+ 劉天雄

導(dǎo)航戰(zhàn)及其對(duì)抗技術(shù)

+ 劉天雄

第十八講

1、引言

GPS系統(tǒng)已成為主導(dǎo)信息化戰(zhàn)爭(zhēng)的高技術(shù)系統(tǒng)之一，能夠極大地提高美軍的指揮控制、多軍兵種協(xié)同作戰(zhàn)和快速反應(yīng)能力，大幅度地提高了武器裝備的打擊精度和效能。然而，在頻譜對(duì)抗日趨激烈的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中，GPS系統(tǒng)由于其信號(hào)發(fā)射功率低、穿透能力差等固有弱點(diǎn)，極易受到電磁干擾和電子欺騙威脅。

GPS導(dǎo)航信號(hào)極其微弱，衛(wèi)星播發(fā)到地面的L1頻段信號(hào)功率為-160dBW，其微弱程度相當(dāng)于一只50W普通燈泡的光從20000Km的GPS衛(wèi)星軌道空間照射到地球表面，因此GPS衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)極易受到干擾。2003年美軍入侵伊拉克期間，伊拉克軍方使用干擾機(jī)對(duì)GPS信號(hào)實(shí)施了有效地干擾，GPS系統(tǒng)暴露了戰(zhàn)時(shí)抗干擾能力比較差、使用不可控、系統(tǒng)安全性不足等問(wèn)題。

鑒于目前先進(jìn)的電子干擾技術(shù)已經(jīng)對(duì)GPS脆弱的抗干擾能力構(gòu)成了直接威脅，為維持導(dǎo)航定位領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，確保戰(zhàn)場(chǎng)制導(dǎo)航權(quán)，針對(duì)GPS系統(tǒng)一定會(huì)遭到敵軍干擾的事實(shí)，美軍提出的“在復(fù)雜電子環(huán)境下（或在戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中），使美軍能夠有效地利用GPS全球定位系統(tǒng)，同時(shí)阻止敵軍使用該系統(tǒng)”的導(dǎo)航戰(zhàn)Navwar（Navigation Warfare）理論，目的是在未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)中確保GPS系統(tǒng)能夠有效地為美軍服務(wù)，也是美國(guó)提出的爭(zhēng)奪制導(dǎo)航權(quán)的一項(xiàng)具體措施。即，在敵方有意干擾情況下，保持GPS系統(tǒng)的正常服務(wù)，是美軍開(kāi)展導(dǎo)航戰(zhàn)的實(shí)質(zhì)。GPS系統(tǒng)導(dǎo)航戰(zhàn)的主要內(nèi)容包括以下四個(gè)方面：通過(guò)加大衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)功率，提高GPS系統(tǒng)抗干擾能力；具備電子攻擊能力，保護(hù)軍用導(dǎo)航信號(hào)，確保美軍及其盟友在戰(zhàn)場(chǎng)上取得定位導(dǎo)航和授時(shí)優(yōu)勢(shì)，同時(shí)不影響戰(zhàn)區(qū)以外民用用戶導(dǎo)航服務(wù)水平；采取防電子欺騙以及抗射頻干擾等措施，提高GPS接收機(jī)抗干擾能力；如圖1所示。

圖1 GPS系統(tǒng)導(dǎo)航戰(zhàn)的主要內(nèi)容

2、GPS系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)

美軍在四十年前（1973年）開(kāi)展GPS系統(tǒng)信號(hào)體制設(shè)計(jì)時(shí)，并未充分認(rèn)識(shí)到今天復(fù)雜電子環(huán)境對(duì)GPS系統(tǒng)的無(wú)意干擾和有意干擾，軍事保密要求GPS信號(hào)必須淹沒(méi)在背景噪聲之下，系統(tǒng)設(shè)計(jì)上要求調(diào)制C/A碼的L1頻點(diǎn)信號(hào)比背景噪聲功率低16dB，調(diào)制P（Y）碼的L2頻點(diǎn)信號(hào)比L1的信號(hào)功率低13dB，GPS信號(hào)強(qiáng)度如圖2所示，信號(hào)結(jié)構(gòu)如圖3所示。這種設(shè)計(jì)方案的優(yōu)點(diǎn)是降低了衛(wèi)星有效載荷的實(shí)現(xiàn)難度（特別是星載信號(hào)功率放大部件和星載天線設(shè)計(jì)難度），缺點(diǎn)是GPS衛(wèi)星發(fā)射的導(dǎo)航信號(hào)功率極其微弱，由此導(dǎo)致GPS系統(tǒng)抗干擾能力較弱。發(fā)射帶內(nèi)干擾信號(hào)，可以造成GPS系統(tǒng)降低或者喪失服務(wù)能力。

