介紹
ＧＰＳ（Global Position System）是種利用衛星導航的方式。
名義上的ＧＰＳ運作星群由２４枚每１２小時繞地球一次的衛星
所組成。由於會有新發射的衛星取代老舊者﹐事實上ＧＰＳ運作
星群會有超過２４枚的衛星﹗每個衛星軌道幾乎是每天重複相同
的軌跡。

一共有６個衛星軌道平面（一個衛星軌道平面含有４枚衛星）。
每個衛星軌道平面均勻地間隔６０度﹐並與赤道成５５度角傾斜﹗
ＧＰＳ星群可提供世界任何地方的使用者接收到５﹌８枚的衛星
信號。每個衛星在１萬８千公里的高度飛行﹐理論上﹐來自４枚
衛星的信號可定位３維的位置﹐而來自３枚衛星的信號可定位平
面的位置。

http://www.geocities.com/CapeCanaveral/Galaxy/7624/fig-1s.JPG

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小滬尾 　於　2000/09/17 12:49
發表內容：

方式
接收到某１枚１萬８千公里遠的衛星的信號的可能範圍為
圖２所示﹐

圖２
http://www.geocities.com/CapeCanaveral/Galaxy/7624/gps1.jpg

如果接收到第２枚衛星的信號﹐則接收地點的可能區域為２個
假想的圓球交集處﹐如圖３所示﹗

圖３
http://www.geocities.com/CapeCanaveral/Galaxy/7624/gps2.jpg

當第３枚衛星的信號收到時﹐所有可能區域只局限於２點﹐如
圖４所示﹗

圖４
http://www.geocities.com/CapeCanaveral/Galaxy/7624/gps3.jpg

這時﹐應用第４枚衛星的信號將可決定接收地點的位置﹗

不過﹐經由某些邏輯方式的運算可去掉某些繆解﹐如離地面甚
遠之點﹗或是以慣性導航裝置整合ＧＰＳ之方式﹐可用慣性導
航裝置提供的參考值來協助去掉某些繆解﹐此時﹐３枚衛星的
信號可用來定位３維的位置﹗

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小滬尾 　於　2000/09/17 12:51
發表內容：

如何測知接收器與ＧＰＳ衛星的距離

每個ＧＰＳ衛星配有原子鐘以提供異常精確的時間基準。
ＧＰＳ信號是種擬亂數碼（pseudo random code）的形式
如圖５所示。

圖５
http://www.geocities.com/CapeCanaveral/Galaxy/7624/prncode.jpg

ＧＰＳ接收器內存有ＧＰＳ衛星星歷資料﹐即ＧＰＳ衛星在
每個時候的位置資料及相關的信號模式。由接收到的信號與
內存的星歷資料比對﹐從其中的誤差求出ＧＰＳ衛星的距離。
舉個例子﹐在２﹕００ＰＭ時﹐Ａ衛星的信號是”ＣＤＦＧＶ“﹐而接收器接收到的是”ＢＣＤＦＧ“﹐是早２﹕００ＰＭ約
２０微秒的資料﹐由此可知﹐信號從Ａ衛星至接收器需要
２０微秒的時間﹐２０微秒乘以光速就等於接收器與ＧＰＳ
衛星的距離﹗

(待續)

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小滬尾 　於　2000/09/18 03:53
發表內容：

ＧＰＳ的定位精度
民用ＧＰＳ的定位精度
由於標準ＧＰＳ（the standard positioning service (SPS) ）廣泛地應用在一般民間用途。為避免恐怖分子利用此系統
進行精確武器攻擊﹐美國國防部曾以引用人工噪訊的方式﹐
加大民用ＧＰＳ的定位誤差﹗不過﹐這項措施已於２０００年
５月１日解除﹐一般水平定位誤差為２０米左右﹗但是美國
國防部還是聲明﹐對某些敵對區域還是會採取對信號進行
“處理”以加大定位誤差﹗

