257. GPS的前生今世,GPS之前,怎么开飞机?

现在每个的手机上都有GPS,如果没有GPS,我现在连家也回不了。有次回家没开导航,竟然开到前女友家了。敲门以后她老公问我找谁?我说我没带手机。大家有没有想过这样一个问题,如果你在地面上还可以有参照物的话,那到了天上,假如你有私人飞机,应该怎么办?尤其是没有GPS的年代。

我们坐飞机的时候,通过舷窗可以看到,如果下面是阴天的话,光线透不过来,直接反射回去,只能看到白茫茫的一片。这其实是不太容易的,路痴到了天上,基本上痴上加痴了。先来讲一个故事吧。

大家应该看过苹果公司拍的一个广告,2007年乔布斯回归苹果以后,拍了一个非常经典的广告叫Think Different,在这个广告里有一个女的站在飞机前,她的名字叫阿梅莉亚·埃尔哈特。是一个非常伟大的女性,是个开飞机的,创造过许多世界第一。比如飞行高度最高的女性,独自驾飞机往返大西洋的女性。

在1937年,她本计划完成她的首次环球飞行,她要连续飞32次,中间要停下来加油,在倒数第三次飞行的时候,她已经飞行了42天,这段旅程是从新几内亚的莱城到豪兰岛,一个狭长的只有1平方公里的小岛,飞行距离4000公里,本打算用时18个小时。几乎所有的时间都是飞在太平洋上。

要在太平洋上找这么个小岛,对绝大部分人来说,难度类似于我的朋友红薯在深圳找个女朋友,几乎是不太可能的事情。

当时阿梅莉亚有个导航员叫费雷德,她们俩人用的方法是已经用了200年的方法,主要是用来给船在大海上做定位的,用六分仪和时间,测算太阳,月亮或者某个星星的位置,以确定自己在什么地方。通过时刻计算这个值,来大约的估算自己与目的地的位置,期间还要考虑风向对航线的影响。

但是这还是超出了当时的精确度,飞18个小时,只为了寻找一个1平方公里的小岛。所以,当时用了另一个方案,在目的地停靠一艘船,船上不间断的发射信号,飞机上有相应的接收设备,然后提供辅助的导航。这种设备叫RDF,无线电测向仪。当时船上已经检测到飞机了,但是和飞机一直没有建立起双向通信来。最后,飞机消失了。

后来美国海军进行了大范围的搜寻工作,这成了一个未解之谜。直到今天,人们还在寻找当年的阿梅莉亚。阿梅莉亚已经成了一种文化,一个图腾。除了出现在苹果的广告里,还出现在流行歌曲中。

BBC经常放一些类似《空中浩劫》这样的飞机坠毁的节目,往往导致飞机坠毁的原因都非常的简单。后来人们研究过阿梅莉亚的飞行记录,觉得她可能对RDF这种新设备非常的不熟悉,而且她已经安全飞过了29次,从来没用过这个设备,全部都是依靠自己的计算。所以,这个设备她并不太清楚如何使用,即使使用,她也仅仅当作是备用设备,如果她能花点时间来学习使用这个新设备的话,也许能避免悲剧的发生。

这让我想起了《空中浩劫》有一集叫《kid in the cockpit》,讲的是一个战斗民族的机长,儿子想开飞机,结果他儿子把自动驾驶取消了。机长对空客这个系统不熟悉,其实只要松开手就可以让飞机继续自动飞行,但是他和副驾驶一通骚操作,直接把飞机给开到悬崖上去了。其实驾驶舱里是不允许外人进去的,儿子也不行。去年吧,weibo上有个姑娘发照片,就去驾驶舱开飞机了,当时我就想到了这件事情。

