(1)全天候、全天时和全球覆盖能力。利用GPS来导航或定位,可克服传统的天文导航依赖气象条件的缺点,具有全天候和全天时导航定位的能力。它定位一次只需几秒钟,可实现全球范围连续和近实时的定位、测速与授时。
(2)高精度导航定位,军民有别。GPS可提供三维位置、三维速度和时间的高精度信息。美国军方为防止其他国家的军用系统利用GPS定位信息,曾人为降低了GPS民用系统的定位精度,即在卫星上增加“选择可用性”(SA)措施。2000年5月,美国取消了SA政策,增加了其他相应措施。该系统以L1(1575.42兆赫)和L2(1227.60兆赫)的双频发送导航信号,L1用精密P码和粗测C/A码调制,L2用精密P码调制。军用精密P码发送加密信号,水平定位精度可达15米(采用差分定位技术后优于10米。1997年发射2R型卫星后,P码定位精度提高N6米),垂直定位精度27.7米。民用粗测C/A码发送非加密信号,水平定位精度100米左右,垂直定位精度156米。GPS卫星载有多个铷原子钟和铯原子钟,测速精度达0.1米/秒,授时精度达10069秒。精码(P码)的加密使美国潜在的敌方无法获得这种精确的定位信息。在战时,粗码(C/A码)还可以人为地降低定位精度,甚至关闭,使敌方得不到正常的导航信启。
(3)接收机轻便实用。GPS用户接收机可以做得很小,可装在各种武器平台上,也可以加装在巡航导弹和灵巧弹药的制导系统中,甚至可以由单兵手持,使用非常方便。海湾战争期间,多国部队的地面作战部队、飞机和舰艇配备了约5500台GPS军用接收机和10000台GPS民用接收机,每天有20多个小时可接收当时在轨运行的18颗GPs卫星发射的高精度导航信号,赢得了战争的主动权。
(4)导航信息保密性好,系统生存能力强。通过加密的精码信息安全可靠,而且美军正在进一步研究GPS信号控制技术。卫星寿命较长,第三代GPS卫星的设计寿命已达10年以上。卫星选取中高轨道,一般地基反卫星武器鞭长莫及,加之采用24颗星组网工作,还有3颗备用星,大大增强了生存能力。
GPS的技术保障
GPS的技术保障由地面控制系统完成。由于精度要求高和卫星数量较多,因此其地面控制系统很庞大,由一个主控站、5个全球监测站和3个地面控制站组成。地面控制系统的主要任务是跟踪所有卫星以进行轨道和时钟测定,预测修正模型参数,使卫星时间同步和为卫星加载数据电文等。
主控站位于科罗拉多州福尔肯空军基地的联合空间操作中心。该中心从各监测站收集跟踪数据,计算卫星的轨道和时钟参数,然后将这些结果送到3个地面控制站,由控制站向卫星发送数据。此外,卫星的控制和管理也由主控站负责组织。
5个监测站分别设在夏威夷、科罗拉多州斯普林斯、阿森松岛(大西洋)、迪戈加西亚岛(印度洋)和夸贾林环礁(太平洋马绍尔群岛)。这一分布有利于全面和及时监测。监测站均配装有精密的铯原子钟和能连续测量到所有可见卫星伪距的接收机。所测伪距每1.5秒更新一次,每15分钟利用电离层和气象数据进行一次数据平滑,然后发送给主控站。
上述跟踪网是为仅要求确定广播星历星钟校正模型的系统而设计的。对精密星历,要用另外5个地点的数据。
地面控制站有时也称做地面天线。3个地面控制站分别与设在阿森松、迪戈加西亚和夸贾林的监测站合二为一。地面控制站与卫星之间的通信链路主要由地面天线组成。由主控站传来的卫星星历和钟参数以S波段射频链路上行注入到各个卫星。以前上行注入是每天3次,现在则是每天1到2次。如果某地面控制站发生故障,那么在各卫星中预存的导航信息还可再用一段时间,但导航精度会逐渐降低。
GPS的作战应用
目前,GPS已成为战场上必不可少的关键性作战支持系统。它一方面为战机、战舰和地面部队在全世界任何地方执行军事任务提供比其他任何导航系统都更精确的航行保障,另一方面作为远程精确制导武器系统的导航基准直接用于作战。GPS在军事上的应用主要包括以下几个方面:
(1)用于各种精确打击武器的制导。目前,远程弹道导弹、巡航导弹,以及精确制导炸弹和炮弹均已开始装备卫星导航/惯导组合制导系统,使命中精度大为提高,极大地改变了作战样式。过去在制订作战计划时考虑的是要派多少架飞机才能摧毁预定目标,而现在考虑的是一架飞机要去摧毁多少个目标。 (2)成为C3I的重要组成部分。GPS可在整个战场上,为各参战单位提供准确的实时位置。通过数据通信网络,它能让所有参战成员了解整个战场上己方参战单位的实时分布及相对位置,极大地方便了指挥员的决策和同友邻部队的作战配合。GPS所提供的统一而准确的时间信息,是C3I各组成部分协调工作的基础。有了GPS提供的准确位置和时间信息,作战部队可以按指挥部的命令在准确的时间出现在准确的地点,从而使新型作战样式能够得以实现。
GPS还与惯性导航系统组合,为各种机动平台提供位置和姿态信息,使得预警机这样的传感器平台能准确掌握目标的真正位置,从而为C3I提供实时战场敌我态势。
(3)用于各种作战行动的精确定位。如海上及陆上布雷与扫雷、空中扫雷、部队侦察、海上及陆上救援、火炮及雷达阵地布设和快速测绘等都可以利用GPS获得精确的定位信息,大大提高效率。
(4)用于武器试验场的高速武器试验。高速武器试验数据的获得一直是一个难题,如导弹及反导弹的跟踪和精确轨道测量、时间统一系统的建立与维护,以及雷达威力及精度校验等。利用GPS很好地解决了这些难题,极大地提高了工作效率,并节约了大量经费。
美国军事当局对GPS巨大的军事和民用价值一开始就有较明确的认识,但直到1991年初的海湾战争才使GPS的作用受到了作战部队的重视。在“沙漠盾牌”行动开始之前,并没有多少GPS用户设备装备到陆海空三军平台,而海湾战争结束时,美参战部队几乎所有类型的飞机和舰船上均装备了GPS用户终端。
当时,在陆上,无边无际缺少特征的沙漠地形、极其有限的道路网、过时的地图,以及糟糕的气象条件给地面作战带来了巨大困难;在海上,多国部队的海员们也不得不应付石油平台、水雷区和密集的船舶交通交织在一起的水域,以及能见度很差的气象条件。另外,多国部队中有几个阿拉伯国家使用与敌方相同的空中、陆地和海上武器装备,有些甚至穿着与敌方类似的军服。在这种情况下,非常需要精确、全天候和全天时的定位与导航信息。如果没有GPS系统提供重要的信息,很可能导致灾难性的后果。因此,美国部队战后大量装备了GPS系统。 在科索沃战争中,GPS同样发挥了不可替代的作用,用GPS制导的GBU-29/30制导炸弹“联合直接攻击弹药”(JDAM)在战争中出尽了风头。P78-80