編者按  美國國防科學委員會受國防部前任副部長的委托，對GPS係統運行與管理的理狀及存在問題，GPS與歐洲伽利略係統的國際競爭能力，以及下一代GPS的升級戰略和技術選擇策略進行了為期一年的深入調研
，並於2005年11月提交了最終報告——未來的GPS。該報告主要包括討論與建議，GPS在軍事任務及國家基礎設施中的作用，存在問題與改進措施和7個附件。

　　現將該報告中“GPS在軍事任務和國家基礎設施中的作用”一章發表，供參考。

　　一
、國家安全基礎設施（領域和任務）

　　在軍事任務中，GPS是大幅提升軍力的重要手段。GPS具有的通用數據、通用格柵、通用時間，使它在軍事作戰的各個方麵都起著重要的作用。GPS獨一無二的特性是：在地球上任何時間，任何地點，任何光照
、氣候或在其他資源無法看清目標的條件下

，能在目標和瞄準該目標的動態武器係統之間建立起四維空間的唯一相關性。GPS的de這zhe一yi特te點dian增zeng強qiang了le精jing確que武wu器qi的de殺sha傷shang力li

，提ti高gao了le軍jun事shi任ren務wu策ce劃hua者zhe指zhi揮hui軍jun隊dui作zuo戰zhan的de效xiao率lv

，使shi執zhi行xing任ren務wu的de戰zhan士shi或huo部bu隊dui減jian少shao風feng險xian。其qi優you越yue性xing甚shen至zhi達da到dao這zhe種zhong程cheng度du：凡是利用精確的GPS信號確定的目標點和製導的武器，無論在任何環境下其擊中目標的概率遠高於任何其他目標瞄準和定位相結合的技術。此外，由於GPS的應用不需要發射電子信號，因此
，GPS可在要求不會產生無線電波的情況下，實現安全、高效和精確作戰。由於GPS的這種性能特點
，國防部和國會都始終強令軍事作戰使用GPS。GPS的功能已經或正在被裝備
、集成到國防部運行的幾乎所有重要軍事作戰係統及其通信、數據等支持係統中。

　　現將特別任務組對GPS在各項軍事任務中的作用分別簡要評估如下。

　　1．空中應用

　　GPS可為所有載人和不載人空中平台的空中作戰提供全球精確製導。在整個飛行階段，包括精密進近和著陸，GPS無需依賴地基導航或地麵控製，就能在全球任何地方提供點到點的空中導航。在飛機上，GPS與慣性導航聯合使用效果最好。在GPS/慣性製導組合係統中，GPS為慣性製導係統提供初始化數據，為慣性係統漂移提供補償，同時，慣性製導係統也為GPS提供在高加速度運動和方向改變時改善跟蹤性能。在許多應用中，GPS/慣性製導聯合係統可以使用低成本的慣性係統，而單獨用的慣性係統成本高。通過聯合戰術信息分發係統（JTIDS）通信網絡轉發的GPS位置數據，可為航空指揮官連續提供空中戰機部署的三維精確圖像。無論是飛機還是機載武器都可使用GPS。但是
，由於目前隻有少數類型的飛機能直接向機載GPS武器傳輸初始化數據，從而使它們從機翼下或彈艙中釋放出來時能迅速捕獲和跟蹤GPS信號，因此機載GPS武器的效能尚未充分發揮。

　　2．海上應用

　　GPS能為公海
、沿海區域、海港和內陸水道上航行的艦船提供全球無縫海事導航。GPSyijingqudaileyiqiangonghaishangdejianchuanheqiantingdaohangchangyongdeliangzhongwuxiandiandaohangxitong，quxiaolefeijiconggonghaifanhuihangkongmujianshisuoxuyaodegaogonglvwuxiandiantongxinyaoqiu。GPS也改善了在夜間和可視條件很差的情況下極近距離操作的安全性。

　　3．陸地應用

　　GPS使全球陸地作戰更有效和更安全。GPS與帶有柵格的地圖相結合能使地麵部隊在無特征地形條件下實施協同作戰；與激光測距儀合用時，可精確確定GPS製導武器的遠距離攻擊目標。GPS與戰術安全通信設備合用，可使指揮官連續掌握部隊的位置和行進方向，提高作戰效率和減少誤傷。至於GPS在森林
、高山和城市地區應用的局限性，可以通過增強軍用信號和提升衛星遮蔽角的方法予以解決。

