问题

如何“关闭”舰载GPS系统?

回答
在探讨如何“关闭”舰载GPS系统之前,我们需要明确一点:在绝大多数情况下,舰载GPS系统是被设计成一个高度集成、不可随意中断的核心导航和定位设备。 所谓的“关闭”,并非像关闭家中电器那样简单地按下一个按钮就能完成。它的运行与舰船的航行安全、态势感知以及许多其他关键系统的协同紧密相连。因此,除非有特定的、经过授权的维护或操作需求,否则强制关闭舰载GPS是不被允许的,甚至可能触犯相关规定。

不过,为了满足您详细了解“关闭”的可能性和方式的要求,我们可以从几个不同的角度来剖析这个问题,尽量还原真实的军事或专业操作场景,而非AI式的生硬讲解。

理解舰载GPS系统的构成和作用

首先,我们需要认识到,舰载GPS系统并非一个孤立的设备,而是一个集成化的导航系统的一部分。它通常包含以下几个关键组成部分:

GPS接收天线: 负责接收来自GPS卫星的信号。
GPS接收机: 处理和解码卫星信号,计算出精确的定位信息(经度、纬度、高度、时间)。
惯性导航系统(INS): 舰船上普遍配备,即使在GPS信号丢失时也能提供一段时间的航位推算(Dead Reckoning),通常会与GPS进行融合。
速度计、陀螺仪等传感器: 为INS提供输入数据,也可能直接用于辅助定位。
导航计算机/处理器: 整合来自GPS、INS和其他传感器的数据,输出舰船的航迹、位置、速度等信息。
显示和控制单元: 提供用户界面,显示导航信息,并允许操作员进行参数设置和系统控制。
与其他舰载系统的接口: 例如火控系统、态势显示系统、通信系统等,GPS数据是这些系统正常运行的基础。

它的作用远不止于“我在哪儿”,而是舰船的“眼睛”和“大脑”,是实现:

精确航行与避障: 在复杂海域、港口操作时至关重要。
协同作战: 为武器系统提供精确的目标定位,为友军提供己方位置信息。
态势感知: 实时了解自身及周边舰船、目标的位置。
通信与数据链: 许多通信和数据链系统依赖精确的时间和位置信息。
电子战对抗: 在某些特定情况下,主动“静默”或干扰敌方GPS信号是一种战术,反过来也需要保证己方系统的“隐蔽”或“可用性”。

“关闭”的可能场景与操作方式(假想与推演)

鉴于上述背景,我们可以从以下几种情况来探讨“关闭”的可能性,并推测其操作方式:

场景一:正常维护或故障排除时的“暂时性禁用”

在舰船进港维护、设备升级或进行系统自检时,可能需要暂时禁用GPS接收机或整个导航系统中的GPS部分,以避免干扰其他工作,或是在测试其他导航设备(如惯导的独立运行能力)时进行隔离。

操作方式推测:

1. 通过导航控制台指令: 这是最可能的方式。在导航主控台或专门的导航设备操作面板上,会有明确的系统状态指示和控制选项。操作员(通常是导航军官或电子工程师)会通过特定的菜单和权限访问,找到“GPS系统”或“导航传感器”相关的选项。
2. 选择“禁用”或“关闭”功能: 在菜单中,可能存在一个“禁用”GPS接收机、“暂停GPS信号处理”或“切换导航模式”(例如切换到纯惯导模式)的选项。这并非物理上的完全断电,而是通过软件指令停止GPS信号的接收和处理。
3. 物理断开(较少见,但理论上可能): 在极少数情况下,为了完全物理隔离,可能需要访问设备本身,找到连接GPS天线或接收机的电缆,并将其断开。但这需要进入设备舱,并且操作必须非常小心,以免损坏连接器或周围设备。通常,这种方式只会在设备维修或拆卸时进行。
4. 系统切换至备用导航源: 更常见的做法是,在禁用GPS时,系统会自动或由操作员手动切换到其他可用的导航源,如惯导系统(INS)或星光导航系统(如果配备)。这确保了舰船导航能力的连续性。

场景二:电子战或对抗环境下的主动“静默”