茲以２０００年５月１日的民用ＧＰＳ的定位精度做為一參考﹗

水平定位誤差　１００米
垂直定位誤差　１５６米

軍用ＧＰＳ的定位精度

軍用ＧＰＳ的接收器的使用者輸入解碼資料以解除人工誤差﹐
所以定位精度為民用者為高﹗

以下為ＧＰＳ的誤差來源（每枚衛星）﹕

衛星時鐘誤差　　１。５米
軌道誤差　　　　２。５米
電離層誤差　　　５。０米
對流層誤差　　　０。５米
接收器雜訊　　　０。３米
多路誤差　　　　０。６米

軍用ＧＰＳ應用特殊的誤差修正技術﹐水平定位誤差可精進
至５米﹗

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小滬尾 　於　2000/09/18 04:15
發表內容：

差分ＧＰＳ
差分ＧＰＳ是一種精進ＧＰＳ定位精度的方式﹐其建立一
經過精確定位的站台接收任何時間的ＧＰＳ衛星訊號﹐接
收到的ＧＰＳ衛星訊號將予以與測地資料比對﹐以求出
ＧＰＳ定位誤差﹗

這些求出的ＧＰＳ定位誤差以無線電方式傳送給其他差分
ＧＰＳ的使用者﹐使用者的接收器收到定位誤差後予以修
正得到更精確的定位﹗

民用差分ＧＰＳ的定位精度為２﹌５米﹗而軍用者為的定位
精度為７５公分﹌５米﹗

不過﹐這些精度的有效範圍在以差分ＧＰＳ站台為中心的半
徑１００公里內﹗在１００公里外﹐誤差將隨距離的增加而
變大﹗
再者﹐差分ＧＰＳ還是得受制於ＧＰＳ的擁有國﹐而且﹐發
送ＧＰＳ定位誤差的無線電信號非常容易被干擾﹐所以還是
有其限制﹗

以下為差分ＧＰＳ的誤差來源（每枚衛星）﹕

衛星時鐘誤差　　０米
軌道誤差　　　　０米
電離層誤差　　　０。４米
對流層誤差　　　０。２米
接收器雜訊　　　０。３米
多路誤差　　　　０。６米

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小滬尾 　於　2000/09/18 09:34
發表內容：

中國的雙星定位系統
有關中國的雙星定位系統﹐據了解有２種系統皆稱為雙星
定位系統﹐一為雙星（Twin Constellation）﹐為綜合應
用美國的ＧＰＳ與俄國的ＧＬＯＮＡＳＳ系統﹐技術應用
並無特殊之處﹐故本文不予討論﹗

另一種雙星為類似國際上的ＧＰＳ系統﹐為中國自力發射
的衛星定位系統﹐據情報顯示﹐中國於１９９９年發射２
枚雙星導航衛星﹐並將未來數年發射數枚﹐不過﹐更深入
的技術資料則甚少見於各媒體﹗

一般而言﹐２枚雙星導航衛星只能進行有限的應用。由於
至少需要３枚衛星進行３維空間的導航﹐２枚導航衛星只
能提供配備慣性導航系統與高度計的巡弋飛彈進行衛星導
航﹗

另外﹐２枚導航衛星無法對特定地點進行２４小時全天候
導航﹐所以﹐現階段對台灣的威脅非常有限﹗至於後續發
展﹐還在持續觀察當中﹗

次外﹐對於中國的雙星定位系統還有另一種說法﹐認為其
ＧＰＳ衛星為同步衛星﹐現有的２枚投射在亞太地區上空﹐
故可對該區進行２４小時全天候導航﹗

筆者的看法為﹐如果雙星定位系統是利用同步衛星﹐則其
不可能為ＧＰＳ衛星﹐充其為差分ＧＰＳ的廣播衛星﹐也
就是還是利用他國的ＧＰＳ﹗

為何筆者如此認為﹐通常ＧＰＳ衛星精度得非常高﹐每天
都重複運行相同的軌跡﹐以美國的ＧＰＳ衛星而言﹐其運
行軌跡誤差是以公分為等級﹐可見精度要求之高﹗

若置ＧＰＳ衛星於同步軌道﹐事實上﹐衛星並非完全相對
於地球某處靜止不動﹐而常受地球﹐月球運轉影響﹐偏差
距離通常達數十公尺﹐所以地面監控站得隨時監控﹐若衛
星偏離允許區外﹐監控站必需啟動衛星的火箭向量推控系
統﹐以修回誤差﹐若以以公分為等級的誤差為要求﹐火箭
向量推控系統的燃料將很快用盡﹐意味該衛星的短壽命﹗