　　4．太空中的應用

　　GPS能連續高精度地確定地球同步軌道（GEO，約35400km）高度以下的衛星軌道
，從而使GPS取qu代dai了le地di基ji雷lei達da。這zhe類lei地di基ji雷lei達da應ying用yong不bu方fang便bian，必bi須xu提ti前qian預yu報bao衛wei星xing過guo頂ding時shi間jian，無wu法fa連lian續xu跟gen蹤zong單dan顆ke衛wei星xing，而er且qie許xu多duo地di基ji雷lei達da還hai必bi須xu建jian在zai國guo外wai。GPS星座運行於中圓軌道（MEO，約20350km），因此GPS對運行在低於7400km軌道上（而低地球軌道遠低於這一高度）的衛星，能像對飛機導航那樣提供連續的點定位；對位於MEO或高於MEO軌道運行的衛星則要跟蹤來自GPS星座另一半衛星溢出地球邊緣的GPS信號
，並采用連續采集數據技術確定其軌道位置；如果處於MEO和地球同步軌道衛星的係統要使用GPS，則需要捕獲直接對地球廣播的GPS信號，使處於地球另一麵的衛星能夠接收到足夠強的GPS信號能量，這樣，這類軌道上的衛星才能完成軌道測量計算。

　　5．武器投放

　　利用GPS可以實現從全球任何地方全天候、全天時的精確武器投放任務。GPS已提高了各種炸彈
、巡航導彈和火炮的命中率和準確度。GPS能neng使shi武wu器qi從cong距ju目mu標biao越yue來lai越yue遠yuan的de射she程cheng外wai進jin行xing遠yuan距ju離li投tou放fang

，從cong而er提ti高gao了le武wu器qi投tou放fang機ji組zu人ren員yuan的de安an全quan。巡xun航hang導dao彈dan在zai缺que少shao地di形xing特te征zheng或huo缺que少shao預yu知zhi任ren務wu計ji劃hua資zi料liao情qing況kuang下xia，通tong常chang難nan以yi執zhi行xing攻gong擊ji任ren務wu，但dan是shiGPS卻為巡航導彈完成這類攻擊任務提供了多種部署選擇。采用GPS精確製導炸彈或GPS鎖定目標坐標的火炮對敵攻擊，為近距離接近敵方的地麵支持部隊提供了更高的安全性。

　　6．目標瞄準

　　在使用GPS製導武器攻擊固定目標時，目標位置誤差（TLE）是係統總誤差中的單一最大貢獻者。如果能采用GPS來精確測定這些目標的坐標，就可大大增強精確攻擊這些目標的能力。地麵部隊和前進航空管製人員通常把GPS與激光測距探結合起來使用。GPS與機載合成孔徑雷達結合使用，也可獲得與飛機位置相關聯的精確目標瞄準信息（見附錄E）。

　　7．特種部隊行動中的應用

　　GPS除了對陸、海
、空導航定位，目標瞄準和武器投放貢獻巨大外，還在特種部隊行動中發揮作用。GPS在任何天氣條件下能使特種部隊人員實現陸地、海洋和空中的日夜隱蔽

、準確會合。特種部隊隻需利用GPS了解各自的精確位置和時間信息就可實現會合，而不需要發射無線電或其他容易暴露自己的不必要標識。

　　8．後勤補給

　　GPSzengqianglegezhonghouqinbaozhanghebugeigongzuodeanquanyuxiaolv。tanengweijunshiguihuazuozhanxingdongtigongshixianzaiyinbididianpeizhijunyongbugeipindejingqueweizhi，jishibunengshixianquedingbugeipindeweizhi，GPS也能準確確定所需補給品的投放位置。GPS可在任何天氣條件下，精確、隱蔽
、全天時地實現對艦船的海上補給和加油交會操作以及飛機在空中加油的交會操作。

　　9．掃雷/清除爆炸物

　　GPS利用差分技術的增強係統，能精確繪製出地下或水下雷區的分布圖，為建立安全航線和提高清除爆炸物操作的安全性做出貢獻。

　　10．搜索與救援

　　GPS能精確確定被擊落飛機逃逸飛行員的位置，從而提高救援的成功率。目前投產的作戰遇險脫逃者定位器（CSEL）手機，已將GPS融合到低截獲/低探測概率（LPI/LPD）的超視距和直接通信裝置中
，從而大大提高了搜索與救援能力。

