不論駕車導(dǎo)航，或是尋找美食食肆，現(xiàn)在我們的生活越來越不能離開GPS系統(tǒng)。GPS是英語Global Positioning System的簡稱，意思是全球定位系統(tǒng)。它的工作原理是美國發(fā)射了24顆中距離圓形軌道的衛(wèi)星。每顆衛(wèi)星上最多可攜帶著4個精度極高的原子鐘。這些原子鐘的精度可達(dá)納秒級并且完全同步。納秒為一秒的十億分之一，是非常小的時間單位。傳播速度最快的光線一納秒也才行進(jìn)30厘米左右。這些衛(wèi)星以電磁波的方式將自己原子鐘的時鐘信息廣播出去（稱之為“授時”），地面上的GPS接收模塊（這些模塊裝在你的智能手機(jī)、汽車導(dǎo)航儀里）只要接收到三個以上的GPS衛(wèi)星授時信號，就能根據(jù)授時信號到達(dá)的先后次序和時差，通過運(yùn)算算出你的手機(jī)所在地理位置的經(jīng)緯度和海拔高度，從而測定出在地球上的具體位置點(diǎn)。如果連續(xù)接受授時信號并運(yùn)算的話，還能算出你手機(jī)的行進(jìn)速度和行程。
以上所述的是GPS定位和導(dǎo)航的原理。但GPS的作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止告訴你開車時候在哪里該拐彎，或告訴你好吃的地方在哪里。這些僅僅是GPS非常精準(zhǔn)的時鐘和授時系統(tǒng)的“淺薄”應(yīng)用?，F(xiàn)實(shí)中，以美國為例，GPS衛(wèi)星信號支撐著全國幾乎每個核心網(wǎng)絡(luò)，包括互聯(lián)網(wǎng)、電力網(wǎng)、金融交易、電信網(wǎng)和交通網(wǎng)。互聯(lián)網(wǎng)的每個節(jié)點(diǎn)（Node）需要精準(zhǔn)同步的時鐘跟蹤和重組以光速傳播的數(shù)據(jù)包（Packets）；電力網(wǎng)在并網(wǎng)時，相位測量單元須用精準(zhǔn)同步的時鐘確保要并網(wǎng)的電流是完全同相位的正弦波，這樣并網(wǎng)時候才不會對電力網(wǎng)造成相位沖擊，影響整個電網(wǎng)的可靠性；移動基站之間必須要靠精準(zhǔn)的時鐘保持同步，這樣你的手機(jī)通話從一個基站移動切換到另一個基站時候才不會掉線；無論是在線下的ATM上存取款轉(zhuǎn)賬，還是線上跨洋在金融股票市場購買股票證券，沒有精準(zhǔn)的時鐘就無法保證交易可行性和可靠性；大量使用高科技的農(nóng)業(yè)機(jī)械，比如智能拖拉機(jī)、聯(lián)合收割機(jī)、自動傳送設(shè)備、計算機(jī)引導(dǎo)的播種機(jī)都裝備了GPS設(shè)備，為美國高效高產(chǎn)能農(nóng)業(yè)做出巨大貢獻(xiàn)。
綜上所述，GPS關(guān)系到整個國家是否能正常運(yùn)作，一旦GPS發(fā)生故障，這個故障不論來自系統(tǒng)本身、敵對勢力的有意破壞（太空戰(zhàn)、使用地磁干擾或電磁脈沖干擾、偽造授時信號）、戰(zhàn)爭、太陽風(fēng)暴、小行星或彗星干擾，都會造成難以想象的損失和破壞。2016年4月，有幾十艘韓國漁船不得不返回港口，因?yàn)檫@些船的GPS設(shè)備受到了懷疑是朝鮮的干擾而失靈。2016年1月12日，美國海軍的兩艘巡邏艇進(jìn)入了伊朗80公里領(lǐng)海區(qū)域，被伊朗革命衛(wèi)隊(duì)海軍扣押。根據(jù)美國“基督教科學(xué)箴言報”報道，認(rèn)為伊朗用偽造的GPS授時信號成功欺騙了美艦上的導(dǎo)航設(shè)備，誘捕了美海軍艦艇。這兩宗案例如果還有猜測的成分話，下面這個事件可是石錘。2016年1月，美國空軍讓一顆GPS衛(wèi)星退出現(xiàn)役，在新衛(wèi)星接替的時候，出現(xiàn)了13.7微秒的斷檔。就這么一眨眼都不到的斷檔故障，波及了一半的仍在軌道上工作的GPS衛(wèi)星，在接下來的12個小時中，美國多個系統(tǒng)出現(xiàn)了數(shù)千次中斷。其中包括電信網(wǎng)絡(luò)、用來監(jiān)視民航飛機(jī)空中飛行狀態(tài)的“廣播式自動相關(guān)監(jiān)視”（ADS-B）和北美急救網(wǎng)絡(luò)。幸運(yùn)的是，這次故障沒有造成人員傷亡，但足以讓人們對過度依賴GPS系統(tǒng)導(dǎo)致的脆弱性產(chǎn)生極大的恐懼。
對此，美國提出一個作為應(yīng)急替代GPS的新系統(tǒng)，取名為eLORAN。這不算是新鮮事物，它前身是二戰(zhàn)期間，美國開發(fā)的基于地面站的無線電導(dǎo)航及授時系統(tǒng)，名叫LORAN（羅蘭），是英語Long Rande Navigation的縮寫，意思是“遠(yuǎn)距離無線電導(dǎo)航系統(tǒng)”。在沒有使用GPS衛(wèi)星系統(tǒng)時，羅蘭是唯一的導(dǎo)航和授時系統(tǒng)。當(dāng)時最先進(jìn)的羅蘭系統(tǒng)在美國擁有25個發(fā)射站，覆蓋范圍大約2400公里，精度為300米，只提供經(jīng)緯度信息（無海拔信息）。作為GPS的替代補(bǔ)充，eLORAN被稱為增強(qiáng)型的羅蘭版本，它將沿用原羅蘭的地面發(fā)射設(shè)備，用來傳播低頻甚高功率的授時信號。
增強(qiáng)型羅蘭（eLORAN）系統(tǒng)不僅可以作為GPS系統(tǒng)的補(bǔ)充，因?yàn)槠浒l(fā)射信號強(qiáng)度是GPS衛(wèi)星信號的130萬倍。它具備了不少獨(dú)特的優(yōu)勢，比如這么高的信號強(qiáng)度可以穿透建筑物、地面甚至水下，而且?guī)缀鯚o法被惡意干擾偽裝。就算是平時增強(qiáng)型羅蘭和GPS配合使用，不僅精度會更高，而且還能用于室內(nèi)、地下和水下接受信號。
2017年7月，美國眾議院通過法案批準(zhǔn)建立增強(qiáng)型羅蘭系統(tǒng)。據(jù)說，中國和俄羅斯也已經(jīng)建立自己衛(wèi)星授時系統(tǒng)的備份方案。
（本文素材主要來源于：
1 https://electronics.howstuffworks.com/everyday-tech/why-united-states-needs-backup-for-gps.htm?utm_campaign=sf&hsw=twitter&utm_source=twitter.com&utm_medium=social#mkcpgn=rssnws1
2?http://www.ursanav.com/solutions/technology/eloran/
3?http://gpsworld.com/the-day-gps-went-away/)
