支援提供目標數(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，它更是保證部隊不迷失方向的“指路燈”。海灣戰(zhàn)爭期間，在漫漫大漠中作戰(zhàn)的美軍之所以能夠在缺乏明顯地標的情況下，多次完成快速準確的軍事行動，廣泛裝備于美軍各級分隊的GPS接收機可以說是居功至偉，立下了汗馬功勞。

精確打擊的“校正器”隨著射程遠、精度高、威力大的遠程精確打擊武器的飛速發(fā)展，現(xiàn)代戰(zhàn)爭的模式也在發(fā)生著深刻的變革。諸如“外科手術(shù)”式攻擊、“點穴”式攻擊等全新戰(zhàn)法令人耳目一新。但在實戰(zhàn)中，要實現(xiàn)對一些重要的點狀目標的精確打擊，最基本的前提是對這些目標進行準確定位。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)定攻擊目標的三維坐標，駕機飛臨戰(zhàn)區(qū)，然后再根據(jù)飛機上的GPS系統(tǒng)來確定自己是否已到達目標上空，一旦確定進入攻擊的范圍，他只需要輕輕地按下按鈕。裝有攻擊目標坐標信息的精確制導(dǎo)炸彈就會在自身GPS系統(tǒng)的引導(dǎo)下準確地飛向目標，“一切就像打電子游戲機那樣簡單”(北約飛行員語)。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)彈準確地擊中了中國駐南聯(lián)盟大使館。也正是因為美國人有如此先進的全球定位系統(tǒng)，所以他們對襲擊中國使館一事所做出的“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。這種裝置實際上就是安裝在汽車上的一種計算機化的地圖，它連接著一個GPS接收器。當(dāng)車子啟動時，機載的計算機就會在屏幕上顯示出一個彩色的地圖。開車者只需輸入他居住或出發(fā)的地址和要到達的地方，“永不迷路”系統(tǒng)就會為他找到最近的路線。隨后一個大箭頭將出現(xiàn)在屏幕上，同時一個電子聲音會隨時提示開車者“往左拐”或“往右拐”。當(dāng)用戶開車時，屏幕上一個代表他汽車的游標會沿著他行駛的路線移動。這樣，開車者就不必擔(dān)心會迷路了。

最有意思的是GPS還可用于反盜竊活動?，F(xiàn)在，美國一些貨物管理系統(tǒng)已經(jīng)把以太陽能電池作動力的GPS接收器放入集裝箱里，集裝箱的位置信息會不間斷地發(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，只要集裝箱的門一打開，就會被該系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)，貨主的公司就會立刻收到警報，得意忘形的盜賊就會在神不知、鬼不覺的情況下被緝捕歸案。

GPS的另一個最重要的作用是用于農(nóng)業(yè)的“精確耕作”。一些農(nóng)場主采用GPS后，可對每一塊土地上的作物產(chǎn)量作出準確的記錄，并對這些數(shù)據(jù)進行分析，然后再決定哪些土地需要土壤改良，哪些土地需要改換種植作物，以便達到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的目的。由于拖拉機上配有電腦和GPS接收器，農(nóng)場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接收器的游標拋向那片海面，讓它隨著油污一起漂浮，GPS就能測量到油污擴散的位置，以便人們能迅速而又及時地追蹤油污的流向，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”。美國加利福尼亞大學(xué)的科學(xué)家最近把GPS接收器與一臺配有發(fā)音合成器的計算機連接在一起，計算機內(nèi)的地圖數(shù)據(jù)庫含有街道、商店、路標以及路邊長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，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生活的各個方面，可隨時為人們提供各種各樣方便、快捷的即時服務(wù)。

(責(zé)任編輯／錢利群)