神奇的全球卫星定位系统

郑　军　孙文德

1999年3月27日，硝烟弥漫的南联盟上空，一架向来纵横天下的美国F—117“夜鹰”隐形战斗轰炸机被南联盟人民军的防空炮火击中，折戟沉沙于贝尔格莱德市郊。情急之下，美国飞行员跳伞逃生，并于次日被美军营救小分队顺利救出。世人不禁要问：美国人是怎样知道F－117在何地被击落?又是怎样在南联盟军民的严密围捕下找到飞行员，并将其救出的呢?其实，这一系列“奇迹”的出现，全部依赖于美国人引以为豪的GPS一全球卫星定位系统的帮助。

GPS是全球定位系统的英文缩写，全称为GLOBAL POSITIONING SYSTEM。这是美国政府自1960年发射第一颗导航卫星后，历时30多年。终于在1994年正式建立的一种具有全球性、全天候、连续性和实时性等特点，集导航、定位功能于一体的卫星导航系统。这个系统由空间卫星网、地面控制站和用户终端三大部分组成。空间卫星网由24颗高度约为2万公里的卫星组成，它们均匀地分布在6个等间隔的轨道上，每条轨道上有4颗重量分别为840千克的卫星，使用寿命可达7年半。每颗卫星绕地球一圈的运行周期将近12小时，轨道与赤道面的夹角为55°。这些卫星上都装有30万年内误差不超过1秒的原子钟，分别以粗码和精码的形式连续不断地向地球发送时间和位置信息，其发射速率1秒钟可达1000次，其中，粗码供民用，精码提供军用。精码一次定位的精度为15平米，经过多次定位，其精度可达1平方米以内。按此分布，地球上任意一点的用户在同一时间内至少能同时看到4颗卫星。地面控制站负责对卫星进行跟踪测轨，并将算得的轨道预报参数和时钟修正参数适时地注入给卫星，以保证卫星能够不间断地向地面发送准确的定位讯息。用户终端接收机不仅有适用于单兵携带的便携式定位设备，而且可以按其使用对象和使用目的不同，装载在飞机、导弹、舰艇以及车辆上，用以及时地导航和定位。

现代战争难离GPS

GPS的定位主要是通过电磁波测距的方法来实现的，由于它能随时随地提供任意一点的时间信息和三维空间坐标，因而在军事上有着广泛的应用价值。

茫茫大海上的“领航员”舰艇在茫茫的大海上航行时，传统的导航手段由于受到地势、距离和天气等因素的影响，很难确定自己在海上的位置和正确的前进方向。即使是使用相对先进的超远程无线电导航系统，其作用距离也只有数千公里，且误差较大。而GPS则可以为全球任何一点的舰艇在任何时候连续提供准确的三维坐标和速度数据，从而使舰艇的机动性更强、主动性更高。这不仅大大减少了碰撞冰山和礁石的危险，增大了航海的安全系数，更重要的是可以为远洋作战的舰队提供准确的、适用敌我相关位置的信息。这对于完全是超视距作战的现代海战来说，无疑具有不寻常的意义。

陆地作战的“指路灯”由于GPS定位系统具有快速、准确的优点，因此它在现代陆战中也发挥着不可替代的作用。它既可以为在敌占区或在地形生疏地区作战的部队提供准确的定位和测距，又可为地面部队实施空中或地面的炮火支援提供目标数据。尤其在夜间、浓雾及其他能见度不高的作战环境中，它更是保证部队不迷失方向的“指路灯”。海湾战争期间，在漫漫大漠中作战的美军之所以能够在缺乏明显地标的情况下，多次完成快速准确的军事行动，广泛装备于美军各级分队的GPS接收机可以说是居功至伟，立下了汗马功劳。

精确打击的“校正器”随着射程远、精度高、威力大的远程精确打击武器的飞速发展，现代战争的模式也在发生着深刻的变革。诸如“外科手术”式攻击、“点穴”式攻击等全新战法令人耳目一新。但在实战中，要实现对一些重要的点状目标的精确打击，最基本的前提是对这些目标进行准确定位。如在今年北约空袭南联盟之战中，北约飞行员可以根据指挥部提供的预定攻击目标的三维坐标，驾机飞临战区，然后再根据飞机上的GPS系统来确定自己是否已到达目标上空，一旦确定进入攻击的范围，他只需要轻轻地按下按钮。装有攻击目标坐标信息的精确制导炸弹就会在自身GPS系统的引导下准确地飞向目标，“一切就像打电子游戏机那样简单”(北约飞行员语)。1999年5月8日，美军在全球定位系统的帮助下，悍然用5枚导弹准确地击中了中国驻南联盟大使馆。也正是因为美国人有如此先进的全球定位系统，所以他们对袭击中国使馆一事所做出的“误炸”解释才显得那么不可信，那么令人无法接受。

GPS前景无限

GPS系统在军事上的成功运行，极大地引起了民用部门的普遍关注，于是一些民用功能不断地被开发出来。比如，国外最近有科学家研制出一种被称作“永不迷路”的设置，它能使开车者轻易地找到自己所处的位置。这种装置实际上就是安装在汽车上的一种计算机化的地图，它连接着一个GPS接收器。当车子启动时，机载的计算机就会在屏幕上显示出一个彩色的地图。开车者只需输入他居住或出发的地址和要到达的地方，“永不迷路”系统就会为他找到最近的路线。随后一个大箭头将出现在屏幕上，同时一个电子声音会随时提示开车者“往左拐”或“往右拐”。当用户开车时，屏幕上一个代表他汽车的游标会沿着他行驶的路线移动。这样，开车者就不必担心会迷路了。

最有意思的是GPS还可用于反盗窃活动。现在，美国一些货物管理系统已经把以太阳能电池作动力的GPS接收器放入集装箱里，集装箱的位置信息会不间断地发送到卫星上，导航卫星然后再把数据发送到该货主的公司。不管何时，只要集装箱的门一打开，就会被该系统发现，货主的公司就会立刻收到警报，得意忘形的盗贼就会在神不知、鬼不觉的情况下被缉捕归案。

GPS的另一个最重要的作用是用于农业的“精确耕作”。一些农场主采用GPS后，可对每一块土地上的作物产量作出准确的记录，并对这些数据进行分析，然后再决定哪些土地需要土壤改良，哪些土地需要改换种植作物，以便达到优质高产的目的。由于拖拉机上配有电脑和GPS接收器，农场主可把自己的耕作程序输入电脑，然后在GPS的引导下，在不同的土地上自动地调节种子、化肥或农药的施放量。

GPS也能帮助人们清除海洋污染。当某地的海面发生了油污染的现象之后，人们只要把装有GPS接收器的游标抛向那片海面，让它随着油污一起漂浮，GPS就能测量到油污扩散的位置，以便人们能迅速而又及时地追踪油污的流向，并尽快地将其消除殆尽，以免形成公害。

给人印象最深刻的是利用GPS为盲人制造“眼睛”。美国加利福尼亚大学的科学家最近把GPS接收器与一台配有发音合成器的计算机连接在一起，计算机内的地图数据库含有街道、商店、路标以及路边长凳之类等潜在障碍物的信息。盲人使用者只要挎上装有该装置的背包，戴上耳机，就可以根据发音合成器的指导，放心地走上大街了。

总而言之，GPS全球定位系统将影响人类二十一世纪生活的各个方面，可随时为人们提供各种各样方便、快捷的即时服务。

(责任编辑／钱利群)