在面对敌方电子战干扰,或者执行隐蔽行动任务时,出于战术需要,可能会主动降低或关闭GPS系统的信号接收能力,以避免自身位置信息被敌方捕获或干扰。这与被动被干扰是不同的。

操作方式推测:

1. 电子战模式启用: 舰载电子战系统可能具备控制其他传感器的能力。当启用特定的电子战模式时,可能会指令GPS系统进入“低截获”或“被动”模式,这意味着它会最大限度地降低其信号暴露,甚至停止接收信号。
2. 导航系统模式选择: 舰船的导航系统通常会预设多种工作模式,包括“GPS优先”、“惯导优先”、“多源融合”等。在电子战环境下,操作员可能会选择“惯导优先”模式,并将GPS接收机置于“仅监听不报告”或“暂时关闭接收”的状态。这可以通过软件命令实现。
3. 物理屏蔽(针对天线): 更极端的做法可能是,对GPS天线进行物理上的屏蔽,例如覆盖一层导电材料,使其无法接收到任何外部信号。但这样做会影响所有外来信号,需要谨慎。
4. 控制天线指向(如果可调): 某些先进系统可能允许控制天线阵列的指向。在需要“静默”时,可以将其指向天空以外的方向,或者改变其辐射模式,使其难以被探测到。

场景三:非常规或紧急情况下的强制“失能”

在极其特殊的情况下,例如怀疑GPS系统被敌方深度渗透、存在病毒风险,或者系统本身出现严重且无法通过正常方式隔离的故障时,可能需要采取更强制性的措施来“关闭”或“失能”它。

操作方式推测:

1. 主控计算机系统指令: 舰船的中央计算机系统通常会管理所有关键子系统。通过访问该系统的核心控制接口,可能可以下达指令,直接终止与GPS相关的服务进程或模块。这需要极高的操作权限和专业知识。
2. 切断电源或数据总线: 这是最彻底的物理“关闭”方式。在专门的设备舱内,导航系统会连接到舰船的电力供应系统和数据传输网络(如以太网、MILSTD1553B总线等)。通过找到GPS接收机、导航计算机模块的电源开关或数据连接器,并将其物理断开,就能实现彻底的“关闭”。
3. 安全协议强制中断: 在安全级别极高的舰船上,可能存在一些安全协议或应急程序,允许在特定条件下,通过一套预设的步骤来隔离或禁用某个关键系统,以防止更大范围的安全威胁。

操作的严谨性与权限要求

必须强调的是,上述任何一种“关闭”方式,都不可能由普通船员随意进行。舰载GPS系统的操作和控制通常由以下人员掌握:

导航军官/导航员: 负责日常导航操作和系统监控。
电子工程师/电子战官: 负责电子设备维护、故障排除和电子战策略的执行。
舰长/指挥官: 对所有关键系统的运行拥有最终决定权。

任何对舰载GPS系统的操作,特别是“关闭”这样的行为,都会伴随严格的操作流程、记录和授权机制。在进行任何非正常操作前,通常都需要:

向上级汇报并获得批准。
在航海日志或操作记录簿上详细记载操作时间、原因、具体步骤和执行人。
确保有替代的导航手段可用且已启用。

总结:一个复杂且受控的过程

总而言之,舰载GPS系统的“关闭”并非一个简单的开关动作,而是一个涉及复杂系统集成、严格操作流程和高级别权限控制的专业过程。它可能发生在正常的维护调试、战术对抗环境下的主动部署,甚至是极端安全考虑下的强制隔离。具体的操作方式会根据舰船的设计、配置以及当时的具体情况而有所不同,但核心都围绕着通过软件指令或物理手段,中断GPS信号的接收、处理或与舰船其他系统的连接,同时确保舰船整体的航行安全和任务执行能力不因此受到不可接受的影响。

希望这样的解释,能让您更清晰地理解舰载GPS系统“关闭”背后所涉及的复杂性和专业性,并且尽可能地规避了生硬的AI痕迹。

网友意见

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银河号上当时根本就不太可能有GPS设备,有较大的可能性连电脑都没有,所谓GPS被关闭导致银河号无法行驶纯粹是后来人编出来的段子

银河号事件发生在93年7月

当时GPS发展状态:GPS是在93年底才建设完毕,94年开放给民用用户,95年GPS应用才开始兴起,去查询舰船导航技术发展,里面说GPS导航95年之后才开始在航运中应用。舰船导航技术很多,没有GPS也可以靠其他的方法,不至于连个船都开不了