微弱的GPS信號(hào)使得GPS接收機(jī)在接收、捕獲及跟蹤GPS信號(hào)過(guò)程中很容易受到有意或者無(wú)意的電磁干擾，當(dāng)干擾信號(hào)功率超過(guò)GPS信號(hào)功率時(shí)，就會(huì)造成GPS接收機(jī)信號(hào)失鎖并轉(zhuǎn)入信號(hào)搜索狀態(tài)。戰(zhàn)時(shí)對(duì)于敵方GPS信號(hào)干擾機(jī)的管制，美國(guó)政府的唯一措施只能是發(fā)現(xiàn)并摧毀。GPS系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)主要包括如下四個(gè)方面：

1)GPS系統(tǒng)L1信號(hào)的頻率為1575.42MHz，L2信號(hào)的頻率為1227.6MHz，信號(hào)頻率固定，因此在L1信號(hào)和L2信號(hào)的頻點(diǎn)附近發(fā)射其它其他L頻段信號(hào)時(shí)，很容易干擾GPS信號(hào)。例如，2012年光平方公司網(wǎng)路對(duì)GPS信號(hào)的干擾事件，是近年來(lái)衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域最為矚目的大事件，折射出衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的固有脆弱性以及與其它系統(tǒng)的矛盾沖突等重大問(wèn)題；

2)GPS接收機(jī)需要接收四顆以上導(dǎo)航衛(wèi)星的信號(hào)才能解算出用戶的位置，接收機(jī)天線的方向圖呈半球狀，因此GPS接收機(jī)天線在空域?qū)ι漕l干擾的抑制能力較弱；

3)GPS下行鏈路的信號(hào)強(qiáng)度極其微弱，例如GPS民用用戶接收到L1頻段的信號(hào)功率為-160dBW，而我們?nèi)粘Ｊ褂寐?lián)通手機(jī)信號(hào)功率則為-134dBW，也就是說(shuō)GPS用戶接受到的信號(hào)強(qiáng)度大約只有手機(jī)信號(hào)的1/400，GPS用戶接收機(jī)的靈敏度比較高，較低的射頻干擾信號(hào)就可以對(duì)GPS下行信號(hào)產(chǎn)生較大的干擾；

4)GPS信號(hào)用戶接口控制文件（ICD）已公開(kāi)發(fā)布，即C/A碼已在國(guó)際上公開(kāi)應(yīng)用，而P碼處于半公開(kāi)狀態(tài)，因此只要使干擾信號(hào)與GPS下行信號(hào)結(jié)構(gòu)相同，GPS用戶接收機(jī)就可以“正?！苯邮崭蓴_信號(hào)，而很難識(shí)別信號(hào)的真?zhèn)?，由此達(dá)到欺騙GPS用戶接收機(jī)的目的。

圖2 GPS信號(hào)強(qiáng)度

美國(guó)國(guó)防科學(xué)部的有關(guān)研究報(bào)告指出：“當(dāng)前，GPS接收機(jī)處于接收模式時(shí)，即使受到距離很遠(yuǎn)的低功率干擾器的干擾，也是很脆弱的，而受到近距離的適度干擾時(shí)，便會(huì)喪失跟蹤能力”，詳見(jiàn)劉志春于2007年4月發(fā)表在《全球定位系統(tǒng)》“GPS導(dǎo)航戰(zhàn)策略分析”的相關(guān)闡述。