這也是為何美俄兩國的ＧＰＳ衛星不在同步軌道運行之因﹗

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小滬尾 　於　2000/09/18 09:43
發表內容：

大力推薦有關一篇ＧＰＳ整合慣性導航系統的好文章﹐
請到denny兄的特務基地

http://home1.8d8d.com/Knowledge/Science/poohnz.cute.com.tw/inte-1.htm
新一代精確制導武器用的(GPS/INS）組合制導技術

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小滬尾 　於　2000/09/20 05:34
發表內容：

對了﹐阿加
前陣子聽說中國與俄國談ＧＬＯＮＡＳＳ的合作﹐不知
你的消息為何﹖

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阿加 　於　2000/09/25 23:28
發表內容：

中國準備與俄羅斯合作發展全球衛星導航系統（節譯自俄文資料）
俄副總理克里班諾夫表示，普丁總統七月下旬訪問中國大陸時，雙方曾談及中國使用俄羅斯全球衛星導航系統(GLONASS)的問題。克氏指出，中國對俄羅斯GLONASS運用於機場及飛機上的終端設備，甚有興趣。俄國則提議中國出資，以加入該系統進一步發展的合作案。

克氏還指出，今年十月底前或十一月初，當俄羅斯總理卡西亞諾夫訪問中國時，雙方可能簽署一份中俄共同發展及使用俄羅斯全球衛星導航系統的合作文件。

正如小滬尾所指出，俄羅斯的GLONASS若要進入完全運作，則需有二十四枚衛星。現俄羅斯已發射十四枚衛星，惟僅有九枚可全天候運作。據估計，每年支撐該系統運作將需十五億盧布（相當五千四百萬美元）。

看樣子，中國又想當俄羅斯發展高科技的金主了！

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小滬尾 　於　2000/09/26 01:29
發表內容：

阿加﹐
看來老共的雙星有了問題﹐才會想到與俄國合作﹗
後續發展值得注意﹗

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小滬尾 　於　2000/11/01 03:10
發表內容：

00/10/31 04:12:43 PST - 明日報
中國發射首顆導航定位衛星
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31日凌晨零時西昌衛星發射中心將自行研製的第一顆導航
定位衛星「北斗導航試驗衛星」發射升空，並進入預定軌
道。中國專家認為導航定位衛星的成功發射將會提高中國
在衛星定位、跟蹤方面的能力。
綜合北京消息報導，由中國航天科技集團空間技術研究院
為主所研製的「北斗導航試驗衛星」，是中國第一代衛星
導航定位系統「北斗導航系統」的基礎。

「北斗導航系統」是全天候、全天時提供衛星導航資訊的
區域導航系統。這個系統主要為公路交通、鐵路運輸、海
上作業等領域提供導航服務，亦有軍事的用途在內。

在中國加快建立衛星系統的前提下，目前當局已確定著重
發展遙感衛星、衛星導航定位、通訊衛星等三大衛星體系
。目前，負責研究空間技術的中國空間技術研究院已經建
立了中容量通信衛星、返回式衛星、對地觀測衛星和現代
小衛星等四個系列的衛星平台。

中共中央軍委委員、總裝備部部長曹剛川也抵達西昌觀看
衛星發射。發射「北斗導航試驗衛星」的是「長征三號甲
」運載火箭，這次發射也是長征系列運載火箭第63次飛行
。中國宣稱自1996年10月以來，中國航天發射已連續21次
獲得成功。

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小滬尾 　於　2000/11/12 11:53
發表內容：

一則有關雙星定位系統的不錯知識性文章

http://jczs.sina.com.cn/fastbin/view.cgi?_fid=4&_sid=125467
V2 11月6日 12:29:47

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關于雙星定位系統的說明

雙星定位系統是最早由美國一家公司提出來的，是一個雙向測距和衛星導航定位系
統（Geostar),歐洲的一些公司也相應提出了同類的系統（locstar)，建立這些系統
的目標是分別要覆蓋北美洲的中緯度部分（相應的為覆蓋歐洲，中東，北非的中緯
度部分）（注：這是由地球靜地軌道衛星所決定的，在高緯度不适用，誤差很大）。

