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如果地球上所有设施都失去了发电能力,GPS 还能用吗?

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日报标题:世界末日的时候,能用 GPS 导航去找诺亚方舟吗?

知乎用户,低调做坏蛋,高调做白痴~

这个问题其实挺有意义,我们平常一说 GPS 系统第一反应就是天上的 GPS 星座,但实际上完整的 GPS 系统是由空间部分 / 地面控制部分 / 用户机 三部分组成

GPS 的卫星大概运行在 20000km 高的轨道上,这个高度已经远远超出了大气层的外层高度,但是卫星在空间中运行除了可能大气干扰,还有可能受到来自太阳的太阳风等因素影响。这些影响使 GPS 卫星的轨道参数在一段时间之后会发生改变。

而通过 GPS 的定位原理(参见 GPS 军码协议有多复杂,为啥没法破解? )我们知道卫星本身的位置是 GPS 进行定位的基准,如果卫星本身的轨道参数发生变化,就会使定位结果失真,影响定位精度,于是要定期对卫星轨道参数进行校准,另外星上的原子钟也需要定期校准以便提升定位精度。

上图来自 GPS 官方网站 GPS.govControl Segment

AFSCN:U.S. Air Force Satellite Control Network 美国空军卫星控制网

为了精确测定卫星位置,并对卫星进行相应控制,GPS 在全球各处布置了多个不同功能的地面设施。 主控站(Main Control Station)位于科罗拉多州的 Colorado Springs 美军基地(红色五星)。其他的地面站里,蓝色圆点 / 黄色三角是由美国军方掌握的设施,紫色圆点是由 NGA(National Geospatial-Intelligence Agency,应该叫美国国家地理情报局?)运行的监测站,这些监测站一方面利用复杂的设备监测卫星发出的定位信号,另一方面也会使用传统的卫星测控手段对卫星进行跟踪,以确定卫星轨道参数的变化。

这些监测站的观测信息传回 MCS,MCS 分析之后生成的控制信息通过地面上的天线(GPS 系统自有天线或者共享的 AFSCN 天线)上传至卫星。这些控制信息可以将卫星上的原子钟以纳秒级别的精度进行校准,并且更新卫星的轨道参数。这些参数由地面监测站观测结果、空间天气预报(和地面的天气预报不是一回事哦~)和其他多种因素通过卡尔曼滤波混合而来。

北斗的情况也差不多,只不过一开始没有美国的条件全球均匀设站,只能在境内设站,所以在设计星座时针对这个局限做过优化。现在也在寻求海外布置地面站。

所以,当地面设施失效后,大概在几天的时间段内 GPS 系统还能勉强使用,在更长的时间之后由于系统运行误差无法得到改正,用户得到的定位结果将逐渐失真,直到误差大到无法使用。


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