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长篇综述：全球定位系统的作用分析 (中国航天信息中心) 关 键 字: 全球定位系统 摘 自：2003年4月18日 23:40 舰船知识网络版 [本刊2003年4月14日报道]全球定位系统(GPS)卫星星座部署在19682千米高的轨道上，为 美英联军在伊拉克战争中的取胜立下了功劳。 　　一、GPS在伊拉克战争中的运用 　　1、GPS制导是武器效果的倍增器 　　2、地面部队广泛装备了GPS接收机(为战士们在沙漠之海上导航；跟踪战士们的精确 位置，即使是在沙暴发生的时候) 　　3、800套基于GPS的"精锐队员"BRAT系统，装备于陆军中，减少了自己人打自己人的 机会。 　　4、GPS抗干扰技术取得成效，700枚战斧巡航导弹，偏离目标的比例10%左右，比前 一次战争中的15%有所降低。 　　二、GPS的发展道路 　　美国GPS的发展走了一条螺旋上升的道路。先是作为一个国防新技术，后来成为一个 商用的GPS工业(车船飞机导航和跟踪、小孩跟踪、GPS手表、寻宝、GPS爱好者、建筑业 /林业/测绘业/渔业应用)。现在，GPS已经成为先进军事战略的关键组成部分。 　　GPS系统全面服役已经有10个年头。其起源追溯到上个世纪60年代中期，当时美国海 军要用卫星帮助其携带核武器的潜艇进行导航。 　　根据美国国家科学院的说法，更完全意义上的导航系统思想是在1973年劳动节的那 个周末五角大楼举行的一个会议上产生的。其结果是一个由24颗NAVSTAR卫星组成的网络 。 　　现在最简单的商业GPS接收机的精度都在5米之内。GPS导引的炸弹和导弹应该更精确 。 　　1998年波音公司进行试验，在有干扰的情况下，一个GPS导引的炸弹从12200米高处 投放，精度是3米。在更强干扰的情况下，精度是6米。 　　1999和2001年美国就开始用新一代GPS制导炸弹(而1991年GPS还没有部署完毕，美国 用激光对炸弹进行制导。激光受云和沙暴的影响)。一位美国军事家在伊拉克战争开战前 就说，"GPS给美国提供了在常规战争中不败的能力。" 　　根据美国商务部的报告，到1998年，GPS业纯粹由商业市场的力量驱动。纽约的联合 商务情报公司说，2005年全球GPS市场将达600亿美元。 　　GPS在商业上的成功反过来使军用GPS设备更加便宜、更加广泛可得。(图中左侧是老 式的GPS接收机，右侧是比较新式的GPS接收机) 　　三、GPS干扰的问题 　　GPS信号很弱，易于干扰。一家俄罗斯公司提供的一种4瓦功率的手持GPS干扰机，不 到4000美元就买得到。如果从零售电子商店购买部件组装，花400美元就可以造一个干扰 半径16千米以上的干扰机。 　　伊拉克战争开战之前，美国就已经预料到伊拉克方面会干扰GPS信号。美国其实早已 经给其GPS炸弹和导弹装载了抗干扰技术，使这些GPS导引的武器能够在干扰的情况下继 续使用GPS信号；即使GPS信号丢失，这些武器还可以使用自身的其它导引系统如惯性导 航、激光制导等，使自己到达目标。 　　不过，美国军方以及军事分析家都认为，GPS导引武器的精度还依赖人的因素。操作 手用GPS进行精确瞄准的能力，取决于他获得精确情报的能力。五角大楼官员在谈到这个 问题时，还举了中国驻南联盟使馆被炸以及在阿富汗美军自己炸自己的事例。四、GPS抗 干扰 　　GPS已经成为军事基础设施的一个基本组成部分。因此，企图破坏美国及其盟友军事 行动的敌人们都把GPS作为攻击的靶子。美国国防部正在进一步努力增强其基于GPS的系 统的抗干扰能力。 　　作为GPS现代化计划和NAVWAR计划的组成部分，美国正在研究各种变通办法。最明显 的一个提高抗干扰性能的方法是提供来自GPS卫星的发射功率。 　　NAVSTAR GPS联合项目办公室系统项目主管2002年5月宣布，根据目前的发射计划， GPS的卫星信号将在2009年内得到有效的加强。到2003年或2004年空军将开始发射比目前 轨道上的卫星信号强10分贝的GPS卫星。