用途廣泛的衛(wèi)星導航技術

衛(wèi)星導航系統(tǒng)正在改變我們外出旅行的交通方式。在今后幾年內(nèi)，無論你身處偏遠地區(qū)還是穿越交通擁擠的城市街道，也無論是乘車、坐船，還是搭飛機，你的手機和你乘坐的車、船或飛機都將與全球衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)緊密聯(lián)結在一起，不僅可以提供你所在的精確位置，而且還能通過你的手機發(fā)送文字信息。

目前投入使用的衛(wèi)星導航系統(tǒng)主要是美國的GPS系統(tǒng)，歐空局正在開發(fā)的伽利略全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)也將逐步投入使用，這些衛(wèi)星導航系統(tǒng)將改變?nèi)祟惖纳a(chǎn)和生活方式，滲透到人類活動的每一個領域。它除了軍事用途外，可以廣泛應用于海、陸、空、天所有需要定位、導航和時間信息的生產(chǎn)和生活活動。

衛(wèi)星導航技術的軍事應用

在軍事任務中，衛(wèi)星導航系統(tǒng)是大幅提升軍力的重要手段。以目前應用最廣泛的GPS為例：GPS具有的通用數(shù)據(jù)、通用格柵、通用時間，使它在軍事作戰(zhàn)的各個方面都起著重要的作用。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(tài)武器系統(tǒng)之間建立起四維空間的唯一相關性。GPS的這一特點增強了精確武器的殺傷力，提高了軍事任務策劃者指揮軍隊作戰(zhàn)的效率，使執(zhí)行任務的戰(zhàn)士或部隊減少風險。其優(yōu)越性甚至達到這種程度：凡是利用精確的GPS信號確定的目標點和制導的武器，無論在任何環(huán)境下其擊中目標的概率遠高于任何其他目標瞄準和定位相結合的技術。此外，由于GPS的應用不需要發(fā)射電子信號，因此，GPS可在要求不會產(chǎn)生無線電波的情況下，實現(xiàn)安全、高效和精確作戰(zhàn)。由于GPS的這種性能特點，美國國防部和國會都始終強令軍事作戰(zhàn)使用GPS。GPS的功能已經(jīng)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(zhàn)系統(tǒng)及其通信、數(shù)據(jù)等支持系統(tǒng)中。

空中應用

GPS可為所有載人和不載人空中平臺的空中作戰(zhàn)提供全球精確制導。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面控制，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(lián)合使用效果最好。通過聯(lián)合戰(zhàn)術信息分發(fā)系統(tǒng)（JTIDS）通信網(wǎng)絡轉發(fā)的GPS位置數(shù)據(jù)，可為航空指揮官連續(xù)提供空中戰(zhàn)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。

海上應用

GPS能為公海、沿海區(qū)域、海港和內(nèi)陸水道上航行的艦船提供全球無縫海事導航。GPS已經(jīng)取代了以前公海上的艦船和潛艇導航常用的兩種無線電導航系統(tǒng)，取消了飛機從公海返回航空母艦時所需要的高功率無線電通信要求。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。

陸地應用

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

太空中的應用

GPS能連續(xù)高精度地確定地球同步軌道（GEO，約35400千米）高度以下的衛(wèi)星軌道，從而使GPS取代了地基雷達。這類地基雷達應用不方便，必須提前預報衛(wèi)星過頂時間，無法連續(xù)跟蹤單顆衛(wèi)星，而且許多地基雷達還必須建在國外。GPS星座運行于中圓軌道（MEO，約20350千米），因此GPS對運行在低于7400千米軌道上的衛(wèi)星，能像對飛機導航那樣提供連續(xù)的點定位；對位于MEO或高于MEO軌道運行的衛(wèi)星則要跟蹤來自GPS星座另一半衛(wèi)星溢出地球邊緣的GPS信號，并采用連續(xù)采集數(shù)據(jù)技術確定其軌道位置。

武器投放

利用GPS可以實現(xiàn)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能使武器從距目標越來越遠的射程外進行遠距離投放，從而提高了武器投放機組人員的安全。巡航導彈在缺少地形特征或缺少預知任務計劃資料情況下，通常難以執(zhí)行攻擊任務，但是GPS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精確制導炸彈或GPS鎖定目標坐標的火炮對敵攻擊，為近距離接近敵方的地面支持部隊提供了更高的安全性。

