银河号与GPS封闭这个故事的确被用的非常多,尤其是各种大型媒体,也是斗极紧张科普质料之一(我曩昔也用过 )。不外厥后专心研究了一下,这事儿不太大概是真的:
1.时间题目
GPS的研究汗青非常长远了,险些陪同着人类航天史的起步,在斯普特尼克一号放射后就开始。但真正意义上的GPS体系开始于1978年,首颗Block I卫星放射,直到现在的Block III系列,前后履历了十几个版本的卫星。
依靠GPS导航的成熟版本战斧式巡航导弹是“外科手术式打击”的闻名武器之一(图自:Wikipedia)
1990-1991年的海湾战役,带来了种种高精度炸弹和种种带来的新军事名词,如斩首举措、外科手术打击等高精度作战,尤其是雷同两发导弹炸水坝等效费比极高的战果,让人震撼无比。这场战役也是GPS大放异彩的时间,遍及用在了美军从单兵到装备上,以是GPS用于高精度导航定位的代价,就火起来了。
而早在1983年大韩航空007号班机空难变乱,就让GPS民用化纳上日程。其时这架飞机从阿拉斯加飞汉城,因为导航题目误入俄罗斯领空,苏联斗争机升空,因为相同不畅,被陆地高射炮放射炮弹和斗争机多次告诫无果后,终极被战机看成伺探机击落,全机269人去世亡。悲剧的是,这简直是一次失误,由于盘问航班与地面相同记载时,机长还一向以为本身飞在正常航路上。此次变乱产生后,“星球大战打算”提倡者里根当局就公布GPS建成后将会开放民用,幸免此类变乱放射。
银河号变乱产生在1993年7月,以是很简单让人以为应该能用上GPS的。
GPS理论上24颗即可完全事情,但现实上一向连结32颗,提供更好办事且互为备份
然而现实上,GPS体系在1993年才放射了第24颗运营卫星,打到体系满状态;1995年,美国空军(GPS拥有者)才确认进入100%运营状态;1996年,克林顿当局才正式开放民用利用。
因而,在1993年,作为一个完全民用、且是中国籍的银河号货船,不太大概得到民用GPS吸收机。并且,直到今日船只也不会只依靠GPS或一个体系定位啊,传统的天文导航、惯性导航之类的,普通还会带着。使用种种“传统”帆海仪啥的,也是船主的根本功了。
但把银河号和GPS毗连在一路,且在种种大型媒体加持下,这个故事流传甚远,也足以表现出GPS对其时的中国人的震撼。
2.怎样封闭舰载GPS体系
顺带再做一些科普,假如银河号带了民用吸收机,美军该怎样封闭它的GPS体系?
方案一:关失GPS吸收机
GPS吸收机定位道理是无源定位,不必要跟任何第二方、乃至第三方双向交换,它唯一要做的便是吸收GPS卫星的放射数据,然后自我解算定位即可。道理雷同收音机吸收电台,电台只管发,不在乎究竟哪些、有几多收音机在听。这也是为什么,GPS/导航卫星体系的用户数目,是无穷的。
用户只需吸收到四颗卫星信号,即可准确确定自身位置和时间(图自:doi:10.9790/0661-1733344)
是以,美军不行能直接封闭对方的GPS吸收机,除非带后门、能通讯操纵的那种。。。
方案二:关失指定地域的GPS办事
这个方案是可行的,终究GPS卫星在美军手中,在信号上加滋扰和选择可用性,都是曾经民用初期阶段的做法,厥后出于挤压俄罗斯GLONASS体系民用空间的目标,给去失了,固然可以任意加归去。关失卫星也固然没题目。
这也是媒体演绎最广的版本:银河号的海疆被关了,卫星飞到上空后就不发信号,船没法定位。
去除自动滋扰后,GPS体系定位精度大大进步(图自:schlaggo.de)
