GPS

GPS

从1973年开始到1995年为止，在以往四十多年的基础上，美国国防部又花费了22年的时间开发出了Global Positioning System，简称GPS，全球定位系统，也被称为卫星导航系统，共有24枚低空人造卫星为地球表面所有地区提供全天候的位置和时间情报。在地球上任何时间、任何地点，都能接受到至少4枚或4枚以上卫星信号，从而可以动态地知道自己的精确三维空间位置和当时的精确时间，空间误差小于一厘米，时间误差小于一纳秒。

军舰或飞机航行时，非常希望能动态地知道自己的精确位置，因为其军事意义非常重大。远在二战时期，英国海军就在一些岛屿上安装无线电发射台，只要能接收到4个发射台的信号，就可以算出自己的位置，这就是GPS的最原始的雏形。

1956年美籍德裔物理学家Friedwardt Winterberg根据广义相对论计算出，低空人造卫星的时间比地球表面的时间每天相差38微秒。这个成就为精确卫星导航系统奠定了牢靠的理论基础。1957年苏联成功地发射了第一颗人造卫星，由此开创了卫星导航系统的新时代。从1967年开始，美国海军开始建造自己专用的卫星导航系统，不久之后，美国空军也开始建造自己独立的卫星导航系统，1973年，美国国防部决定，为避免重复开发，要集中所有军力开发出一个供所有美国军队共用的卫星导航系统。

1983年，一架大韩民航007号航班飞越苏联领空时，偏航数百英里，飞行员却浑然不知，不幸被苏联空军击落，机上269人无一幸免。悲剧发生后，当时的美国总统里根宣布，为避免同样的悲剧再次发生，GPS完工后将会允许全世界所有民航飞机免费使用。

1995年，最后一枚(第24枚)卫星投入使用，GPS首期工程完工，开始为美军提供极为精确的动态导航系统，空间误差不超过一厘米，时间误差不超过1纳秒。加入特殊噪声信号后，免费使用的民用系统的误差是20米到100米左右。至于商业使用，向美国国防部提交特别申请并缴纳高额使用费之后，误差可以小到两厘米左右。当然，误差越小，审核越严，价钱越贵。我曾经为一家美国地图公司开发过码头大吊车专用的控制系统，其误差是10厘米，我的很多GPS知识都来自于那个开发项目。据公司老板说，每年的使用费太贵了，10厘米就够用了。误差两厘米的使用权益费，实在贵的吓人，经济上不合算，没有必要，就作罢了。

GPS系统的成功，极大地提高了美军的飞机、导弹、军舰、坦克、战车的作战精度，庞大的商业利益也为美国国防部赚得了大笔的银子。

开发GPS最初的目的是为了飞机轮船导航，但完工后却产生了另外一个非常重要的军事用途：导弹制导。导弹攻击的目标有动态和静态两种，GPS完工后，美国的攻击静态目标的导弹逐渐进化成GPS制导。美军曾经做过一个实验，让一枚导弹进入一栋楼房的烟囱，顺着烟囱落入地下室，然后爆炸，其制导的精确性可想而知。2003年爆发的第二次伊拉克战争使美国的GPS制导导弹大放光彩，当美军进攻首都巴格达时，只要伊拉克士兵开枪反抗，美军坦克里的红外线测距仪立刻就能测量出抢手的精确位置，几秒钟之后，低空巡逻的美军轰炸机就会发射出GPS制导的空对地导弹，准确命中枪手，误差不超过一厘米。其结果是，伊拉克军队伤亡六位数，美军死亡人数是零。
(张又普初稿于2015年1月24日)

本文附有2份插图，还有简体字和正体字两种版本，如果想要图文并茂的pdf版，请电邮"[e-mail]"。

资料链接：
全球定位系统：https://baike.baidu.com/item/全球定位系统/1240960

所有跟帖： 

• GPS现在的定位误差有多少？和北斗比呢？ -zillos- ♂ (0 bytes) () 11/15/2023 postreply 08:59:53

• 民用的，北斗精度是GPS精度的10倍。 -老生常谈12- ♂ (0 bytes) () 11/15/2023 postreply 14:23:28

• 美国军用GPS定位可达厘米级，民用在米级。北斗公开精度也在米级，优于GPS，军用精度未曾公开。 -信笔由墨- ♂ (0 bytes) () 11/16/2023 postreply 07:35:09

• GPS标称误差15米。用差分GPS，根据地面站精确位置和卫星计算位置之差，提供校正信号，可使GPS误差降至1~3厘米。 -半垧- ♂ (0 bytes) () 11/15/2023 postreply 20:44:42

• GPS有16个地面站。而北斗有30个，地面站越多，校正信号就越准确，定位也就越准。 -半垧- ♂ (0 bytes) () 11/15/2023 postreply 20:58:53

• 北斗可以准双向通信，即手机可以发信号给北斗。 -老生常谈12- ♂ (0 bytes) () 11/16/2023 postreply 08:47:30