目標瞄準

在使用GPS制導武器攻擊固定目標時，目標位置誤差（TLE）是系統(tǒng)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。地面部隊和前線航空管制人員通常把GPS與激光測距探測儀結合起來使用。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(lián)的精確目標瞄準信息。

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，它還在特種部隊行動中發(fā)揮作用。GPS在任何天氣條件下能使特種部隊人員實現(xiàn)陸地、海洋和空中的日夜隱蔽、準確會合。特種部隊只需利用GPS了解各自的精確位置和時間信息就可實現(xiàn)會合，而不需要發(fā)射無線電或其他容易暴露自己的不必要標識。

后勤補給

GPS增強了各種后勤保障和補給工作的安全與效率。它能為軍事規(guī)劃作戰(zhàn)行動提供事先在隱蔽地點配置軍用補給品的精確位置，即使不能事先確定補給品的位置，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(xiàn)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。

掃雷/清除爆炸物

GPS利用差分技術的增強系統(tǒng)，能精確繪制出地下或水下雷區(qū)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。

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(chǎn)的作戰(zhàn)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。

通信系統(tǒng)

GPS為有線、無線通信和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡提供時間和頻率同步。對于加密的通信和數(shù)據(jù)傳輸，特別是保持不同網(wǎng)絡之間節(jié)點的有效溝通，同步化是必不可少的。

情報、監(jiān)視和偵察系統(tǒng)

GPS能增強有關情報、監(jiān)視和偵察（ISR）數(shù)據(jù)的地理坐標效能，同時提供各類ISR系統(tǒng)所用的精確授時信息。

網(wǎng)絡中心戰(zhàn)

GPS為網(wǎng)絡中心戰(zhàn)開展支援或攻擊行動，提供所需的授時和同步化，也能為在網(wǎng)絡中心戰(zhàn)中可能使用的各種無人駕駛飛行器提供短期或長期的精確導航。

衛(wèi)星導航技術的民用

除了在軍事領域的應用外，隨著導航信息服務越來越普及，衛(wèi)星導航接收機芯片的日益微小型化，它已越來越多地被嵌入手機和電腦等個人消費電子產(chǎn)品中，成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡男畔⒃?。這里所列舉的僅是導航與通信相結合所產(chǎn)生的若干應用領域。

個人手機定位與導航業(yè)務

當你進入不熟悉的城市時，你可以使用裝入衛(wèi)星導航接收芯片的手機找到你要走的路線。你可以向當?shù)胤仗峁┥贪l(fā)送文字信息告知你的要求，例如查詢最近的停車位、快餐廳、旅館或其他你想去的任何地方，服務商會立即根據(jù)你所在的位置，幫你找到離你最近的停車位、旅館或餐廳。然后，將一張地圖發(fā)送到你的手機上，甚至還會為你提前預定住宿房間、餐廳或停車位。

公路

衛(wèi)星導航將有利于道路交通的管制，減緩交通阻塞。如果每輛車都安裝衛(wèi)星導航接收機和數(shù)據(jù)發(fā)射機，那么這些車輛的位置信息就能在幾秒鐘內(nèi)自動轉發(fā)到中心站。這些位置信息可用來調(diào)控道路使用的許多方面。例如，指示車輛走暢通的道路，限制進入擁擠的道路，或通告司機前方擁堵的情況，建議走另外車少的路線。如果你的車輛超速行駛而發(fā)生交通事故，你撞車時的速度、位置和時間信息均會被記錄在車上，作為交警或法院判斷你是否違章的依據(jù)；如果你的車輛被盜或被搶，衛(wèi)星導航會很快發(fā)現(xiàn)并跟蹤它的位置，使盜賊無處藏身。

鐵路

衛(wèi)星導航將在海、陸、空所有運輸領域的應用中實現(xiàn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉型或升級改造與技術創(chuàng)新。而鐵路是其中最大受益者。尤其是地方和區(qū)域鐵路線上的各種潛在應用，將會帶來降低成本、提高效率的雙重效益。如果所有火車裝上自動定位、導航與控制系統(tǒng)，可使列車行駛間隔時間縮短一半，則相當于運輸效率提高1倍。但是，火車控制對衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)的可用性、可靠性和完好性提出了很高要求。這些要求只能通過全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)和其他車載傳感器相結合，形成集成定位商業(yè)系統(tǒng)才能實現(xiàn)。未來的伽利略導航定位商業(yè)服務將會比現(xiàn)役GPS提供更高的導航精度、更可信賴的可用性和完好性，從而促進鐵路交通加速實現(xiàn)現(xiàn)代化，使這一傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)向智能交通轉型。