Geostar/Locstar系統由一個地面中心站和兩顆地球靜止衛星組成（當然還會有備份
星）。
1）其工作原理如下：

中心站通過其中一顆衛星向用戶發出查詢信號，用戶收到詢問信號后發出回答信號，
這個回答信號分別通過兩顆衛星轉發回中心站。由于中心站和靜止衛星的位置和信
號是固定的（地球靜止衛星），因此中心站從發出詢問信號到接收到回答信號之間
的時間間隔只決定于用戶的位置，即用戶与兩顆衛星之間的距离。
由于兩顆以衛星為中心的距离只能在平面上确定出用戶的位置，（兩個已知半徑的
圓球只能相交出一個平面）為了确定用戶的三維位置，要么用三顆衛星（此乃GPS/GLONASS定
位原理），要么用其他手段測出用戶的高度（Geostar/locstar)。中心站以此為根
据計算出用戶的位置，然后把計算出的用戶位置再通過衛星轉發至用戶。這樣，用
戶就知道了自己的三維位置。最后用戶向中心站發出回執，一輪用戶定位就完成了。

2）Geostar的技術指標

Geostar的中心站位于華盛頓，而Locstar位于Touluose,地球靜止衛星位于赤道上空
36000公里的靜止軌道上。為防止干擾，用3個頻段，用戶向衛星發射的上行頻段為
1610-1626.5MHZ，衛星向用戶的下行頻段為2483.5-2500MHZ,衛星間的通信鏈路頻段
為5150-5216MHZ。

Geostar用偽隨机碼測距，碼的位率為8MHZ/S，碼的長度為2E17-1戈爾德碼。中心站
發出的信息，其位速率為62.5KB/S,接收的信息位速率為15.625KB/S.

系統的水平定位精度据稱可達7米,它實際上取決于用戶高度信息的精度,如果用戶的
高度信息精息低,誤差可以達到几百米.另外,由于衛星的几何分布的關系,赤道區域
的精度較低,而極高緯度區則無法有效覆蓋使用.

由于一次定位信號需要經衛星走四個來回,每個來回約0.24秒,即使不計轉發時間和
定位計算及信號格式編排,一共也需0.97秒.如果只算從用戶回答詢問到收到中心站
定位信息之間這兩個信號來回,也至少需要0.49秒.

由于是一個雙向的有源系統,它的容量是有限的,据公布,中心站能處理5700256B/S的
輸入信息,系統總容量為1.4MB/S(總的信息量,包括定位請求和其他輔助信息).換言
之,相當于每小時200万個用戶的容量(每秒平均556個).

以上特性說明,Geostar是一种為低用態用戶設計的系統.(其提出的時間是在GPS能否
研制成功還有某种不确定因素之時,當時美國國防部又開始對GPS實行SA政策),可以
以較低的成本(2顆衛星)滿足高精度的急需而設計的.用戶數量有限(系統容量和付費
的影響).

Geostar雖然不能實現用戶無源,高動態,和容量無限的要求,但作為通信,導航和識別
綜合系統的潛力,如果借鑒GPS的P/Y碼,A-S措施以及自适應調零天線技術,跳擴頻的
手段,對于打破用戶對GPS的依賴,有著十分重要的意義.

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小滬尾 　於　2000/11/12 12:10
發表內容：

不過﹐該種雙星定位應該是用在配有高度計及慣導的系統﹐
有高度計才能把可能解由3個減為2個﹐而慣導正是輔助從2
個解中決定出最可能的解。
這種方式可用來給巡弋飛彈導航﹐但無法給彈道飛彈導航﹐
因為彈道飛彈的高度無法很準確得到。

再者一次定位需要0。24秒﹐1馬赫飛行的載具就產生了約72米
的偏移﹐6馬赫飛行的載具則產生了高達約492米的偏移﹐不是
一個很即時的定位系統。

這大概是美俄用GPS或GLONASS的原因吧﹖﹗

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小滬尾 　於　2000/12/22 00:59
發表內容：