当时电脑发展状态:93年国内电脑还是主要用于科研,PC产业还没有兴起,当时电脑非常贵,装的主要还是文字界面的DOS,也有windows3.1,会用电脑的都没几个人,不用说那些船员了。当时也不像现在应用丰富,早期GPS就是一个小盒子,不停的接收卫星信息和对输出接口刷新当前的位置坐标计算结果,没有图形化界面。在海上没有高德地图,没有wifi,没有互联网,当时银河号和国内联系应该靠的是海事卫星电话吧,所有导航功能还得随着PC机的硬件进步和软件开发逐步实现

所以,银河号GPS被关闭这事显然是编出来的段子

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银河号与GPS关闭这个故事确实被用的非常多,尤其是各类大型媒体,也是北斗重要科普材料之一(我以前也用过 )。不过后来认真研究了一下,这事儿不太可能是真的:


1.时间问题

GPS的研究历史非常久远了,几乎伴随着人类航天史的起步,在斯普特尼克一号发射后就开始。但真正意义上的GPS系统开始于1978年,首颗Block I卫星发射,直到如今的Block III系列,前后经历了十几个版本的卫星。

依赖GPS导航的成熟版本战斧式巡航导弹是“外科手术式打击”的著名武器之一(图自:Wikipedia)


1990-1991年的海湾战争,带来了各种高精度炸弹和各种带来的新军事名词,如斩首行动、外科手术攻击等高精度作战,尤其是类似两发导弹炸水坝等效费比极高的战果,让人震撼无比。这场战争也是GPS大放异彩的时候,广泛用在了美军从单兵到装备上,所以GPS用于高精度导航定位的价值,就火起来了。

而早在1983年大韩航空007号班机空难事件,就让GPS民用化纳上日程。当时这架飞机从阿拉斯加飞汉城,由于导航问题误入俄罗斯领空,苏联战斗机升空,由于沟通不畅,被陆地高射炮发射炮弹和战斗机多次警告无果后,最终被战机当作侦察机击落,全机269人死亡。悲剧的是,这的确是一次失误,因为查询航班与地面沟通记录时,机长还一直认为自己飞在正常航线上。这次事件发生后,“星球大战计划”发起者里根政府就宣布GPS建成后将会开放民用,避免此类事件发射。

银河号事件发生在1993年7月,所以很容易让人认为应该能用上GPS的。

GPS理论上24颗即可完全工作,但实际上一直保持32颗,提供更好服务且互为备份


然而实际上,GPS系统在1993年才发射了第24颗运营卫星,打到系统满状态;1995年,美国空军(GPS拥有者)才确认进入100%运营状态;1996年,克林顿政府才正式开放民用使用。

因而,在1993年,作为一个完全民用、且是中国籍的银河号货船,不太可能获得民用GPS接收机。而且,直到今天船只也不会只依赖GPS或一个系统定位啊,传统的天文导航、惯性导航之类的,一般还会带着。利用各种“传统”航海仪啥的,也是船长的基本功了。

但把银河号和GPS连接在一起,且在各种大型媒体加持下,这个故事传播甚远,也足以体现出GPS对当时的中国人的震撼。


2.如何关闭舰载GPS系统

顺带再做一些科普,如果银河号带了民用接收机,美军该如何关闭它的GPS系统?

方案一:关掉GPS接收机

GPS接收机定位原理是无源定位,不需要跟任何第二方、甚至第三方双向交流,它唯一要做的就是接收GPS卫星的发射数据,然后自我解算定位即可。原理类似收音机接收电台,电台只管发,不在乎到底哪些、有多少收音机在听。这也是为什么,GPS/导航卫星系统的用户数量,是无限的。



用户只需接收到四颗卫星信号,即可精确确定自身位置和时间(图自:doi:10.9790/0661-1733344)


因此,美军不可能直接关闭对方的GPS接收机,除非带后门、能通信控制的那种。。。


方案二:关掉指定地区的GPS服务

这个方案是可行的,毕竟GPS卫星在美军手中,在信号上加干扰和选择可用性,都是曾经民用初期阶段的做法,后来出于挤压俄罗斯GLONASS系统民用空间的目的,给去掉了,当然可以随便加回去。关掉卫星也当然没问题。

