作为无源定位系统，美国是如何关掉关闭特定地区的GPS信号的？ 第1页

准确的说，美国并不需要也从未“关闭”GPS信号。

那网络上传说的银河号以及印度的导弹失误事件，又是怎么回事？难道不是美国关GPS搞的鬼么？

1.GPS信号是什么

首先我们先了解一下GPS。相信大家都对GPS卫星有一定的了解，这里就不啰嗦了。但为了让后面的解释更明白，这里还是简单说一点。

举个例子。你和一个朋友分别站在两个山头上，然后约定在中午12点，让朋友开始数数“1，2，3，4，5...."并喊出来。而你在心里用同样的速度数数。因为声音传播需要时间，所以当你数到3的时候，你刚刚听到你朋友喊出的1。因为你们是同时数数的，所以你朋友的声音传到你这里的时间，就等于你从数1开始到你听到1为止的时间差。用当地声速乘以这个时间差，就能得出两个山头之间的距离。

GPS计时也是如此。卫星和接收器上都有一种电路，可以同步的产生相同的电码序列（包括卫星的坐标以及卫星钟的时刻），就类似于刚才例子中的自然数。GPS卫星就不断的向地面发送这个电码序列，就像你朋友一直对你喊一样，他就是GPS卫星，你就是接收器。

由于卫星在太空中，所以信号到达地面需要一定的时间，这就与接收器中的电码序列有了时间上的延迟。乘以光速，就是接收器到卫星的距离。那你就可以知道，你处于以卫星为球心、以这个距离为半径的球面上。31颗GPS人造卫星，每一颗的电码都不同，理论上只要有3颗卫星，就能确定你在地球平面上的位置（两个球面与地球相交于两个点，三个球面就剩下一个点了，可能通过计算得出三球体的交点。这里忽略高度）

考虑到GPS卫星和接收器都需要精确的原子钟比较困难，所以实际上是计算至少四颗卫星的距离，就能减小因时间不精确而引起的误差（同步时钟如果有0.0000003秒的误差，测出的距离就会有100米的误差），再结合接收器的时间就能解算出自身的位置（和自身的时间，也就是授时）。

2. GPS精度

上面的计算，都是假设电波的速度--也就是光--是300000公里/秒。但实际上，地球80千米高的电离层会让无线电信号减速，从而让时长变得不确定。不过，由于不同频率（波长）的无线电波的速度改变是不同的，所以同时发射两个不同频率的电码，到达接收器的时间会有一个时间差。于是我们可以通过一个计算程序来利用这个时间差，消除电离层带来的误差。

GPS的准确度还取决于接收器收听的电码类型。GPS信号分为民用的标准定位服务（SPS，Standard Positioning Service）和军用的精确定位服务（PPS，Precise Positioning Service）两类。民用一般用C/A民用电码，由于GPS无须任何授权即可任意使用，原本美国因为担心敌对国家或敌对组织会利用GPS对美国发动攻击，故在民用讯号中人为地加入“选择可用性技术”（即SA政策，Selective Availability）以降低其精确度，并只提供一个频率，使其最终定位精确度只有大概100米左右；而军方接收器收到的是P码，是两个频率同时播送，所以军规的精度在6米以下。2000年以后，克林顿政府决定取消对民用讯号的SA干扰，并提供更多的频率给到民用（四个民用信号L1 C/A、L2C、L5和L1C）。^[1]因此，现在民用GPS理论上也可以达到6-9米左右的定位精度。^[2]

(当然，GPS系统的精度还离不开狭义相对论和广义相对论。根据狭义相对论，运动速度越快，时间越慢，因此在地球上看GPS卫星的时钟每天慢大约7微秒。又根据广义相对论，地球的大质量导致地表的时空要比GPS卫星所在的时空更弯曲，因此从地球上看，GPS卫星上的时钟每天快大约45微秒。在 同时考虑 了 狭义和广义相对论 后，GPS卫星时钟每天要快上大约38微秒，如果不校正的话，每天将会累积大约10公里的定位误差。为此，在GPS卫星发射前，要先将时钟频率调慢100亿分之4.465。此外，轨道偏心率、自转导致的位移等也会产生误差。这些与本文后面的回答无关，所以略过懒得写了，大家就当没读过）

3.如何让GPS信号失灵

从上面的介绍可以看出，GPS信号是单向的：GPS卫星发射的信号，所覆盖地面上的任何人都可以接收。 GPS接收器无法与卫星进行通讯，因此GPS无法知道谁正在接收其信号并阻止特定人员。

理论上来说，在战时情况下，美国可以完全关闭GPS，以便在短时间内使敌人失去其信号。但是在现代社会，关闭整个GPS系统是不可想象的。 GPS的应用如此广泛，包括飞机导航等关键应用中都有GPS存在，关闭整个系统将面临很大的政治风险和舆论风险。

美国不会只是为了战争就关闭GPS系统。但它仍然有一些办法让GPS信号失灵。

1.关闭个别卫星

让若干个正好在目标物上方的卫星暂时离线，可以让一大块区域的定位失去准确度。当年克林顿公开发表GPS Presidential Policy的声明中称：“我们证明了在美国的国家安全受到威胁时可以有选择地在区域范围内断开GPS信号的能力”。但这种方法杀伤面太大，太粗糙。美国不是不得已的话，一般不会干这种老毛子风格的事儿。

2.加密

美国国防部在战时可能会做的一个措施，就是启动GPS的“反欺诈模式”。该模式通过给军方用的P电码加密，使其变成Y电码，而获得授权的接收器都有一个对译本，可以将Y电码再译回P电码，也就是说，只有美国人允许的接收器才可以使用P电码。