　　11．通信係統

　　GPS為有線、無wu線xian通tong信xin和he數shu據ju網wang絡luo提ti供gong時shi間jian和he頻pin率lv同tong步bu。對dui於yu加jia密mi的de通tong信xin和he數shu據ju傳chuan輸shu，特te別bie是shi保bao持chi不bu同tong網wang絡luo之zhi間jian節jie點dian的de有you效xiao溝gou通tong，同tong步bu化hua是shi必bi不bu可ke少shao的de。海hai軍jun觀guan測ce站zhan（USNO）負責國防部的授時任務。USNO的任務之一是管理維護GPS主控站的互為備份主鍾（AMC），並提供校準GPS時間與USNO標準時一致所必需的數據。GPS衛星星座的授時信號也就是USNO時間的傳輸版，並且已被參謀長聯席會議正式指定為軍隊作戰使用的時間源。

　　12．情報、監視和偵察係統

　　GPS能增強有關情報、監視和偵察（ISR）數據的地理坐標效能

，同時提供各類ISR係統所用的精確授時信息。

　　13．網絡中心戰

　　GPS為(wei)網(wang)絡(luo)中(zhong)心(xin)戰(zhan)開(kai)展(zhan)支(zhi)援(yuan)或(huo)攻(gong)擊(ji)行(xing)動(dong)，提(ti)供(gong)所(suo)需(xu)的(de)授(shou)時(shi)和(he)同(tong)步(bu)化(hua)，也(ye)能(neng)為(wei)在(zai)網(wang)絡(luo)中(zhong)心(xin)戰(zhan)中(zhong)可(ke)能(neng)使(shi)用(yong)的(de)各(ge)種(zhong)無(wu)人(ren)駕(jia)駛(shi)飛(fei)行(xing)器(qi)提(ti)供(gong)短(duan)期(qi)或(huo)長(chang)期(qi)的(de)精(jing)確(que)導(dao)航(hang)。

　　14．戰場感知

　　GPS能為有效的戰場感知能力提供基礎的三維空間與時間信息。三維空間信息通過聯合戰術信息分發係統（JTIDS）和增強定位報告係統（EPLRS）等戰術通信/導航網絡傳輸，為各級指揮機構連續的戰場感知奠定基礎。精確的三維空間和時間信息也是“藍軍跟蹤”和“聯合藍軍態勢感知”能力的重要組成部分。這種能力有利於減少誤傷和協同作戰。

　　二、國家經濟基礎設施

　　GPS作為信息資源
，為虛擬（locationless）電子/通(tong)信(xin)環(huan)境(jing)和(he)物(wu)理(li)世(shi)界(jie)之(zhi)間(jian)建(jian)立(li)起(qi)重(zhong)要(yao)的(de)聯(lian)係(xi)。即(ji)使(shi)最(zui)好(hao)的(de)航(hang)拍(pai)或(huo)衛(wei)星(xing)圖(tu)像(xiang)和(he)地(di)圖(tu)也(ye)必(bi)須(xu)有(you)精(jing)確(que)的(de)地(di)理(li)坐(zuo)標(biao)信(xin)息(xi)才(cai)能(neng)對(dui)精(jing)確(que)導(dao)航(hang)有(you)幫(bang)助(zhu)
，而(er)GPS提供了這種直接的聯係。此外
，GPS還為美國大量的通信和數據網提供授時和同步化服務。除在經濟和科學方麵的貢獻外

，GPS也是國內各種應急反應中確保速度和準確度的不可或缺的組成部分。負責保護國家基礎設施的國防部和國家安全部的官員必須了解GPS給他們的日常管理工作所帶來的好處。聯邦、州和地方各級機構在履行保障國土安全的職責時，必須有能力對各種情報來源提供的警告和攻擊信息迅速作出切實的反應。GPS是使這些信息迅速而又協調一致地發揮作用的必需要素。

　　現將特別任務組對GPS在國家基礎設施的貢獻分別概述如下：

　　1．民用通信

　　早在GPS星座完全投入運行之前，全球授時和通信基礎設施就開始采用GPS作為時間和頻率同步的主要分發手段。海軍觀測站負責維護GPS主控站的互為備份主鍾（AMC），並提供校準GPS時間與USNO標準時所必需的數據。因此，GPS衛星星座的授時信號一直被國際上用作世界協調時（UTC）供全球連續使用。另外，大多數國家和國際通信（包括無線和有線）服務供應商都認識到免費使用GPS授時信號的巨大價值。從1980年代末開始，許多供應商就基本上采用GPS衛星連續發送的精確時間和頻率信號，取代各自的地基原子頻率標準。由於GPS信號是Stratum-1層（主要基準源）時間同步和頻率同步的首要來源，GPS已成為互聯網業務和各種通信網服務提供商之間數字數據流時間與頻率同步的重要組成部分。GPS已成為最基本的、透明的賦能技術，對美國乃至全球蜂窩移動電話和其他無線媒體的經濟運行發揮重大作用。

