目录

• 1. GPS 的两种服务：SPS 与 PPS
• 2. 美国政府早期的 GPS 政策背景
• 3. SA 政策 (Selective Availability) 详解
• 4. SA 技术的实施手段与精度指标
• 5. AS 政策 (Anti-Spoofing) 与电子欺骗
• AI 总结

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1. GPS 的两种服务：SPS 与 PPS 原片 @ 00:00*

GPS 系统虽然向全世界免费开放，但在早期设计和使用过程中实行了“内外有别”的政策，将其服务分为两个等级：

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• SPS (Standard Positioning Service，标准定位服务)：
  • 面向全世界民用用户开放的免费服务。
  • 主要利用 C/A 码 (Coarse/Acquisition Code) 进行测距。
  • 特点：早期精度较差，仅调制在一个频率上，消除电离层延迟的能力较弱。
• PPS (Precise Positioning Service，精密定位服务)：
  • 对象：仅向美国军方、同盟国军方以及经美国政府特许的极少数非军方用户开放。
  • 特点：使用 P 码 (Precise Code)，精度高，同时调制在两个频率上，可有效消除电离层延迟误差。
  • 现状：随着 SA 政策的取消，目前 PPS 与 SPS 在精度上的差异已经变得很小（约 0.1 米的差别），概念逐渐模糊。

2. 美国政府早期的 GPS 政策背景 原片 @ 01:59*

Screenshot-[02:16]

• 时代背景：上世纪 90 年代，正值美苏争霸时期，GPS 政策主要体现了美国国防部 (DoD) 的意志。
• 核心矛盾：
  • GPS 具有极高的军事价值。
  • 作为全球系统向全世界开放，若精度过高，可能被敌对势力利用来危害美国国家利益。
• 政策导向：
  • 限制精度：国防部提出，开放给全球用户的定位精度不能太高。
  • 双重标准：
    • 内部用户 (PPS)：可获得系统所有信号和全功能，精度最高。
    • 外部用户 (SPS)：仅能获得部分功能和信号，精度受限。

3. SA 政策 (Selective Availability) 详解 原片 @ 03:28*

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SA 政策（选择可用性） 是美国政府为了限制非特许用户利用 GPS 进行高精度定位而实施的一种人为干扰政策。

• 实施原因：
  • 在 GPS 实验阶段，美国国防部原本估计 C/A 码的导航定位精度约为 $100m$。
  • 然而，卫星发射升空后实测发现，使用单频接收机配合 C/A 码，实际精度远好于预期，达到 $15m – 40m$。
  • Screenshot-[05:42]
  • 为了防止这种高精度被潜在对手利用，国防部决定人为降低 C/A 码的定位精度。

4. SA 技术的实施手段与精度指标 原片 @ 06:55*

SA 政策主要通过两种技术手段来人为降低定位精度：

4.1 $\epsilon$ 技术 (Ephemeris Error / 轨道误差)

• 原理：在广播星历（Broadcast Ephemeris）中人为加入误差。
• 具体操作：
  • 卫星告诉用户的轨道位置并非真实位置。
  • 例如，卫星实际在位置 A，但广播星历告知用户卫星在位置 B。
  • Screenshot-[07:42]
  • 引入的轨道误差范围大约在 $50m – 150m$。
• 后果：单点定位本质上是距离交会（Resection），若作为已知点的卫星坐标本身有误（起算数据错误），最终的定位结果必然不准确。

4.2 Dither 技术 (抖动技术 / 钟差误差) 原片 @ 09:36*

• 原理：人为干扰卫星时钟的运行速率。
• 具体操作：
  • 让卫星钟“一会儿快，一会儿慢”，导致用户测定的信号传播时间不准确。
  • 距离测量公式依赖于时间 ($Distance = Speed \times Time$)，时间不准直接导致测距不准。
• 综合影响：结合 $\epsilon$ 技术和 Dither 技术，使得未知点的定位结果在真值附近大幅度跳动。

4.3 政策博弈与最终指标 原片 @ 11:45*

• 国防部的初衷：希望将民用精度降低到 $500m$，认为这样才安全。
• 反对声音：
  • 美国交通部（DoT）、航空（FAA）、航海及测绘界强烈反对。
  • 理由：纳税人出资建设的系统，若精度降至 $500m$，将失去实用价值（如航空导航）。
• 最终妥协 (SPS 性能指标)：
  • 双方达成妥协，将 SA 实施后的精度指标设定为：
    • 平面位置精度：$100m$ (2dRMS，即 $95\%$ 置信度)。
    • 高程精度：约 $156m$。
    • 时间精度：约 $340ns$。
  • Screenshot-[14:20]

5. AS 政策 (Anti-Spoofing) 与电子欺骗 原片 @ 17:27*

AS 政策（反电子欺骗） 是针对军事用户安全保护的另一项关键政策。

5.1 电子干扰 vs. 电子欺骗

• 电子干扰 (Jamming)：
  • 敌方发射同频率的强噪声信号，压制 GPS 信号，使用户无法接收。
  • 后果：无法定位（相对容易察觉）。
• 电子欺骗 (Spoofing)：
  • 原理：敌方发射一个与真实 GPS 信号结构完全相同（载波频率相同、测距码结构相同）的假信号。
  • 危险性：假信号强度通常高于真信号，接收机可能锁定假信号。假信号中调制的导航电文是错误的（如告知卫星位置偏差 50km），导致用户计算出错误的坐标而不自知。
  • Screenshot-[19:39]
  • 这是军事应用中极大的隐患。

5.2 AS 的实施机制

• 背景：如果 C/A 码和 P 码的结构都完全公开，敌方极易制造欺骗信号。
• 措施：
  • 早期规定：C/A 码公开，P 码仅供军用。
  • 但随着技术发展，即便 P 码结构保密，若不进行加密处理，仍有被破解或利用的风险。
  • AS 技术：主要通过对 P 码进行加密（Y 码），使得非授权用户无法产生或模仿合法的军用信号，从而防止敌方进行电子欺骗。

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AI 总结

本节课程深入探讨了 GPS 早期的关键政策及其背后的技术原理。首先区分了 SPS（标准定位服务） 和 PPS（精密定位服务），前者面向全球民用，后者专供美军及盟友。

课程重点讲解了美国国防部为维护国家安全而实施的 SA 政策（选择可用性），通过 $\epsilon$ 技术（加入轨道误差）和 Dither 技术（加入卫星钟差误差），人为将民用定位精度从原本优异的十几米降低至 $100m$（平面）。这一政策是国防部与民用部门（如交通部）博弈妥协的结果。

最后介绍了 AS 政策（反电子欺骗），旨在防止敌方通过发射结构相同的假信号（Spoofing）来误导军事接收机。通过对 P 码进行加密，确保只有授权设备才能接收正确的军用信号，从而抵御比单纯电子干扰更危险的诱导式攻击。