为什么美国需要备份GPS

由:特蕾西Staedter

美国联邦政府在任何时候都维持着至少24颗可用的GPS卫星。这个关键的卫星网络可以帮助人们完成一切事情,从导航到确定何时从自动取款机取钱。有些人认为,我们早就应该让这个网络变得更有弹性。John Greim/LightRocket通过Getty Images“width=
美国联邦政府在任何时候都维持着至少24颗可用的GPS卫星。这个关键的卫星网络可以帮助人们完成一切事情,从导航到确定何时从自动取款机取钱。有些人认为,我们早就应该让这个网络变得更有弹性。John Greim/LightRocket通过Getty Images

如果你认为GPS只是为了帮助你找到那家新餐馆或找到穿过城镇的最快路线,那你就错了。来自全球定位系统卫星的信号是美国所有网络的基础——互联网、电网、金融贸易、电信,是的,还有交通。但这个系统没有备份,这意味着一次大的破坏、欺骗或黑客攻击可能会让整个国家陷入瘫痪。

一种名为“eLoran”的新系统,起源于二战时期的地面无线电技术,可以补充GPS,并赋予其所需的弹性。其他国家也有这样的支持,包括中国和俄罗斯。但是,尽管美国政府早在2008年就宣布将建立这样一个系统,但美国迄今尚未这样做。

“这是一个全国性的基础设施问题,”达纳·高沃德(Dana Goward)说,他是“弹性导航与时机基金会”(Resilient Navigation and Timing Foundation)的主席,该基金会是一个非营利组织,致力于支持使GPS更具弹性的政策和系统。

GPS卫星轨道“width=
该星座覆盖范围确保您可以在地球上的任何地方发现至少四种不同的卫星。
美国宇航局

对于全球定位系统和依赖它的系统来说,时间是最重要的。字面上。24操作卫星在环绕地球的轨道上,每个卫星最多可以携带4颗卫星原子钟在载体上将精确时间保持在纳秒,并且全部彼此同步并协调世界时。当卫星广播信号时,他们将它们的时间和位置播放到地球上的接收器,如智能手机,沿着这些关键网络。接收器使用这些信号到达时间的差异来确定位置。

当您的Lyft驱动程序即将到达时,信号就是为什么收到警报。互联网中的节点使用信号来跟踪在网络上以光速移动的信息分组。他们需要知道它是什么时候,这样他们就可以重新组装在波士顿的笔记本电脑上起源于奥马哈的信息数据包。在电网上,相位测量单元使用GPS信号来确保两个网格一起匹配的电力波的正弦波。不匹配可以产生太多的热量并产生能量损失。

电信网络使用GPS信号使其手机塔同步以防止您的呼叫驶入该火车乘车到奶奶的房子。您的信用卡购买,ATM取款和金融市场交易都具有精确的时票,它感谢GPS。

你可以看到我们在这里的位置。GPS中的Snafu可以创造一些严重的蛇麻碱问题。而且这并不难。GPS卫星传输弱,非常高频信号通过12645英里(20350公里)的空间和大气。太空天气会意外地把它们搞得一团糟。人们会故意搞砸。网上出售的一些产品,根据成本和质量的不同,可以非法干扰半径在100英尺(30米)到30英里(48公里)之间的任何地方的GPS信号。

“在它成为一个问题之前,它不是一个问题,”Goward说。

广告

还有一些问题

2016年4月,路透社报道许多韩国鱼船必须返回港口,因为他们的GPS器件已经被朝鲜显然被堵塞了。

2016年1月12日,两艘美国海军船50英里(80公里)进入伊朗领土水域,被伊朗伊斯兰革命卫队海军抓住了。Goward写了一个社论对于基督教科学显示器,暗示伊朗可能已亚博的提现经用假信号欺骗了船只的GPS器件,故意将船只脱落。

去年1月,2016年1月,美国空军退役了一个GPS卫星,这是常规做的事情,在这个过程中介绍了一个13.7-微秒错误通过一半仍在轨道上运行的GPS卫星。在接下来的12个小时里,这个错误在全球范围内造成了数千次的中断,包括电信网络、自动依赖监控广播(ADS-B)、飞机跟踪安全系统和北美的第一反应网络的系统错误。

“幸运的是,据我们所知,没有人去世,不幸的是,没有头条新闻。所以事情几乎不断继续,”Goward说。“但是证据表明,这些系统都是链接的,即使在GPS中的真正非常小的差异也是如此,这些系统也存在这些系统。”

广告

备份

Eloran系统提供备份计划。该系统,首先被称为Loran - 这适用于“远程辅助导航” - 最初是由美国部署的秘密系统在第二次世界大战期间在全球范围内部署。战争后,美国海岸警卫队在海外维持了许多地区的发射机站点,支持国防部,并在美国超过25辆。每个发射器使用原子钟与海军天文台协调的万能的同步和广播精确时间信号。

但随后,越准确的GPS来自于和美国在一边设置了Loran。由美国海岸警卫队开发的增强洛拉或埃洛兰被商业实体和英国海事导航当局所阐述。

Goward说,美国的计划是重复利用以前罗兰系统的相同的地面基础设施来广播低频、高功率的时间信号,其强度是GPS卫星的130万倍。

低频无线电波以超高功率传输的组合使它们几乎不可能堵塞。他们可以穿透建筑物,地下甚至水底 - 这可以帮助这些地方的导航应用程序。研究表明,Goward说,当Eloran用GPS串联使用时,组合比单独的组合更准确。

今年7月,美国众议院通过了一份法案声明:“根据拨款情况,部长应提供可靠的陆基增强LORAN(或eLORAN)定位、导航和定时系统的建立、维持和运行。”同月,众议院还通过了《2018财年国防授权法案》(National Defense Authorization Act for 2018财年)1000万美元建立一个概念验证系统来补充和支持GPS。

戈沃德认为,资金可以用于最终系统的第一阶段,这可能涉及对横跨美国大陆中部的8座现存高楼中的4座进行加固。

“你可以立即建立一个时间信号,为关键的基础设施提供保护,”他说。“这可以在不到一年的时间内完成。这1000万美元将是这项努力的良好开端。”

其余部分的建造成本可能在4亿到5亿美元之间。但高沃德认为政府不应该这么做。他的基金会倡导政府和企业之间的公私合作。这个想法是,一家公司将建设余下的基础设施,向政府出售订阅权,并向私人公司出售更高分辨率的服务——政府将从中分一杯羹——同时向公众免费提供基本服务。

目前还不清楚美国政府将如何行动。但技术在没有政府的情况下继续发展,随着世界越来越依赖于网络和自动化,我们不得不放弃一些东西。

“我们依赖于国土安全部所说的关键基础设施的单点故障”Goward说。“这意味着一旦失败,就有可能导致更大的失败。”

广告