　　2．電力分配

　　美國的許多電力公司開始使用GPS授時和頻率服務來提高經濟效益和運營效率。電力公司主要使用GPS信號來監測線路頻率的穩定性
，監測與鄰近電力公司網絡的頻率同步化
，以及隔絕傳輸網出現的故障。GPS提供的服務精度大大超過電力公司的日常需求，其免費可用性更具吸引力

；而(er)且(qie)其(qi)精(jing)確(que)的(de)授(shou)時(shi)信(xin)號(hao)對(dui)於(yu)將(jiang)遙(yao)遠(yuan)線(xian)路(lu)的(de)故(gu)障(zhang)隔(ge)離(li)在(zai)兩(liang)塔(ta)之(zhi)內(nei)極(ji)其(qi)有(you)用(yong)。當(dang)負(fu)荷(he)在(zai)電(dian)力(li)變(bian)電(dian)站(zhan)之(zhi)間(jian)轉(zhuan)移(yi)時(shi)，就(jiu)會(hui)發(fa)生(sheng)重(zhong)大(da)的(de)電(dian)力(li)擾(rao)動(dong)
，這(zhe)時(shi)
，GPS就可以作為將相位差維持到嚴格標準的一種技術選擇。使用GPSnengzaijigexiaoshineiwanchengfuhezhuanyi
，ershiyongyiqiandejishuxuyaojitiandeshijiancainengwancheng。suizhegedianligongsidefuwuxianghukuozhandaomeiguoquanjing
，erqiemeiguohaimianlinzhedirenpohuaidianliwangdezhenshiweixie，gedianlifuwutigongshangzhijiandexianghuyilaiguanxishiGPS的重要性更加凸顯。因為電力公司必須利用GPS回應因環境影響（如太陽風暴）或恐怖分子的破壞而造成的大範圍負荷波動和係統振蕩。

　　3．電子商務與電子金融

　　許多銀行和金融機構都使用GPS授(shou)時(shi)來(lai)實(shi)現(xian)其(qi)加(jia)密(mi)計(ji)算(suan)機(ji)網(wang)絡(luo)同(tong)步(bu)化(hua)，盡(jin)管(guan)在(zai)許(xu)多(duo)情(qing)況(kuang)下(xia)，同(tong)步(bu)化(hua)功(gong)能(neng)是(shi)隱(yin)藏(zang)在(zai)合(he)同(tong)規(gui)定(ding)的(de)通(tong)信(xin)服(fu)務(wu)中(zhong)
，並(bing)對(dui)管(guan)理(li)者(zhe)透(tou)明(ming)。此(ci)外(wai)，計(ji)算(suan)機(ji)交(jiao)易(yi)通(tong)常(chang)用(yong)時(shi)間(jian)標(biao)記(ji)，隨(sui)著(zhe)互(hu)聯(lian)網(wang)交(jiao)易(yi)的(de)出(chu)現(xian)，交(jiao)易(yi)的(de)精(jing)確(que)定(ding)時(shi)變(bian)得(de)更(geng)加(jia)重(zhong)要(yao)。目(mu)前(qian)

，USNO和美國國家標準技術研究院（NIST）是為確定金融交易順序提供時間標記服務的法定機構。在整個互聯網中，GPS是精確授時信號的分發係統。隨著電子商務在美國和國際上迅速發展
，精確的時間標記將會越來越重要。

　　4．交通運輸

　　GPS自1990年代初投入正式運營以來
，其高質量性能和低成本應用已經為民用和商業運輸基礎設施帶來了巨大的變化。海岸警備隊和聯邦航空局（FAA）都使用了GPS，同時啟動了增強GPS精度的計劃。最初
，海岸警備隊利用海事無線電導航信標
，向美國海岸線（緬因-得克薩斯和加利福尼亞-阿拉斯加）、大湖流域和聖勞倫斯海道、密西西比河和密蘇裏河流域，提供優於10m精度的差分增強服務。目前這項服務已達到全運行能力，實際定位精度達到1～2m。zuijinjinian，haianjingbeiduiyulianbangtielujuhekongjunhezuo，jiangchafenzengqiangfuwukuozhandaofugaimeiguoquanjing
，manzuludiyonghudexuqiu，zhexiangfuwuchengweiguojiachafenGPS服務（NDGPS）
，NDGPS利用過時的空軍地波應急網（即將廢除）的低頻信號，向美國的鐵路和大陸用戶傳輸GPS增強信號，定位精度為1m。這項服務最初隻是支持列車主動控製
，而目前服務對象已遠遠超過了鐵路係統。