有關雙星定位方式﹐個人作個看法的修正﹐按照其運作方式與幾何原理﹐能確定的是﹐
對於在平面的位置﹐可用雙星定位求出﹐而不需如上帖所言﹐需要慣導輔助﹐所以
有相當的民用價值﹐至於3維定位﹐原則上傾向認定可行﹗
不過﹐由於一次定位至少要0。49秒﹐對進行高速運動的物體而言(200M/S以上)﹐定
位精度還是不夠﹐速度越高﹐誤差越大﹗

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阿幹 　於　2000/12/22 17:06
發表內容：

GPS 系統是利用量度使用者和衛星之間的距離來定位。
整個 GPS 系統一共有24棵衛星﹐分佈於6條離地面20200公里的軌道上。
因為它們不是在地球同步軌道﹐所以它可以覆蓋全球。
至於怎樣量度距離呢﹖
這就是靠衛星本身放出 C/A Code 和載有衛星位置的 Navigational Message 了。
之前也說過﹐C/A Code 是 Pseudo-random noise code 的一種﹐整條 C/A Code
中﹐'1' 出現的次數會比 '0' 多1次。
在GPS接收器裡面﹐有一個 Correlator﹐GPS 接收器本身也會重組那條 C/A Code﹐只
有當接收的訊號和接收器本身所造出來的訊號完全同步﹐那 Correlator 才會有輸出。

┌────────┐　　┌───────┐
│　接收到的訊號　├→─┤Collerator　　├輸出
└────────┘　┌┤　　　　　　　│
┌────────┐　│└───────┘
│接收器重組的訊號├→┘
└───┬────┘
　　　　↑
　　┌─┴─┐　
　　│控制器│＜用來控制接收器所重組的訊號開始的時間。
　　└───┘
因為衛星發射的時間是已知的﹐所以我們可以從控制器中得知兩者的時間差。
而因為距離是和時間成正比的﹐所以我們可以從時間差得知距離了。

以上是 GPS 系統怎樣量度距離﹐也是 Spread Spectrum 在 GPS 系統上的應用。
但是它們又是怎樣利這些資料來計算出用者的位置呢﹖
(如果無記錯﹐同類的文章我以前也POST過的。)

GPS 接收器的每一個距離計算 (Distance Measurement)﹐也可以用一條有六個變數的
方程式來代表。(這要在這裡打這條數式出來﹐會有一點困難。但是大家也無需要知道
吧﹗)這六個變數分別是﹕

衛星和使者之間的三度空間距離(X､Y､Z﹐共三個)﹔
(註﹕雖然衛星本身是在動﹐但是它會放出 Navigational Message 來告訴接收機它的
軌跡﹐所以基本上衛星的位置是已知的。)
衛星的時鐘的誤差﹔
使用者的時鐘的誤差﹔
訊號經過電離層時所引起的 Propagation Delay。

但是﹐因為衛星所用的時鐘是原子鐘﹐它的誤差小到可以忽略。
至於 Propagation Delay﹐可以由雙頻發射來解決。
GPS本身是會發射兩個頻率的﹐而 Propagation Delay 是和頻率成正比﹐接收機可以比
較由兩個頻率所接收到的訊號﹐來估計 Propagation Delay 的影響。

因此﹐這條數式也就變成了一條有四個變數的方程式了。
而要解一條有四個變數的方程式﹐我們需要有至少四條相同的方程式。
也就是說﹐GPS接收器需要同時接收到四個衛星所發出來的訊號﹐才能準確的知道自己
的位置。當然﹐能夠同時接收到越多的訊號﹐所能做到的精確度會更高。

但是﹐之前也提及過﹐GPS 是會放出兩個 Code 的。軍用的 P-Code﹐可以達到「幾
cm」的精確度﹐但是民用的 C/A Code﹐精確度只有幾十米而已。對導航而言﹐幾十米
的精確度算是夠用(有些船家甚至可以單是用GPS來在大霧中靠近碼頭﹗)。但是對於需
要精確測量的情況(例如﹕量地)﹐幾十米絕對不足夠。所以說有了 DGPS
(Differential GPS﹐差分GPS)了。