别的,GPS卫星的轨道周期是恰恰半天时间(地球自转的一天23时56分,不是平太阳时的24小时),以是你假如在每天牢固的时间在牢固的地方开启定位,看到的GPS卫星也根本是一样的。因而,任意设置下步伐,让某些GPS卫星在牢固时间低落办事质量乃至完全封闭,就可以实现对地区办事的限定。举个例子,近来几个月GPS一批新卫星在做信号放射功率调试,很正常的举动,我们都可以从信号中看出来不少星载吸收机(我们是做低轨卫星周密定轨的)受到了较大影响。
但这个方案没有太大代价,尤其是针对银河号这种“小脚色”,由于封闭地区办事后,最大的负面影响是美邦本身。起首这会影响地区内其他非敌对用户的办事,太影响GPS民用市场和信誉了,会把用户送给格洛纳斯、斗极、伽利略啥的;其次,大量的美军、美方民用单元,也在利用GPS,即便军用的不会受太大影响,但也会极大影响民用的美地契位;再次,GPS轨道非常高,20000余千米,假如关失或加滋扰,影响的范畴着实太大了,很难做到小的局部滋扰。
方案三:加滋扰
这个方案性价比非常高,由于滋扰GPS太简洁了,重要有两种要领:
1.压抑式滋扰
GPS卫星的信号放射功率实在并不高,经典的Block II各种卫星放射装置功率也许才几十瓦,要知道这些卫星但是飞在2万千米高啊,相称于你从北京看阿根廷都会里亮起来的一盏灯胆罢了,眼睛得多尖才行?
GPS信号放射到地面时强度仅为-160dbw,大概-130dbm周边,这个信号太弱了,比无线广播电视天线的信号(-60dbm左右,相差万万倍)都要弱许多。是以,GPS吸收机每每格外敏锐,就比如你在黑夜中睁大眼睛看弱光,开点强光就亮瞎了。。。
是以,来点较强信号用劲压抑即可,窄带对准式、宽带扫描堵塞式,总有一种方法压抑住你的吸收机不克不及事情。
2.诱骗式滋扰
压抑式终究还必要一个功率大的放射机,且信号压抑本领随着间隔削弱。那么,既然GPS是我家的,我很清晰它的信号是怎么编出来的,也知道它是怎么被吸收到的,到地面时应该是个什么情形,芯片也是我家造的,那我为什么不消假信号?大概是我把吸收到的真实卫星信号,加上滋扰,再重新转发给要滋扰的目的(转发诱骗)。
因为我离被滋扰目的非常近(总比20000千米近多了吧),一个微小的滋扰器就可以笼罩非常大的范畴,且成效极好,可以完全诱骗失目的定位本领。
脑补下,假如是已经动身的武器,只依靠GPS用来定位,用的都是诱骗的子虚卫星信号,这得飞出什么轨迹来?
美军举行过的一次大型GPS体系滋扰测试,看这影响范畴有多大(图源:miamiherald)
之前听过一场讲座,是一个70多岁、GPS首创大佬之一讲的,在先容GPS滋扰时,从口袋里拿出一个打火机一样巨细的盒子,说把它用气球任意放出去,就足以包管对一其中型都会的GPS吸收机滋扰压抑。
以是,假如对银河号举行定位压抑,基础不必要黑失它吸收机、封闭地区GPS办事,只必要任意滋扰下即可。比方,一支笔一样的滋扰器,大概就能笼罩整个海疆。这种GPS滋扰本领,明显也是美军大型装备根本功了。
也正因云云,新一代GPS卫星,尤其是Block III系列,颠末近20年研发,固然种种性能看起来跟之前差不太多,但最紧张的进步便是抗滋扰本领,让GPS体系再上一步。
终极,还一个题目,倘使你的船都已经被兵舰逼停无法转动了,对方另有须要让你无法导航么?以是打铁还需自身硬,让别人不敢方便侵占你家的船,才是重点
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