此外，国防部也可能会重新启动刚才说的“SA选择可用性模式”。此模式通过故意播送有关该卫星位置的不准确数据，或故意使卫星上的时钟出现同步误差，从而使C / A的精确度下降到100米。^[3]自克林顿总统于2000年5月1日停用GPS的SA政策以来，一直没有再使用过。当年美国政府表示无意再次使用SA。希望建国同志的任上别出尔反尔。

这种加密方式虽然可以阻止美国的敌人利用GPS技术，但也会给美国的非军方用户带来不便。

3.干扰

既然前两个都被证明不是很完美，第三种方案就呼之欲出了，那就是：如何有效的干扰GPS信号。

相比地面上的距离来说。导航卫星非常遥远，它的信号实际上非常弱，所以很容易对GPS的信道进行干扰。这里有两种干扰体制：一种是“压制式”干扰，另一种是“欺骗式”干扰。压制式干扰一般是以大功率阻塞或压制接收机，令其完全失锁并一直处于搜星状态来完成干扰作业。就好比你为了干扰跳广场舞的大妈，就拿超大功率的喇叭放对着他们放黑人说唱一样。但这样很容易被反辐射设备侦察到并用GPS炸弹摧毁，所以在战时它不是主要的干扰方式。“欺骗式”干扰又分两种：自主式欺骗干扰和转发式欺骗干扰。

自主式，从信号源头入手，就类似于发骚扰短信的伪基站，自己假装成中国移动基站（GPS卫星）发出假的短信（导航信号），让接收方获得不正确的距离信息以达到欺骗的目的。这个操作的前提是必须掌握GPS的完整信号结构，包括码结构、导航信息内容等，而这些正是GPS 系统的核心技术，美国人不会傻到拱手让人。目前一般仅可以掌握GPS的C/A码的结构、帧格式及部分导航电文内容等, 因此对于GPS的自主式欺骗干扰仅限于对C/A码的欺骗干扰（也就是针对普通用户的民码），对于军用GPS 接收机的自主欺骗干扰则不具备实现条件。^[4]

转发式，从信号内容入手，既然时间信息是关键信息，如果能把信号延时一下，就可以让接收机收到错误的信息，从而将其与卫星间的距离进行错误计算。通过在飞机或者高地天线来进行将A地收到的几个卫星信号内容实时转发到B地，就能让接收机接收到延迟的导航信号，使接收机解算出来的定位数据产生较大偏差，从而达到干扰的目的。（具体可参考 @肖寅 的一个回答）

这两种“欺骗式”干扰如果只采用单频干扰的话，很容易被时域频域滤波等抗干扰技术对付，对具有抗干扰措施的军用GPS接收机更难有效果。

4.分区用户码

接收器需要依靠内置的GPS专用芯片进行解算，而解算需要用户码（分军用和民用）。这些用户码是分区发放的，美国、日本、韩国、欧洲的用户码各不相同。GPS专用解算芯片会根据不同的用户码计算结果，军码的解算精度最高，民码的精度相对偏低。

在紧急状态下，美国只需给GPS卫星发送指令将其广播信号进行一定处理，让某一区的用户码不能对信号信息进行解算，这一区接收器的GPS就失灵了，而别的区的还照用。游戏玩家可以想像一下突然被锁区锁服的感觉。

这个方法相对简单有效，但受限制于分区的大小，太大影响面太广，太小又起不到作用。

美国才是最担心没有GPS的国家

美国军方重度依赖GPS，所以中国和俄罗斯最擅长的就是通过干扰和电子战系统使GPS代码失效。所以美国空军反而要训练如何在敌对国家干扰GPS不能用的时候，还能安全有效的飞行和打击目标。Red Flag是美国空军最重要的空训演习，2018年的Red Flag举行时，美国空军就曾将内华达测试和训练场（NTTR）周围5,000平方英里的GPS信号关闭，迫使机组人员在没有卫星导航的情况下执行打击任务。美国空军的许多型号的飞机，比如F15，F22和F35都有精确的机载惯性导航系统（带加速度计，陀螺仪和磁传感器的计算机），该导航系统可以连续计算定位并且不需要外部数据，并使用AESA扫描阵列雷达在需要时在更小的范围内确认自己的飞行路线。光电和红外传感器还可以获取周围的地形，以提供更多的导航信息。如果战机仍具有可靠的通信或数据链路，还可以使用舷外系统进行导航，借助在GPS干扰区域外的飞行单位传递位置和目标信息。

美国空军如何关闭内华达范围的GPS目前仍属军事机密，但除了机载干扰设备外，也无外乎上面提到的几点。

一更

大家比较关心银河号到底怎么回事。按照涉事双方及迪拜方面的说法，银河号是被美国一艘舷号为61的大吨位巡洋舰逼停在霍尔木兹海峡东口十多海里外的公海上。中远集团也是这个口径。这个事件发生在1993年，而GPS的24个卫星布设完成是1994年。让我想到了九品芝麻官里的那把咸鱼剑。

不论什么时候，当有谣言传播的时候，要看背后谁是得利的一方。

不论怎样，望祖国强大。

参考

1. ^ https://www.faa.gov/about/office_org/headquarters_offices/ato/service_units/techops/navservices/gnss/gps/policy/presidential/?print=go#1
2. ^ https://wiki.tw.lvfukeji.com
3. ^ <<从地球升起>>,维恩·李
4. ^ https://www.zhihu.com/question/21414250/answer/18475429