　　與此同時，聯邦航空局投資數十億美元建設和部署了一個覆蓋美國
、加拿大及太平洋、大西洋地區的廣域增強係統（WAAS）。該係統通過衛星通信鏈路傳輸增強信號，提高GPS的導航精度
、可靠性和可用性，滿足航空用戶的要求。FAA還建立了GPS本地局域增強係統（LAAS），以輔助飛機的儀表著陸和地麵操作。WAAS為歐洲和日本的國際民用航空業提供了全球GPS無縫增強係統的範例。日本也在規劃一項GPS天基增強輔助係統
，發送民用GPS信號
，該計劃稱為準天頂衛星係統（QZSS）。QZSS由少數幾顆衛星組成
，這些衛星在軌道上的分布構形使日本上空增加了民用GPS信號量，以改善稠密市區的可用性。除這些活動外，外國的差分GPS服務也得到大多數政府的支持，被廣泛用於滿足各種定位（地理信息係統）和運輸的需要。這些國際增強活動還反映了各國對衛星導航服務

，特別是對GPS的需求日益增長。

　　另一種稱為全球差分GPS（GDGPS）的服務是利用全球民用基準站網進行差分GPS修正，不直接服務於運輸領域。GDGPS最初是由噴氣推進實驗室開發為NASA服務的，現在又通過商家為精細農業服務。GDGPS還為民用GPS信號提供有價值的監測信息源。

　　所有上述服務的共同特征在於
，每一種服務都是對GPS衛星核心服務的增強
，如果沒有GPS基ji本ben信xin號hao
，就jiu沒mei有you增zeng強qiang服fu務wu。大da多duo數shu情qing況kuang下xia，這zhe些xie增zeng強qiang服fu務wu用yong於yu檢jian測ce基ji本ben信xin號hao的de質zhi量liang
，但dan不bu久jiu的de將jiang來lai它ta們men必bi將jiang成cheng為wei交jiao通tong運yun輸shu和he公gong共gong安an全quan服fu務wu不bu可ke或huo缺que的de重zhong要yao工gong具ju。

　　5．應急響應服務

　　GPS與通信和交通運輸業息息相關的另一重要貢獻是為警車

、消防車、救護車及其他應急服務提供應急服務基礎設施。越來越多的救護車區域服務提供商在使用GPS，GPS已成為管理應急響應車隊的手段。隨著GPS在汽車中的應用日益廣泛，它正在成為處理E-911（緊急求助呼叫服務）業務的一個重要手段。當發生交通事故時，車上安全氣囊激活的同時也會激活GPS定位裝置的發送開關
，應急車輛依據其位置信息快速趕到事故現場。此外
，GPS定位服務也將被嵌入手機中，蜂窩電話服務供應商已被要求依法規劃E-911的能力。GPS的重大價值還體現在消防部門撲滅加州山區的林火中；在處理美國東南部的颶風和中西部地區洪水的救災活動中，派出的政府各類應急反應小組也都使用了GPS。GPS正在越來越廣泛地應用於應急響應領域和E-911
，同時GPS未(wei)來(lai)在(zai)改(gai)善(shan)不(bu)同(tong)管(guan)轄(xia)區(qu)應(ying)急(ji)響(xiang)應(ying)組(zu)織(zhi)之(zhi)間(jian)地(di)理(li)空(kong)間(jian)協(xie)調(tiao)性(xing)的(de)重(zhong)要(yao)性(xing)也(ye)將(jiang)增(zeng)強(qiang)。尤(you)其(qi)需(xu)要(yao)聯(lian)邦(bang)政(zheng)府(fu)各(ge)級(ji)領(ling)導(dao)來(lai)加(jia)快(kuai)改(gai)進(jin)應(ying)急(ji)服(fu)務(wu)。通(tong)過(guo)聯(lian)邦(bang)、州和地方政府，提高人們對GPS的認識
，宣傳GPS的de好hao處chu，對dui所suo有you參can與yu應ying急ji響xiang應ying的de人ren員yuan進jin行xing統tong一yi的de業ye務wu培pei訓xun。因yin恐kong怖bu活huo動dong或huo使shi用yong生sheng化hua或huo核he武wu器qi的de其qi他ta敵di對dui活huo動dong而er造zao成cheng不bu可ke預yu見jian的de大da範fan圍wei災zai難nan的de情qing況kuang下xia，這zhe種zhong製zhi度du化hua的de三san維wei空kong間jian協xie調tiao性xing對dui作zuo出chu快kuai速su而er有you效xiao反fan應ying是shi極ji為wei重zhong要yao的de。

　　崔誌  譯  廖春發  校

　　摘自《衛星應用》