2013年10月28日,美國(guó)《防務(wù)新聞》周刊網(wǎng)站發(fā)表了題為“美國(guó)尋求全球定位系統(tǒng)的替代方案”的文章，文章引用美國(guó)國(guó)防部防務(wù)研究和工程辦公室主管謝弗的評(píng)論“利用現(xiàn)代電子技術(shù)做事變得越來(lái)越容易，例如干擾全球定位系統(tǒng)信號(hào)?！蔽恼轮赋瞿壳叭藗兩钪须x不開(kāi)全球定位系統(tǒng)，但又不能信賴它，在全球定位系統(tǒng)的弱點(diǎn)變得越來(lái)越明顯之際，美國(guó)軍方在試圖提高用戶接收機(jī)和軍用定位數(shù)據(jù)的可靠性。

圖4 1W功率的干擾機(jī)大小

圖5 干擾范圍與干擾功率的關(guān)系

干擾范圍是干擾功率的函數(shù)。試驗(yàn)表明，地面干擾功率為1W的干擾機(jī)，大小與碳酸飲料罐相當(dāng)，如圖4所示，天線指向?yàn)樗骄€以上不超過(guò)2°時(shí)，就能對(duì)200Km范圍內(nèi)的GPS接收機(jī)實(shí)施有效干擾。當(dāng)?shù)孛娓蓴_機(jī)的干擾功率為100W時(shí)（相當(dāng)于家里用的電燈泡的功率），干擾機(jī)能造成1000Km范圍內(nèi)的民用接收機(jī)不能捕獲C/A測(cè)距碼信號(hào)，而軍用GPS接收機(jī)的工作機(jī)制是首先捕獲民用C/A碼信號(hào)，然后由C/A碼信號(hào)引導(dǎo)捕獲軍用P（Y）碼信號(hào)，由此導(dǎo)致軍用GPS接收機(jī)也無(wú)法正常工作，如圖5所示。

3、導(dǎo)航戰(zhàn)主要?dú)v程

為了解決GPS系統(tǒng)抗干擾能力不足的問(wèn)題，保持美軍在全球作戰(zhàn)中的信息優(yōu)勢(shì)，美國(guó)政府在上世紀(jì)90年代中期啟動(dòng)了導(dǎo)航戰(zhàn)計(jì)劃，主要?dú)v程如下：

1)1994年，美國(guó)聯(lián)合電子戰(zhàn)中心（JEWC）在美國(guó)國(guó)防部支持下，開(kāi)始對(duì)美國(guó)GPS軍用接收機(jī)有關(guān)電子防護(hù)和電子干擾的技術(shù)及戰(zhàn)術(shù)開(kāi)展研究工作；

2)1995年，美國(guó)國(guó)防部指定羅克韋爾公司成立了包括BDM、Collins、E-System和SRI International等幾家電子公司在內(nèi)的研究小組，開(kāi)始一項(xiàng)為期13個(gè)月的有關(guān)“導(dǎo)航戰(zhàn)”的研究計(jì)劃，這項(xiàng)計(jì)劃是美國(guó)國(guó)防部“先期概念技術(shù)技術(shù)演示計(jì)劃”的一部分，研究?jī)?nèi)容主要是圍繞GPS軍用接收機(jī)所需的干擾及反干擾技術(shù)、以及新一代導(dǎo)航衛(wèi)星的改進(jìn)技術(shù)；

3)1996年，美國(guó)國(guó)會(huì)向美國(guó)國(guó)防部發(fā)出的防衛(wèi)授權(quán)決議書中，明確指出要實(shí)施加強(qiáng)GPS系統(tǒng)的計(jì)劃，防止敵對(duì)軍事力量利用GPS系統(tǒng)的有效能力，又不要妨礙美國(guó)自身的軍事力量和民用用戶使用這一系統(tǒng)的能力，發(fā)展新的技術(shù)使得GPS接收機(jī)具有明顯的抗有意干擾和其他形式無(wú)意干擾或破壞的能力；同年，美國(guó)國(guó)防部頒布了《國(guó)防技術(shù)目標(biāo)》和新版本《軍用關(guān)鍵技術(shù)清單》，信息戰(zhàn)技術(shù)首次被確定為是一種戰(zhàn)術(shù)，并開(kāi)展了“導(dǎo)航戰(zhàn)先期概念技術(shù)演示”研究。