其实这件事情也说明了一些问题,很多专业人士都有自己的盲区。像机长开了一辈子飞机,可能就是不知道自动驾驶会取消,可能阿梅莉亚飞行了无数次,但是她不会用RDF。我工作的时候也这样,比如我没失业以前,是操作运营商路由器的,有时候运营商说设备出问题了, 我就过去看看。其实我也不清楚为什么会有问题,但是我会随便输入几个命令看看接口,看看占用率,然后搞个几分钟,把主路由器的流量切换到副路由器上,然后把这台路由器重启。只要掌握了重启,大部分故障都会消失的。但是不能上来就重启,先装模作样的输入一些命令,让人家觉得你很NB,然后再偷偷摸摸的重启,这样显得比较专业,也能让人家交钱的时候觉得不那么亏。要是你每次去解决问题上来就重启,那还不如养头猪放那边。

再回来说飞机的事情,阿梅莉亚出事以后,科技的脚步没有停止。随后美国又发明了测距仪,还有VOR技术,即使出现看不太清楚的天气,也能靠着陆系统降落到能看到跑道灯的地方。据说现在,无论天气好不好,就算能见度很好,隔一段时间也要用这个系统降落一次。

后来飞机又出现了很多因为线路偏航导致的悲惨事情发生。尤其是在1983年苏联战斗机把韩国的民用飞机打下来以后,导致269人因此丧生。两周以后,美国总统里根决定把GPS开放出来,免费让全球使用。

先来讲一下1983年的事情吧,这个故事在《空中浩劫》里也讲了,名字叫《Target is Destroyed 》,我特别喜欢看这种纪录片,大家有兴趣可以找来看看。韩国一架客机从美国出发,先飞到日本再飞到韩国汉城,对了,好像现在不叫汉城了,叫首尔。这架航班是007航班。这架航班起飞的时候,就输入了目的地,让飞机用惯性导航自动驾驶,然后飞行员就聊天了。没人发现这已经偏航了。结果最后偏航了300公里。当时是冷战时期,苏联认为这就是美国来搞侦察的,上去二话不说,两颗导弹发射过去把这架飞机打下来了。

在1991年,打下客机来的飞行员叫 Genadi Osipovich的飞行员还接受采访, 在采访中他说:“我看到了两排窗户,就知道那是一架波音飞机,我知道这是民用飞机(不是RC-135,美国RC-135侦察机 )但是这对我无所谓,再说了,地面也没问我是什么飞机,我也没汇报这是一架客机,就击落了。”一脸的无所谓。毕竟军人的天职是杀人,不能用普通人的思维要求他。

实际上,苏联已经发现了这就是一个客机。说实在的,肯击落民航客机的没几个国家,基本上就是以苏联为首的几个国家都曾经击落过客机,主要的西方国家这种情况比较少,最近的一次是2020年伊朗把乌克兰的民用客机给打下来了,先是栽赃给美国,后来又承认这是不小心,实际上,这几个国家漠视人的生命,从上世纪50年代以后吧,民航被击落了20多架,大部分都是些流氓国家打的,苏联/俄罗斯自己就搞了6-7架,光打韩国就打下来了2-3架,我认为肯定是故意的,摆明就是我不要脸。美国也打了一架伊朗的飞机,民用客机,我觉得吧,肯定是故意的。《空中浩劫》也讲了美国打伊朗的事情,节目的名字叫Mistaken Identity ,反正没说服我,美国说雷达搞错了。随后美国一架飞机又在空中解体,事后发现有塑料炸弹,人们认为这是伊朗的报复,这次被称为洛克比空难。

这次事件以后,美国承诺向民用航空公司开放GPS,全球定位系统。只是在当时,GPS还没有建设好,建设的初衷是为美国军方服务。

美国的GPS是20世纪70年代初启动的,在1978年发射了第一颗为GPS服务的人造卫星进行这方面的研究。实际上,世界上第一颗人造卫星是苏联发射的,是在1957年发射的,叫斯普特尼一号卫星,只要在地球上监听20.005MHz就能收到它发出的信号。

