RTK之家丨从行军作战到定位打击,人类战争是如何被GPS改变的?

炸弹扔的准,全靠导弹指
被GPS改变的战场

在当代军事行动当中,卫星导航定位技术已经成为了一个必不可少的战场要素,无论是部队调动还是精确打击,离了GPS其效能都要大打折扣,那么GPS技术是如何诞生?又是以怎样的方式深刻的变革了现代战争的呢?

一、子午仪卫星导航系统的兴起与落幕

从技术发展脉络上来说,GPS系统的构建受到了子午仪卫星导航系统的影响。甚至可以说,技术上GPS系统的前身正是美军于1958年研制,随后于1964年投入使用的子午仪卫星导航系统。

子午仪卫星导航系统

“子午仪导航系统”又称“海军卫星导航系统”(navy navigation satellite syetem,NNSS)由于其所有卫星的轨道都通过地球的南北二极 ,卫星的地迹与地球的子午圈重合 ,故称为“子午仪(transit)卫星导航系统”。

子午仪卫星导航系统
为早期战略核潜艇的定位提供服务

1958年,美国为解决北极星核潜艇在深海航行和执行军事任务而需要精确定位的问题,开始研制军用导航卫星系统,命名为“子午仪计划”,从1960年4月到80年代初共发射30多颗。

第一颗是“子午仪1B”号,用来对导航卫星方案及其关键技术进行试验鉴定,并验证双频多普勒测速定位导航原理。

1963年12月发射第一颗实用导航卫星“子午仪5B-2”号;
1964年6月发射第一颗定型导航卫星“子午仪5C-1”号,并交付海军使用;
1967年7月“子午仪”卫星导航系统组网实用并允许民用。

1972年开始执行“子午仪”改进计划(TIP),共发射3颗卫星,
主要试验扰动补偿系统,大大提高了轨道预报精度。
1981 年5月发射经过改进的实用型“子午仪”号卫星(NOVA);

1996年,“子午仪”卫星导航系统退出历史舞台。

子午仪系统以现在的眼光来看,其导航功能不仅精度不足,还不足以支撑具有导航战背景的战役战术应用(在轨使用的卫星只有6颗,只能提供二维坐标,且定位间隔很长)。尽管如此,子午仪系统的出现仍然使得美军战役级别的军事指挥控制拥有了来自于太空的保障。

上世纪70年代,由于子午仪卫星导航系统在性能上的诸多问题,导致其已经不能适应美军发展的远景规划。美空军和美海军结合当时各自军种的发展需要,分别提出了下一代卫星导航系统的构建方案。

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国防部针对同时研制两种卫星导航系统带来的功能重叠和耗费巨大问题,结合通过国会审核的相关考虑(美国国会:我们的决定权,也是很重要的!)将二者合二为一,即由美国空军和海军联合进行GPS系统的研制。

二、子午仪卫星导航系统下岗,GPS上岗

GPS星座的首颗试验型星于1973年发射入轨,最初GPS星座的建设规划是将24颗卫星定位在互成120°角的三个轨道平面上。然而在国会老爷们施展神奇魔法的背景下,GPS星座的构建方案一度被修改为以18颗卫星定位在3个互为120°夹角的轨道平面上。

然而,如果GPS星座的构建方案按照国会的意见执行的话,其性能的可靠发挥也就要大打折扣了。在美军高层和国会议员们的反复交涉之下,1988年,最终版本的GPS星座构建计划出炉:即以21颗主干工作卫星和3颗备用卫星,定位在互成60°的6个轨道平面上,完成GPS星座的构建。这种GPS星座架构即为当今的GPS架构的基本形式。

海湾战争胜利后,美军举行庆祝阅兵

在GPS星座构建方案完成并实施后的第3年,1991年,GPS系统迎来了它的期中大考——海湾战争。这也是GPS系统首次实际投入实战运行之中。美地面部队将大量的手持式GPS接收机配发到士兵的手中,这些尺寸规格接近于当时“大哥大”的GPS接收机为美军机械化步兵部队的高速精准行军提供了技术支持。

在海湾战争当中,AN/ PSN-10接收机被大量使用。具体说来,在GPS接收机的信息保障下,美军机械化步兵分队能够对自身位置进行精度在30米以内的定位,并且可以根据行军规划生成面向下一个行军节点的行军方案。

不断向着“娇小”体型进化的GPS接收机:AN/PSN-8背包接收器(后左),AN/PSN-9(后左2),AN/ PSN-10(前左),AN/PSN–11 (右二),以及AN/PSN–13 (右)。

在这种“天基灯塔”的指引下,以美军为主的多国部队,得以在无明显地标的沙漠地形当中,采取昼夜连续行军的方式,迅速越过了被伊拉克军队视为禁地的沙漠地区,达成了战役的突然性。

借助GPS,美军成功抄了伊军的后路

各支美军作战分队在GPS系统的支持下,在明确自身位置后可以方便的呼唤支援火力对敌目标进行打击,进一步提高了美军在“沙漠风暴”行动中的作战效率。

随着GPS技术的发展,除了为部队导航以外,它还被用于为各类高速飞行的精确打击武器提供“指路服务”。

1993年美国空军成功地进行了GPS辅助惯性制导武器的演示工作,这为低成本JDAM(联合直接攻击弹药)的研发工作开了一个好头。JDAM的目标是开发一种低成本的GPS/INS(INS即惯性导航系统)附加制导组件,使得传统的低阻无制导炸弹装上之后可以“摇身一变”成为胜任现代战争需求的精确制导武器。

只要加装相应的改装套件,MK84这样的低阻无制导航弹就会成为可以执行精确打击任务的制导弹药了。

这些基本通过滑翔飞向目标的JDAM炸弹,比自带动力和导引头的空地导弹要经济很多,美国2007财年采购一发此类弹药的价格只要约22000美元,这比那些动辄数十万美元起价的空地导弹来说,实在是便宜多了。

时至今日,JDAM已经成为了美国航空兵对地打击的“当家花旦”。

三、GPS的发展

就像其他科技一样,起初被应用于战争的GPS,现如今也已经走入了千家万户,成为了我们生活当中不可或缺的一部分。

我们不管采用何种方式出行,头顶的卫星都可以精确的为我们提供指路服务。

有了GPS,即使是路痴,也能在闲暇时来上一场说走就走的自驾旅行。

GPS测绘技术现如今已经被广泛的使用在了工程测绘领域当中,同传统的人工测绘相比,稳定,准确,连续,快速且误差很小的GPS测绘不但解放了大量的工时,并且还大大降低了测绘成本。

得益于现代技术的帮助
一人顶一队的工作量成为现实

为了获得最高水平的精确度,多数勘测级的接收器都会使用两个GPS无线电频率:L1和L2。这也就是我们平时所说的双频GPS配置,利用两种频率对电离层延迟不一样的原理,双频配置可以通过建立模型的方式,来有效的消除电离层对电磁波延迟而造成的误差,从而让定位更加精准。现如今,更加精确的L5信号也已经铺开使用,这尤其增加了GPS系统在城市中的定位精。

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