4)1997年，美軍在英國(guó)召開(kāi)的“GPS在軍事及民事方面的應(yīng)用”研討會(huì)上，正式提出了“導(dǎo)航戰(zhàn)（NAV WAR）”的作戰(zhàn)概念，同年在美國(guó)西海岸進(jìn)行了GPS衛(wèi)星抗阻塞試驗(yàn)，詳見(jiàn)吳志金于2005年12月發(fā)表在《國(guó)防科技》的“導(dǎo)航戰(zhàn)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)”以及向吳輝于2006年10月發(fā)表在《現(xiàn)代防御技術(shù)》的“關(guān)于導(dǎo)航戰(zhàn)概念的探討”的相關(guān)闡述；

2003年3月，美國(guó)發(fā)動(dòng)了伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)。戰(zhàn)爭(zhēng)期間，戰(zhàn)場(chǎng)上90%以上的信息是衛(wèi)星提供的，美軍實(shí)時(shí)掌握戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)，控制了制天權(quán)意味著掌握著戰(zhàn)爭(zhēng)的主動(dòng)權(quán)。戰(zhàn)爭(zhēng)中，美英聯(lián)軍幾乎在所有的陸海空作戰(zhàn)平臺(tái)上都嵌入有GPS終端，用于導(dǎo)航定位和統(tǒng)一時(shí)間基準(zhǔn)，甚至單兵也裝備有GPS接收機(jī)。在其使用的19269枚精確制導(dǎo)彈藥中，采用GPS制導(dǎo)的占了絕大多數(shù)。美軍大量使用GPS末端制導(dǎo)炸彈，包括“戰(zhàn)斧”巡航導(dǎo)彈、聯(lián)合直接攻擊彈藥（JDAM）和EGBU-27激光/GPS復(fù)合制導(dǎo)炸彈，但轟炸初期頻頻發(fā)生美軍GPS制導(dǎo)炸彈誤炸伊拉克鄰國(guó)事件，伊拉克軍方使用6套俄羅斯Aviaconversiya公司研制的大功率GPS信號(hào)干擾機(jī)對(duì)GPS系統(tǒng)開(kāi)展了有效地干擾，導(dǎo)致GPS末端制導(dǎo)炸彈中的GPS接收機(jī)無(wú)法正常工作，后期美軍對(duì)伊軍所使用的GPS干擾裝置實(shí)施偵測(cè)和摧毀，顯示出美軍在導(dǎo)航戰(zhàn)中制導(dǎo)航權(quán)的能力。

美國(guó)軍方為研究未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)上將會(huì)出現(xiàn)的“導(dǎo)航戰(zhàn)”場(chǎng)景，開(kāi)辟出稱為“緊張環(huán)境”的特殊區(qū)域以實(shí)戰(zhàn)方式來(lái)推演這一概念，進(jìn)而制訂出在這類地區(qū)作戰(zhàn)的戰(zhàn)術(shù)和條令。實(shí)施“導(dǎo)航戰(zhàn)”的目的是在未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)中確保美軍及其盟軍的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)能夠正常運(yùn)作，防止敵方使用并盡可能降低對(duì)民用用戶的影響，確保美軍的定位（P）、導(dǎo)航（N）和授時(shí)（T）優(yōu)勢(shì)。

4、導(dǎo)航戰(zhàn)內(nèi)涵及目標(biāo)

