（一）

    GPS是全球定位系统（Global Positioning System）的简称，它美国国防部在20世纪70年代研制和发展出的主要是用于军事用途的卫星系统，耗资100多亿美金。GPS由24颗卫星（还有几颗备用卫星也在轨道上随时准备替换过时的卫星）组成，分布在2万公里高空6个等角度交叉的轨道平面上。它们提供了全天候，高精度，覆盖全球的实时定位功能。   

GPS：全球定位系统

    GPS卫星发布两套讯息，精码（P码）是军用的，定位精度在几十公分，粗码（C/A码）供民用，精度在十几米。

    在70年代中期，MIT的一位教授Charles Counselman就提出不用GPS的码，而用运载这些码的电磁波载波的相位也可以定位，并且定位精度可以大大提高到厘米级（现在的载波相位定位精度已经达到毫米级，正在向亚毫米级迈进）。这一革命性的想法刚提出时，全世界绝大部分科学家还是持怀疑态度。虽然这种方法理论上是成立的，能不能实现还很难说。1980年，Counselman和他的助手们在Haystack天文台的停车场上，第一次用研制的GPS接收仪实现了载波相位定位，并且达到了厘米级精度。当年冬天，Counselman在美国地球物理年会上汇报了这项成果，整个会场一下子轰动了。由此开始，GPS的研究和应用变得如火如荼，一发不可收拾，如今它的应用已开始走进千家万户的日常生活。多亏了GPS的发展，也养活了包括我在内的一大帮闲人。如果没有它，说不定至今我还在中餐馆里洗盘子呢。

    我进入MIT的时候，GPS还刚起步不久，它没有象现在这么普及，还只有很少一些人知道它。MIT是全美国从事GPS研究最早的学院之一，航天系Counselman教授率领的小组侧重于GPS基本技术研究，象电波讯号设计和天线设计。地球系Jordan教授率领的小组侧重于GPS数据处理和地球物理应用的研究，这两个小组经常联系交流研究成果。我加入Jordan的研究小组时，有两位美国研究生已开始从事GPS应用方面的研究，我有幸成为第三位，
也是MIT第一位从事GPS应用研究的外国研究生。后来我才发现，我们竟然是美国最早的一批，恐怕也是全世界最早的一批，专攻GPS方面研究的研究生之一。

    Jordan当时得到美国科学基金会(NSF)资助的项目是利用GPS观测资料研究南加州的板块构造运动和区域性形变场。这是以MIT打头加上好几个加州大学的联合科研项目，我们的第一期任务是用GPS技术测定几十年前甚至一百多年前的老观测点的位置，测定值和老观测值的差别（扣除了系统差和其它因素造成的移动以后）就主要是构造运动产生的台站位移。这个项目要求我们每年至少去一次加州作野外观测，它使我有机会体尝了和当年上山
下乡完全不同的美国野外观测生活，这真是一段难忘的日子。

（二）

    第一次去加州观测时，我还完全不会开车，连驾驶盘都没摸过一次，我是跟着美国学生当助手的。另两位学习GPS的美国研究生这次都去，一个叫Mark，另一个叫Kurt。此外跟我们同行的还有几个本科大学生，这儿叫under。这些under暑假里如果参加有关的科研项目，可以折算学分。under是廉价劳动力，搞科研的当然喜欢用他们。under也喜欢参加我们的项目，既去了加州野外观测加游玩，又拿了学分，还有些补助，何乐而不为呢？

    一下飞机每一组人员自己租一辆汽车，从飞机场开到存放GPS仪器的地方，通常是加州理工学院或者加州大学洛杉矶分校。美国学生这方面独立工作的能力很强，也很自觉，通常只要简单地告诉他们做什么，剩下的事他们自己就会处理。开到存仪器的地方后，每组领一台GPS接收仪和一张地图，地图上告诉你观测点在哪个地点以及观测点的特征，还有你当天晚上要住的旅馆名称和地址，每组就各自开车出发了。

    这事看起来简单，其实并不简单。到观测点通常要在高速公路上开三个小时，最长的一次开了5个小时。而且要换好几条高速公路，这个路口出，那个路口进，一旦有差错对我们这些第一次到加州的麻烦就大了。特别是下了高速要找旅馆，在那些陌生的地方一条条马路上窜来窜去而不迷路，不是件容易事。这些美国学生也真有本事，三下两下准能摸对地方。我虽然到美国已经快一年了，一直住在Boston的贫民区，走路到MIT工作，更没有
自己的车，别说上高速公路了，连市内汽车都很少坐。一上了加州高速，简直象刘姥姥进了大观园，什么也不懂，更闹不清东西南北。套句国内当下时髦的话，俺那时可是土得掉渣，跟赵本山演的角色挺象。