美国的两位物理学家,一个叫威廉·吉伊尔,一个叫乔治·维芬巴赫,这两个人都在约翰·霍普金斯大学,他们两个人发现用多普勒效应,能够精确的预测卫星的位置,达到厘米级别。当卫星靠近用户的时候,接受的频率高于预期频率;当卫星远离用户的时候,接受的频率低于预期频率,他们建立了相关的数学模型,就可以精确预测这颗卫星在什么地方。

同时,两个人意识到,如果掌握了卫星的轨道和卫星发出的确切频率,就可以根据收到的信号不同,计算出在地球上的精确位置。这是GPS的基础,美国军方听了以后,很高兴,就开始搞GPS。

在GPS之前,美国军方用的是罗兰C,这个定位系统的精度是数百米。这个系统的问题是路基发射机,在地下发射信号,通过地球的电离层来反射这些信号。电离层有个问题是受天气和时间的影响,早上信号比较好,中午信号就不好了,精度会随着时间变化这事,让人很头痛。

美国GPS向全球民用开放以后,精度是经过干扰的,精度误差在十几米,关键的地方误差达100米。美国是有权限关闭某个地区的GPS的,比如印巴冲突的时候,美国就把这个地区的GPS关闭了,直接让双方依靠GPS的武器彻底瞎了。所以,除了GPS,很多国家都要掌握全球定位系统,否则一旦开战,美国把GPS关了,那吃能吃炸弹了。

像俄罗斯有格罗纳斯,中国有北斗,印度也有自己的GPS,日本有准天顶卫星系统,欧洲有伽利略。那你说这些系统中哪个最先进呢?这个我也不知道,反正美国和欧洲希望日本能把准天顶系统部署到他们国家,至少准天顶是最先进的全球定位之一,目前只有它一家可以做实时的厘米级定位。欧洲和美国已经在和NEC、三菱和日立合作,做厘米级实时定位,只有这一家可以满足汽车自动驾驶的要求。像美国的GPS,欧洲的伽利略都达不到日本的水平。主要是我看不懂,说什么GPS的卫星仰角是多少度,伽利略的仰角是多少度,日本的卫星仰角是多少度,反正在城市里,除了日本的能100%覆盖,其它的都只能在某个时刻某个角度看到35%左右,要看全图,需要好几遍才能看完整。因此,想实时的定位,最准的就是日本的。其它几家像印度、俄罗斯我不清楚,也许更NB,这都不好说。

目前我们手机里的,绝大部分都是用的美国的GPS,造价最便宜,只要几美元的芯片就能接收信号,并且效果还可以。

GPS也有自身的弱点,最大的弱点是容易干扰,GPS的卫星距离地球有2万多公里,当信号到达地球的时候,已经非常弱了。因此,在相同的频率上你放另外的信号,GPS就会接收其它的信号,比如你开个车,车上有GPS干扰机,那么你就可以让人无法GPS定位你了。这种屏蔽技术已经非常的成熟了,在taobao上,你搜一下,几百块钱就能买个天线,不但能屏蔽GPS,还能屏蔽手机信号。

这让我想起了中国的伪基站,伪基站利用移动信令监测系统监测移动通讯过程中的各种信令过程,获得手机用户当前的位置信息。伪基站启动后就会干扰和屏蔽一定范围内的运营商信号,之后则会搜索出附近的手机号,并将短信发送到这些号码上。屏蔽运营商的信号可以持续10秒到20秒,短信推送完成后,对方手机才能重新搜索到信号。伪基站能把发送号码显示为任意号码,甚至是邮箱号和特服号码。载有伪基站的车行驶速度不高于60公里/小时,可以向周边用户群发短信,因此,伪基站具有一定的流动性。

一些功率大的伪基站,辐射的范围很广,只要伪基站不关闭发射,就会不断的有手机被吸入。离基站越近,被吸入的可能性越大。当伪基站正在发送诈骗短信的时候,附近有一万人经过,就算80%成功,也能发送8000条。开个车,去个大型城市专门挑人多的地方转一转,一天发个几十万人不成问题吧。

最后,希望大家不要做违法的事情。这一期就讲到这里吧,希望大家关注我的微信公众号。

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