為加強(qiáng)GPS全球定位系統(tǒng)在現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)中的支撐作用，保持其在全球民用導(dǎo)航領(lǐng)域中的領(lǐng)導(dǎo)地位。北約（NATO）定義導(dǎo)航戰(zhàn)為“NAVWAR is defined as preventing the hostile use of PNT information while protecting the unimpeded use of the information by NATO forces and preserving peaceful use of this information outside the area of operations.”，即“阻止敵對(duì)方利用PNT信息，同時(shí)保護(hù)北約盟軍正常使用PNT信息，而戰(zhàn)區(qū)以外的用戶依然能夠和平使用PNT信息”。導(dǎo)航戰(zhàn)的內(nèi)涵有三點(diǎn)，一是保護(hù)（Protect）,即保護(hù)美軍及其盟友戰(zhàn)時(shí)能夠有效地使用GPS系統(tǒng)給出的定位導(dǎo)航和授時(shí)信息；二是阻止（Prevent），即阻止敵軍利用GPS系統(tǒng)進(jìn)行定位導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)；三是保持（Preserve），即保持戰(zhàn)區(qū)以外的民用用戶依然能夠安全有效地使用GPS服務(wù)；導(dǎo)航戰(zhàn)的唯一挑戰(zhàn)是“使用同時(shí)拒止”，如圖6所示，

由此，導(dǎo)航戰(zhàn)的目標(biāo)可以概括為以下三點(diǎn)：首先是確保GPS系統(tǒng)正常運(yùn)行，使美軍和盟軍不受干擾地使用GPS系統(tǒng)，確保美軍及其盟友在戰(zhàn)場(chǎng)上取得定位導(dǎo)航和授時(shí)（PNT）優(yōu)勢(shì)；其次是阻止敵軍在戰(zhàn)場(chǎng)上使用GPS系統(tǒng)并使敵方導(dǎo)航系統(tǒng)不能正常工作；最后是保持民用GPS用戶受到的影響或定位精度劣化程度最小。

5、導(dǎo)航戰(zhàn)對(duì)抗技術(shù)

在設(shè)計(jì)GPS衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)時(shí)，國(guó)美國(guó)防部提出的技術(shù)要求是需要考慮能夠適應(yīng)不同要求的用戶系統(tǒng)（軍事或民用用戶）、能夠通過(guò)接收在軌衛(wèi)星播發(fā)的導(dǎo)航信號(hào)唯一識(shí)別不同的衛(wèi)星、能夠通過(guò)接收在軌衛(wèi)星播發(fā)的導(dǎo)航信號(hào)確定并預(yù)測(cè)該衛(wèi)星運(yùn)行軌道位置、能夠?qū)崿F(xiàn)基于導(dǎo)航信號(hào)到達(dá)時(shí)間（TOA）的原理解算衛(wèi)星和接收機(jī)之間的距離、能夠確定星載原子鐘的工作狀態(tài)（把是否可用信息下傳給用戶）、滿足高精度實(shí)時(shí)定位以及滿足軍事保密等幾方面的要求。

因此，從技術(shù)層面實(shí)現(xiàn)美國(guó)國(guó)防部對(duì)GPS衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的要求是比較復(fù)雜的，同時(shí)還需要考慮導(dǎo)航信息的類型、數(shù)量及編碼方法、信號(hào)的功率（EIRP）以及信號(hào)的頻率分配等技術(shù)等因素。GPS衛(wèi)星同時(shí)播發(fā)L1和L2兩種L頻段無(wú)線電導(dǎo)航定位信號(hào)，包含載波信號(hào)、測(cè)距碼信號(hào)以及數(shù)據(jù)碼(NAV/SYSTEM DATA)信號(hào)三種分量，數(shù)據(jù)碼又稱為導(dǎo)航電文（navigation message）。其中L1信號(hào)的頻率為1575.42MHz，調(diào)制一般精度的C/A測(cè)距碼（Course acquisition Code）信號(hào)；L2信號(hào)的頻率為1227.6MHz，調(diào)制精密測(cè)距的P測(cè)距碼（Precision Code）信號(hào)。