    更不简单的就是找当年的测量点。对构造运动的时间尺度而言，几十年一百年的时间比眨眼睛还快，当年的观测点至多只相对移动几十公分。可对于人间社会而言，这段时间够得上沧桑岁月，面目全非了。真可谓“构造（运动〕方一瞬，世上已千年”。当年的标桩好多已毁坏了，只剩下一小截钢筋，要在荒山野岭里找到它可不容易。有的标桩实际是在一块石头上作的记号，要在石头遍地的山顶上找到这块石头更费了老鼻子劲。有的观测点出现了好几个当年留下的标记，到底哪个是我们要测的标桩呢？这事也不好办，当年写标记的老人家早就长眠在地下，咱也不好意思再去打搅他问问。只好把这几个标桩的相对位置测出来记录下来，再在其中一个标桩上作GPS观测，今后一旦发现错了再用相对位置把它改回来。有的当年的观测点现在已属于私人庄园，在美国私人的财产是神圣不可侵犯的，哪怕是科研的观测点。必须先打电话征得庄园主人的同意，约好时间去取通往观测点的庄园大门钥匙，然后才能开进庄园，观测完后再把钥匙还给庄园主。好在这些庄园主都很开通，听说我们是搞科研的，而且听说我们的科研结果对今后预报加州地震有帮助，都很支持我们的观测。

观测现场之一

    载波相位观测的一个严格的要求就是各观测点必须同步观测，只有这样才能消除一些重要的系统误差象卫星和接收仪的钟差。这就苦了去那些边远的观测点的小组。有的时候拿到GPS接收仪和地图时离规定的同步观测时间已相差不远，为了赶时间这些小组不得不在高速公路上超速行驶，弄得UCLA等学校只好硬性规定，凡是因为超速行驶吃的罚单不准报销，可见当时为了完成GPS观测我们不少人把自己驾驶的信誉也赔进去了。

   最危险的是接近观测点的那一段山路。几十年以前的观测都是光学观测，观测点必须选择视野宽广能见度好的地方，通常在山顶上。“会当凌绝顶，一览众山小”，“欲穷千里目，更上一层楼”说的就是这个道理。汽车到底能开到多接近这个山顶那就天知道了，通常我们总是把汽车开到能开得到的极限，剩下的路就只能把接收仪背着爬上山顶。有一次我们碰上了一个大陡坡，汽车能不能爬上去谁都心中没底，可从陡坡下背上接收仪爬上山顶至少要多走一个小时的路。最后美国学生决定碰碰运气往上开，那一段心惊肉跳的路差一点没把我这个刘姥姥吓出心肌梗塞。好几次汽车一颠簸我就紧张得闭上眼睛，脑海里想象着我们这辆车在陡坡上翻滚的壮烈场面，眼睛一张开发现汽车象只拖破车的老牛，还在吭叱坑叱地使劲。其实不见得那么可怕，因为我从未开过车，对陡坡有一种莫名的恐惧可能也是一个原因。

    还有一次那可是真正危险。那是一段多年没整修过的山路，山路拐来拐去，窄的只勉强容得过一辆车。在一个山路拐角处我们的车卡住了。这个拐角的路的宽度原先恰好是一个车身，有一小截路塌下去了一块，于是这个地方的路宽就不到一个车身，我们的车开到那儿，进也不行，退也不行。大伙商议是不是打电话请拖车公司来把这车拖回去，我们这晚上睡不成觉还是小事，当天的GPS观测就得泡汤了。想来想去还是忍不住要冒险，我们干
了半个多小时，把周围能收集到的土石收集来垫到那塌下的地方。量来量去汽车开过那地方时还有小半只后车轮是悬空的，那空荡荡的下面可是深渊啊。让一个驾驶水平最高的开车，一个人看着车轮行进的轨迹作指挥，还有二个人在后面推车。车子开过那塌方位置时，后面两个人使劲推车让汽车后轮尽快吃上前面没塌方的坚实路面。一旦后轮吃上坚实路面，指挥的一声令下，驾驶员得赶紧把方向盘往右转，转慢了前轮就要悬空栽下去。这玩命的买卖可不能多干，一旦失手GPS就成SPG了。