DGPS 的原理是﹐在一個已知位置的點上﹐建立一個 DGPS 站台﹐放一個 GPS 接收器。
因為自己的位置已知﹐所以所有誤差也可以偵察得到。那個 DGPS 站台便利無線電把誤
差傳送出去。
那麼﹐用者只要手持一部可以接收該 DGPS 站台的接收機﹐便可以得知該區的誤差﹐從
而加以修正。(當然﹐這些也是由電腦做的了。)
可能有人會問﹐兩點之間的誤差不會完全一樣吧﹗
不過不要忘記﹐GPS 的衛星最近也是離開接收者20200km而已。而那個造站台的覆蓋範
圍有限﹐我們可以假設在那站台的覆蓋範圍之內﹐所受到的誤差也是一樣。
這樣一來﹐精確度一下子降到幾米﹐這使老美十分不爽。

+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
一些GPS系統的資料(不知為甚麼竟然帶了在身)﹕
衛星數量﹕24﹐分佈在6條軌道上﹐距離地面20200公里﹐每一條也和赤道成55度夾角。
公轉周期﹕12小時。

發射頻率﹕
L1: 10.23MHz x 154 = 1575.42MHz
載有C/A Code + Nav. Mess. 和 P-Code + Nav. Mess﹐以 QPSK 傳送。

L2: 10.23MHz x 120 = 1227.60MHz
載有 P-Code + Nav. Mess﹐以 BPSK 傳送。

C/A Code﹕每個衛星有自己獨立的一組。
P-Code﹕24棵衛星每棵負責其中一部份。
(至於這兩個 CODE 有幾長﹐我可忘記了。)

Navigational Message 的內容﹕
Clock Correction 時鐘改正(地面控制站發覺衛星的時鐘有誤差﹐會指令衛星發放有
關時鐘改正的資料。)
Ephemeris of transmitting satellite 衛星的軌跡(接收器從而知道衛星的位置。)
Ionosphere, UTC <-這兩項我可不記得是甚麼了。
Almanac (25pgs) <-

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VR2ZIV
http://www.mkmtam.u-net.com/

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小滬尾 　於　2000/12/22 20:49
發表內容：

阿幹
非常謝謝這幾則轉貼的知識性好文。
敬祝聖誕及新年快樂﹗

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SANJYSAN 　於　2000/12/22 23:15
發表內容：

關於末端校正系統對「彈道飛彈」的精確度修正能力，有一點要注意的是與「巡曳飛彈」不同。一般巡曳飛彈多半是定時接收GPS訊號，然後用INS去維持。然而彈道飛彈不一樣。彈道飛彈的最後校正一般是在再入大氣之前，經由各種手段能夠取得一個位置點，將其與目標比較，藉此來調整彈頭的再入角度，這就可以讓彈頭進入大氣層中時的彈道最佳化（通常就是最短），以此來減低誤差。故巡曳飛彈需要定時接收資料，彈道飛彈不需要（就算需要次數也非常少）。因此老共的雙星（以後可能變成四星）可以將他們的東風系列的精確度提升不少....
所以這是個問題。

聽說飛馬座可以用C-130空射，看能不能買來幾發，想法弄個簡易的ASAT出來玩玩吧....

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小滬尾 　於　2000/12/23 02:02
發表內容：

回來偷偷看一下﹐天吶﹗
這樣看來﹐雖然彈道飛彈在回答雙星的信號後﹐會行進一段不短的距離﹐但可根據
上一點得到的資料比對而修正﹐雖不是很即時﹐但還可作個相當程度的修正﹐看來
三星﹐四星一來會很麻煩。

在還沒拿到ASAT之前﹐真的得好好疏散偽裝﹐還有得利用C-130HE上的干擾技術﹐建
立地面干擾站﹐干擾200KM上空的目標。

回來再與大家研究。

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G~morning TW 　於　2000/12/31 06:37
發表內容：

I suppose that one working e-noise can be the same signal itself,
then you might get a microwave(GPS) repeater to disturb the original within a certain area.

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小滬尾 　於　2001/01/03 10:52
發表內容：