然而GPS用户必须一次从四个卫星上得到信号。 2003财年预算包含了加强GPS信号的资金。如果得到国会通过，首颗具有更强信号的卫星 将在2003年后半年或2004年前期发射。目前的星座包括4颗Block II卫星、18颗Block I IA和6颗Block IIR。另外26个GPS-IIF和IIR卫星正在制造中，其中至少20颗的信号得到 加强。首颗Block IIF卫星将在2005年晚些时候发射。 　　提高GPS卫星的发射功率还不能解决抗干扰的全部问题，还必须提高海陆空用户端的 GPS抗干扰能力。用户设备抗干扰技术主要分成两类： 　　(1)一类是能够在保持或放大GPS信号的同时降低干扰机功率； 　　(2)另一类是通过接收机内的先进信号处理(即处理增益)来提高信噪比。 　　在降低干扰机功率的先进技术中，最有前景的是原本研制用于雷达的一种技术，即 所谓空间-时间自适应处理。本技法的一个相近变种是空间-频率自适应处理，在频域提 供等效的处理。这些技法有希望是因为它们协调运用了空间与时间资源去最优地攻击多 个干扰机。为了提高处理增益、降低误差，可以采用功率倒置阵列天线、将GPS接收机与 IMU放进一个盒子里面或者将IMU埋进天线里面。超紧密的GPS/惯性耦合装置(美国专利， 航空航天公司申请)已经在2001年11月进行过一次里程碑试验。未来数十年的GPS系统-- 特别是武器投送系统--将得益于GPS接收机与惯性测量单元的优化集成，得益于能够在拒 绝干扰信号的同时放大所需卫星信号功率的自适应处理算法与天线。 　　此外，2002年10月28日，雷声公司获得了继续研制抗干扰的数字天线电子装置(DAE )的合同。该装置将与标准的飞机抗干扰天线系统兼容，通过创新结构、零控制/有限波 束成形与先进信号处理技术，提供比现有的模拟系统更好的抗干扰保护；在现行模式与 未来现代化的GPS信号结构(如M码、点波束)模式下都能工作。将计算能力与安全GPS导航 DAGR(国防先进GPS接收机)结合起来的数字手持终端，将在不久替代现行的精密轻型GPS 接收机(PLGR)。 　　根据有关专家的概括，美国的GPS导航卫星，目前采取了以下一系列抗干扰措施： 　　(1)采用SA和A-S措施 　　SA和A-S措施是美国国防部为了控制GPS的两项措施。SA措施是人为的在C/A码的星历 中引入ε信号，以降低星历精度；在基准信号中人为的引进高频抖动(即引入δ信号)， 从而使所派生的信号都出现高频抖动，载波抖动造成的测速误差，伪距时钟抖动造成测 距误差。引入ε和δ信号后，使GPS的定位精度人为地降低到100m左右。A-S称为反电子 欺骗技术，其方法是将P码与保密的W码模2相加成Y码。Y码严格保密，防止敌方对其进行 电子干扰； 　　(2)提高军用GPS接收机抗干扰能力的措施 　　·增大GPS卫星的发射功率，由30W提高到500W； 　　·采用自适应调零天线； 　　·GPS接收机加装自适应滤波； 　　·研制直接接收P(y)码的军用GPS接收机； 　　·采用GPS/INS组合导航设备EGI； 　　·用伪卫星对抗GPS干扰； 　　·对敌方的各种平台干扰机进行监视和定位，并引导火力进行摧毁； 　　·在战区发射各种平台的干扰机，以干扰民用的GPS信号接收，迫使敌方无法使用G PS进行导航，而又不能影响己方对军用GPS导航的使用。 　　 　 2003-4-23 上午 11:09:28于2003-4-25 上午 08:37:28报道 【请参阅本文有关的相关文章】 　　 ◆美海军应用水下全球定位系统技术 　　 ◆运用量子力学提高全球定位系统的精确度 　　 ◆美空军开发全球定位系统可视化软件 　　 ◆简氏：美拟提升全球定位系统性能 　　 ◆美国空军欲加速采购和部署抗干扰全球定位系统 　　 ◆美国防部计划提高未来GPS卫星功率 　　 ◆雷声公司生产抗干扰全球定位系统天线装置 　　 ◆美海军使用水下全球定位系统技术进行目标搜索与救援 　　 ◆GPS全球定位系统 　　 ◆全球定位系统——战争中的“双刃剑” 　　 ◆军事评论：美军全球定位系统在伊拉克充当双刃剑 　　 ◆长篇综述：全球定位系统的作用分析