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從水流星到洲際飛彈 導航科技發展史

林一平手繪之葛提。林一平

第六代行動通信(6G)發展低軌道衛星,最重要的應用是精準定位。在《黑暗騎士》(Dark Knight)這部電影,蝙蝠俠為了追蹤「小丑」,將高登市所有手機的麥克風統通打開,監聽每一支手機附近的說話聲音,比對小丑的聲紋,並以手機定位,找到小丑的位置。這種做法顯然大闖紅燈,嚴重侵犯隱私權。在現實生活上,這種全面監聽已能實現。定位服務是科技演進的必然結果,無法抵擋的。

誰發明提供定位的GPS?主要的想法據說是來自於葛提(Ivan Alexander Getting),而由美國國防部花了1,200億美元建置。最初用來導航,而今日更顯著的用途是用來校正時間以及精準定位。例如過去的行動通訊基地台全都靠GPS來做時間的同步。第一套GPS系統包括了18顆衛星。這是當時擔任雷神公司(Raytheon)副總裁的葛提於1951年給美國空軍的建議,用以導航洲際飛彈(ICBM),使之能沿著火車鐵路路線移動。葛提亦活躍於學術界,於1978年擔任IEEE總裁。

另有一說,Roger L. Easton才是「正港」的GPS之父。這種「誰是爸爸」的爭議,在科技界常常發生,我們也無法細究,只能在此平衡報導,以昭公信。

行動定位能精準神奇,是需要軟體配合的。前幾年有一則新聞,報導過年期間到苗栗大湖採草莓的人,大都飽嘗塞車之苦。警方懷疑是衛星導航惹的禍,因為衛星導航把駕駛人導引到距離最短、卻狹窄多彎的縣道一三○線。苗栗警察分局雖在中山高三義交流道附近派了廿多名警員及義交指揮交通,但車潮還是一波接著一波,根本無力疏散。原本只需半個小時的車程,開了三、四個小時。

很顯然,衛星導航的程式智慧不足。抱怨的民眾最後下結論:「早知道就不要太相信衛星導航!」因此,導航軟體要寫好,才能充分發揮GPS的功能,否則仍然會「迷路」。關鍵在於人工智慧的預測要準。

早年沒有GPS,只有靠大自然來定位。我的父親小時候住在雲林麥寮海邊,生活貧困。因為年紀太小,無法出海捕魚,冬天得跌跌撞撞跟著祖母到海邊,撿凍僵的死魚佐餐。冬天夜色來的早,潮水迅速上漲,如不及時上岸,就會淪為波臣。當黑幕快速籠罩大地後,無法分辨方向,只感覺黑暗、濕冷,及惶恐。此時祖母會依靠天狼星(Sirus)指引,將父親平安的帶回岸上。

台灣位於北迴歸線附近,冬季的傍晚,往東南方地平線的方向看去,最亮的那顆星,就是天狼星。天狼星是大犬座的第一亮星(大犬座α星)。祖母沒有受過教育,不知道甚麼大犬座、天狼星,而是稱天狼星為很詩意的「水流星」(台語發音)。祖母說,由遠離岸邊的海中望去,低垂的天狼星如同在水面載浮載沉的漂流。

父親後來念書,才知道祖母口中的水流星,就是天狼星。湊巧的是,埃及人也稱呼天狼星為「水上星」。對父親而言,不管叫甚麼名字,天狼星不只是單純的方位導航,更是安撫惶恐,提供安全感的藉慰。今日我們有衛星定位,比起埃及人的天狼星,幸福多了。第六代行動通信的雙向定位加上人工智慧的預測,會冒出甚麼火花?令人期待。

現為交通大學資工系終身講座教授暨華邦電子講座,曾任科技部次長,為ACM Fellow、IEEE Fellow、AAAS Fellow及IET Fellow。研究興趣為物聯網、行動計算及系統模擬,發展出一套物聯網系統IoTtalk,廣泛應用於智慧農業、智慧教育、智慧校園等領域/場域。興趣多元,喜好藝術、繪畫、寫作,遨遊於科技與人文間自得其樂,著有<閃文集>、<大橋驟雨>。