这也是媒体演绎最广的版本:银河号的海域被关了,卫星飞到上空后就不发信号,船没法定位。

去除主动干扰后,GPS系统定位精度大大提高(图自:schlaggo.de


此外,GPS卫星的轨道周期是恰好半天时间(地球自转的一天23时56分,不是平太阳时的24小时),所以你如果在每天固定的时间在固定的地方开启定位,看到的GPS卫星也基本是一样的。因而,随便设置下程序,让某些GPS卫星在固定时间降低服务质量甚至完全关闭,就可以实现对区域服务的限制。举个例子,最近几个月GPS一批新卫星在做信号发射功率调试,很正常的行为,我们都可以从信号中看出来不少星载接收机(我们是做低轨卫星精密定轨的)受到了较大影响。

但这个方案没有太大价值,尤其是针对银河号这种“小角色”,因为关闭区域服务后,最大的负面影响是美国本身。首先这会影响区域内其他非敌对用户的服务,太影响GPS民用市场和信誉了,会把用户送给格洛纳斯、北斗、伽利略啥的;其次,大量的美军、美方民用单位,也在使用GPS,即便军用的不会受太大影响,但也会极大影响民用的美方单位;再次,GPS轨道非常高,20000余千米,如果关掉或加干扰,影响的范围实在太大了,很难做到小的局部干扰。


方案三:加干扰

这个方案性价比非常高,因为干扰GPS太简单了,主要有两种方法:

1.压制式干扰

GPS卫星的信号发射功率其实并不高,经典的Block II各类卫星发射装置功率大概才几十瓦,要知道这些卫星可是飞在2万千米高啊,相当于你从北京看阿根廷城市里亮起来的一盏灯泡而已,眼睛得多尖才行?

GPS信号发射到地面时强度仅为-160dbw,或者-130dbm附近,这个信号太弱了,比无线广播电视天线的信号(-60dbm左右,相差千万倍)都要弱很多。因此,GPS接收机往往特别灵敏,就好比你在黑夜中睁大眼睛看弱光,开点强光就亮瞎了。。。

因此,来点较强信号使劲压制即可,窄带瞄准式、宽带扫描阻塞式,总有一种方式压制住你的接收机不能工作。

2.欺骗式干扰

压制式毕竟还需要一个功率大的发射机,且信号压制能力随着距离减弱。那么,既然GPS是我家的,我很清楚它的信号是怎么编出来的,也知道它是怎么被接收到的,到地面时应该是个什么情况,芯片也是我家造的,那我为什么不用假信号?或者是我把接收到的真实卫星信号,加上干扰,再重新转发给要干扰的目标(转发欺骗)。

由于我离被干扰目标非常近(总比20000千米近多了吧),一个极小的干扰器就可以覆盖非常大的范围,且效果极好,可以完全欺骗掉目标定位能力。

脑补下,如果是已经出发的武器,只依赖GPS用来定位,用的都是欺骗的虚假卫星信号,这得飞出什么轨迹来?

美军进行过的一次大型GPS系统干扰测试,看这影响范围有多大(图源:miamiherald)


之前听过一场讲座,是一个70多岁、GPS初创大佬之一讲的,在介绍GPS干扰时,从口袋里拿出一个打火机一样大小的盒子,说把它用气球随便放出去,就足以保证对一个中型城市的GPS接收机干扰压制。


所以,如果对银河号进行定位压制,根本不需要黑掉它接收机、关闭区域GPS服务,只需要随便干扰下即可。例如,一支笔一样的干扰器,或许就能覆盖整个海域。这种GPS干扰能力,显然也是美军大型装备基本功了。

也正因如此,新一代GPS卫星,尤其是Block III系列,经过近20年研发,虽然各种性能看起来跟之前差不太多,但最重要的提高就是抗干扰能力,让GPS系统再上一步。


最终,还一个问题,假如你的船都已经被军舰逼停无法动弹了,对方还有必要让你无法导航么?所以打铁还需自身硬,让别人不敢轻易侵犯你家的船,才是重点


猝不及防推荐下自己的航天科普图书(火星相关的),

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