海運和水運

海洋和江河湖泊是全世界最廣泛的運輸方式，也是衛(wèi)星導航最早應用的領域之一。目前在世界各大洋和江河湖泊上行駛的各種大型輪船或游船大部分都已安裝了GPS衛(wèi)星導航裝置，從而使水路和海上運輸更為高效、安全和優(yōu)化。伽利略衛(wèi)星系統(tǒng)特有的搜索救援服務及其精確導航定位性能和更有保障的商業(yè)服務將使衛(wèi)星導航在許多其他海上作業(yè)（如漁業(yè)、海洋學和油氣開采等）實現(xiàn)更多創(chuàng)新，成為海洋和水上交通現(xiàn)代化的基本工具。未來10年，幾乎所有的航運活動都可利用伽利略及其商業(yè)服務的新特性，提供更高完好性，更可靠的優(yōu)質(zhì)服務。尤其是在港口和碼頭的進出港交通管理方面。同時也包括在任何天氣條件下，為航運各階段（包括在海上、沿海岸、進港口和出港口）提供導航定位和安全保障服務。

航空

當飛機在繁忙的機場跑道著陸時，最基本的要求是確保飛機相互間的安全距離。目前在飛機降落時，由于不能始終確定飛機的瞬時精確位置，機場為確保乘客安全，不得不留出很大的安全距離。在遇到大霧等惡劣天氣時也不得不關閉機場，給乘客帶來不便。但是，如果能利用衛(wèi)星導航精確確定飛機的瞬時位置，你就能減小飛機之間的安全距離，也可以實現(xiàn)自動盲降，從而大大提高效率和安全性。歐洲開發(fā)的伽利略衛(wèi)星導航系統(tǒng)提供的有保障的商業(yè)服務及足夠的精度，使航空公司和飛行員可靠而精確地了解他們的位置，從而提高運營效率。

特殊貨物遠程監(jiān)管與跟蹤

衛(wèi)星導航在海、陸、空運輸中對各種貴重貨物或危險品實施遠程跟蹤與監(jiān)管，將成為未來物流業(yè)的新應用。為確保這些特殊貨物在航空、公路、海上和鐵路等多個環(huán)節(jié)中的安全，貨主或業(yè)主非常希望了解這些貨物在途中的準確位置或狀況。如有偏離預定路徑，或發(fā)生被盜被搶、交通事故等異常狀況，安裝在這些貨柜或集裝箱內(nèi)的導航定位與安全報警裝置將自動報警，物流管理中心可以實時跟蹤其所處位置，并采取應急措施，而貨主也能實時在網(wǎng)上查詢自己的貨物在途中的位置或到達的信息。

應急救援管理

衛(wèi)星導航已廣泛用于海上搜索救生或跟蹤處于沙漠、高山或人煙稀少地區(qū)的旅行者和探險者。

預計在不遠的將來，裝有GPS/伽利略標準衛(wèi)星導航接收機芯片的手表或手機將成為老弱病殘和兒童外出攜帶的日常用品。如果這些弱勢群體在外出時迷路、遇險或需要幫助，他們可以通過緊急求救電話自動發(fā)送他們的精確位置，應急救援中心將會根據(jù)其準確位置及時派人趕赴現(xiàn)場實施救援。

在發(fā)生地震、洪災、泥石流、森林火災等重大災難時，通常需要幾個小組共同協(xié)作完成搶險救災工作。而在這些災區(qū)，運輸和通信等基礎設施通常損毀嚴重，道路、橋梁、供電和供水系統(tǒng)陷于癱瘓。救援人員通常需要先恢復供水、供電等基礎設施后，才能更快更好地救助遇難者。此外，救援成功的關鍵在于了解有關災情的實時信息。險情地圖和水、電及其他緊急物資供應的準確位置信息是前后方救災人員協(xié)調(diào)配合的基礎。協(xié)調(diào)工作由救援控制中心負責。利用導航與通信相結合的手段，救援中心根據(jù)災前資料，結合當時災區(qū)位置數(shù)據(jù)和衛(wèi)星圖像及時向前方救援人員提供最新材料，從而大大提高搶險救災的時效，減少生命財產(chǎn)的損失。