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是一個(gè)完整的系統(tǒng)，由衛(wèi)星星座（空間段）、地面控制及監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)（控制段）和用戶接收設(shè)備（用戶段）三個(gè)相對(duì)獨(dú)立的部分組成，系統(tǒng)中任何一個(gè)環(huán)節(jié)受到攻擊或者破壞都可能導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法正常使用。攻擊或者破壞GPS系統(tǒng)地面控制及監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)意味著攻擊或者破壞美國(guó)本土軍事設(shè)施，就是對(duì)美國(guó)宣戰(zhàn)，已超出導(dǎo)航戰(zhàn)的范疇，幾乎不可能發(fā)生。攻擊或者破壞衛(wèi)星星座，理論上應(yīng)用反衛(wèi)星武器是可能的，但是又有多少國(guó)家有能力實(shí)施星球大戰(zhàn)呢？

美國(guó)導(dǎo)航戰(zhàn)的主要策略一是摧毀GPS干擾源，二是提高GPS系統(tǒng)抗干擾能力，包括接收機(jī)和導(dǎo)航衛(wèi)星兩方面的抗干擾能力。主要的導(dǎo)航對(duì)抗技術(shù)包括以下九個(gè)方面：

圖6 導(dǎo)航戰(zhàn)中的保護(hù)、阻止和保持

5.1 兩種服務(wù)模式

GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)是美國(guó)的，美國(guó)政府發(fā)展GPS全球定位系統(tǒng)的目的是為美國(guó)國(guó)家安全服務(wù)，為了保障美國(guó)的安全和自身的利益，因此，GPS系統(tǒng)提供兩種定位服務(wù)，一種是標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)SPS（standard positioning service），全世界用戶免費(fèi)接收調(diào)制一般精度的測(cè)距碼（C/A碼）的L1信號(hào)；另一種是精密定位服務(wù)PPS（precise positioning service），僅供美國(guó)軍方及其戰(zhàn)略盟友等授權(quán)用戶接收調(diào)制高精度的精密測(cè)距碼（P碼）L2信號(hào)。

1993年12月，美國(guó)國(guó)防部宣布GPS系統(tǒng)具備初始運(yùn)行服務(wù)能力IOC（Initial Operational Capability），同年宣布GPS系統(tǒng)對(duì)全世界開(kāi)放，對(duì)全世界民用用戶10年內(nèi)免收任何費(fèi)用。1995年4月美國(guó)國(guó)防部宣布GPS系統(tǒng)具備全面運(yùn)行服務(wù)能力FOC（Full Operational Capability）。1978年～2007年間GPS衛(wèi)星在軌衛(wèi)星數(shù)量和系統(tǒng)定位精度變化趨勢(shì)如圖7所示，圖中藍(lán)線表示在軌組網(wǎng)GPS衛(wèi)星部署情況，粉線表示軍碼定位精度變化情況，1995年GPS系統(tǒng)全面運(yùn)行服務(wù)后，軍碼定位精度迅速提高并優(yōu)于5m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)指標(biāo)（精密定位服務(wù)10m、標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)16m）。

GPS系統(tǒng)的定位精度超過(guò)了已公布的定位指標(biāo)已是不爭(zhēng)的事實(shí)，美國(guó)政府GPS官方網(wǎng)站GPS.GOV（2012年2月17日）給出了近年來(lái)GPS系統(tǒng)用戶測(cè)距誤差URE值的變化趨勢(shì)，如圖8所示，2008年以后，GPS系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)SPS空間信號(hào)SIS用戶測(cè)距誤差URE最壞情況下的均方根值RMS為4m。

在1995年GPS系統(tǒng)提供全面運(yùn)行服務(wù)之前，GPS系統(tǒng)就已被廣泛應(yīng)用了，實(shí)際應(yīng)用統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，使用一般精度的測(cè)距碼（C/A碼），大部分時(shí)候可以獲得誤差在平面內(nèi)7～15m的水平定位精度，高程精度要差一些，但也能在12～35m的誤差范圍內(nèi)。根據(jù)48屆GPS系統(tǒng)CGSIC年會(huì)（GPS Program Update to 48th CGSIC Meeting，2008年9月15日）美國(guó)Aerospace公司GPS系統(tǒng)工程部的 Tom Powell提交的報(bào)告，2008年GPS系統(tǒng)全球范圍平面定位誤差（2008-09-10 16:55:00測(cè)量數(shù)據(jù)）統(tǒng)計(jì)結(jié)果，全球范圍平面定位誤差最大為4.92 m，平均為2.34 m，95%的情況下定位精度為3.16 m（其中用戶設(shè)備誤差UEE = 2.6 m）。