    过了两年，我赶在去加州观测前把驾驶执照考了出来。美国老板很高兴，这回让我单独租一辆车带一台接收仪去观测。老美的胆子也真大，不想想我的驾龄还不到100小时，从来没开过山路和夜路，就放心让我一个去闯。好在上帝帮忙，没出什么意外（车钥匙锁在车里有一回），反而把我的驾驶技术逼了出来。小麻烦遇到一些，但比起上面的经历就根本算不了什么了。

（三）

    第一年去加州观测时，有一个中加州的GPS观测点，在一个私人庄园内。这个观测点在一座比较陡峭的山顶上，那座山根本没有路，山坡上布满了厚厚的一层树上掉下来的落叶。那时的GPS接收仪还是早期的，既笨重又耗电，数据要写在磁带上，而不是象后来的接收仪直接记录在硬盘里。观测时间从下午开始到第二天，必须要带一台发电机发电才能维持这接收仪干通宵。为了把仪器，天线，发电机和汽油背上山顶，我们去了好几个人。

汽车开进这个庄园后，我才第一次领略了美国富翁的生活。这个庄园的主人是一位退休的好几家石油公司的董事长，他在年青时当兵开飞机，去过朝鲜，还是当年麦克阿瑟将军(MacArthur)的座机驾驶员。他的房子建在一座山顶上，附近的十几个山头都属于他的庄园。房子的窗户很大，可以清楚地望见周围的山头上有飞机跑道，供他的私人小飞机和直升飞机升降。有几个山头上建造了了望台，用于监视山林野火。那天在了望台上的是他的女儿，在弗吉尼亚上大学，暑假期间回家休息。

    我们先到主人的家，休息一下，顺便和主人寒喧一番。美国学生很会聊，我插不上嘴，只能竖起耳朵听。主人很认真地问起GPS观测的基本原理和野外测量的误差及精度，使我十分惊讶的是主人的知识十分渊博，问的问题一听就知道是内行。我好奇地问主人“你好象学过测量和定位”，他笑笑告诉我当飞机驾驶员必须对定位有所了解，那时学了点。主人顺便告诉我们，他写了一本回忆录刚出版，说着他拿起桌子上的一本书给我们看。这本
书的书名是《跟随麦克阿瑟将军从胜利走向胜利》。这书名怎么听起来怪熟悉的，好象文化大革命中喊的跟随红太阳的口号似的。这历史简直象面人张手里捏的面团，要方要圆怎么捏都行。我们从小受的教育告诉我们，麦克阿瑟将军带的兵可是被英勇的中朝军队打得屁滚尿流，到这儿怎么就成了从胜利走向胜利？到底谁说的对真是天知道。

完成观测任务后在山下留影

    从山脚下爬到山顶的观测点，一趟要化大约45分钟。我们要爬三趟才能把所有物件背上山。我第一趟背的是电池，就是汽车上用的那种方电池。我们沿着一条下雨后流水冲出的洼道往上爬。那坡度也够陡的，人必须手脚都着地使劲才行，腰不能直，因为一直腰那电池就会拖着人倒裁葱翻下去。浮土松松的吃不住力，脚踩在落叶上直打滑，每一趟中途要休息两次，爬到山顶个个大汗淋漓。当我们最终把仪器支起来工作时，已接近黄昏。这时
庄园的主人拿了条帮助爬山的棍棒也出现在山顶。我们问他怎么上来的，他告诉我们是从另一个山头绕过来的，虽然路要远2倍，但坡度也小得多。庄园主上来一方面是对GPS观测很好奇，另一方面也对我们的汽油和发电机不放心，生怕引起火灾，要亲自看一看是否安全。

    我们当然也不敢掉以轻心，那天晚上一人二个小时值班，伺候这宝贝GPS接收仪。谢天谢地，这宝贝那一晚没撒娇，老老实实干完了本份工作。第二天，收了仪器还是一人三趟把它们背下山，又一次大汗淋漓。看来搞哪一行都有那一行的难处，搞科学的采集的数据也是来自不易。下面这一张照片就是那天下山后在山脚下留的纪念。那个大胡子是UCLA的教授Jackson，那两个大电池之一就是我克服了地心引力把它背到山顶的。照片上我们的衣服其实已经湿透，一拍完照我们就把衣服脱了晾干，那光膀子的形象就不便公开了。   

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