圖7 GPS系統(tǒng)衛(wèi)星在軌衛(wèi)星數(shù)量和定位精度變化趨勢(shì)

圖8 GPS系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)SPS用戶測(cè)距誤差URE值的變化趨勢(shì)

5.2 選擇可用性技術(shù)

GPS定位精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于預(yù)期指標(biāo)，這讓美國(guó)國(guó)防部覺(jué)得十分不爽，特別是不希望敵對(duì)國(guó)家利用GPS系統(tǒng)開(kāi)展不利于美國(guó)國(guó)家利益的軍事行動(dòng)，出于對(duì)美國(guó)自身的經(jīng)濟(jì)、政治，特別是國(guó)家安全考慮，美國(guó)國(guó)防部于1991年7月1日在BLOCK-Ⅱ?qū)Ш叫l(wèi)星上實(shí)施選擇可用性SA（Selective Availability）技術(shù)，將特定的誤差引入衛(wèi)星基準(zhǔn)頻率信號(hào)和衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)中，人為有意降低標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)SPS的定位精度，使攜帶GPS接收機(jī)導(dǎo)航的武器難以準(zhǔn)確擊中目標(biāo)，不能完成高精度的動(dòng)態(tài)定位，以防止未經(jīng)授權(quán)的用戶將GPS系統(tǒng)用于軍事目的。

實(shí)施選擇可用性SA技術(shù)后，普通用戶水平定位精度一夜之間由7～15m之間下降到100米，高程定位精度由12～35m之間下降到157米。這種影響是可以加強(qiáng)的，在美國(guó)政府認(rèn)為必要的情況下，可以進(jìn)一步降低利用C/A碼進(jìn)行定位精度。選擇可用性SA技術(shù)是針對(duì)非授權(quán)用戶的，對(duì)于美國(guó)軍方及其戰(zhàn)略盟友等授權(quán)用戶，則可以利用密鑰自動(dòng)消除選擇可用性SA技術(shù)的影響。

選擇可用性SA技術(shù)使得民用接收機(jī)的誤差人為增大，引起全球民用用戶強(qiáng)烈不滿，為了擺脫或者減弱選擇可用性SA技術(shù)的影響，世界各國(guó)研究人員進(jìn)行了積極的探索與試驗(yàn)，特別是是差分GPS技術(shù)可以大幅度消除選擇可用性SA技術(shù)中δ技術(shù)（將一個(gè)加密的隨時(shí)間變化的頻率偏移引入到衛(wèi)星的10.23MHz基準(zhǔn)頻率信號(hào)中，偏移具有高頻抖動(dòng)、短周期、快變化、隨機(jī)性特征）引入的誤差，從而顯著地提高定位精度。在各種因素促使下（包括俄羅斯提高GLONASS全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)服務(wù)精度、歐洲研發(fā)GAILEO全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)），美國(guó)政府在2000年5月2日美國(guó)東部時(shí)間午夜停止使用選擇可用性SA技術(shù)，非授權(quán)GPS用戶偽距測(cè)量精度從100m提高到10m以內(nèi)，關(guān)閉SA技術(shù)后標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)定位精度變化如圖9所示，一夜之間一般用戶的接收機(jī)定位精度提高了10倍。

GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)是美國(guó)的，美國(guó)政府發(fā)展GPS全球定位系統(tǒng)的目的是為美國(guó)國(guó)家安全服務(wù)，為了保障美國(guó)的安全和自身的利益，即使是免費(fèi)提供給一般民用用戶使用的L1導(dǎo)航信號(hào)的定位精度也可以根據(jù)美國(guó)政府的要求而隨時(shí)降低。

圖9 美國(guó)GPS系統(tǒng)關(guān)閉SA技術(shù)前后標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)定位精度變化