導航衛(wèi)星
導航衛(wèi)星（navigation satellite）：從衛(wèi)星上連續(xù)發(fā)射無線電信號，為地面、海洋、空中和空間用戶導航定位的人造地球衛(wèi)星。衛(wèi)星導航系統(tǒng)的空間部分。導航衛(wèi)星裝有專用的無線電導航設備，用戶接收導航衛(wèi)星發(fā)來的無線電導航信號，通過時間測距或多普勒測速分別獲得用戶相對于衛(wèi)星的距離或距離變化率等導航參數(shù)，并根據(jù)衛(wèi)星發(fā)送的時間、軌道參數(shù)，求出在定位瞬間衛(wèi)星的實時位置坐標，從而定出用戶的地理位置坐標（二維或三維坐標）和速度矢量分量。由數(shù)顆導航衛(wèi)星構成導航衛(wèi)星網(wǎng)（導航星座），具有全球和近地空間的立體覆蓋能力，實現(xiàn)全球無線電導航。導航衛(wèi)星按是否接收用戶信號分為主動式導航衛(wèi)星和被動式導航衛(wèi)星；按導航方法分為多普勒測速導航衛(wèi)星和時差測距導航衛(wèi)星；按軌道分為低軌道導航衛(wèi)星、中高軌道導航衛(wèi)星、地球同步軌道導航衛(wèi)星。世界四大衛(wèi)星導航系統(tǒng)是美國的全球定位系統(tǒng)（GPS）、前蘇聯(lián)/俄羅斯的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GLONASS ）、歐洲航天局的伽利略衛(wèi)星定位系統(tǒng)和中國的北斗導航衛(wèi)星定位系統(tǒng)。1960年 4月美國發(fā)射了第一顆導航衛(wèi)星子午儀1B。此后，美國、蘇聯(lián)先后發(fā)射了子午儀宇宙導航衛(wèi)星系列。通過國際間合作還發(fā)射了具有定位能力的民用交通管制和搜索營救衛(wèi)星系列。美國全球定位系統(tǒng)（GPS）和蘇聯(lián)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GLONASS ）是以衛(wèi)星星座作為空間部分的全球全天候?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)。GPS采用18顆工作星和3顆備份星組成GPS空間星座。GLONASS采用24顆工作星和3顆備份星組成GLONASS空間星座。(圖為伽利略衛(wèi)星定位系統(tǒng)模擬圖)目前我國也有了自己導航衛(wèi)星“北斗導航衛(wèi)星定位系統(tǒng)”，是區(qū)域性有源三維衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)，英文縮寫CNSS。它是繼美國的GPS、俄羅斯的CLONASS之后的第三個成熟的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。那么，導航衛(wèi)星是怎么發(fā)展起來的呢？說起指南針，人們是很熟悉的。它作為我國古代勞動人民的四大發(fā)明之一，不僅幫助我國古代人民遠涉重洋同世界各國人民架起了友誼的橋梁，而且對世界文明的發(fā)展作出了貢獻。指南針的奧秘在哪里呢？原來，所有磁體都具“同極性相斥、異極性相吸”的特性，而地球本身就是一個大磁體，這個大磁體和小磁針由于“同性相斥，異性相吸”，磁針的南極總是指向地球的北極，即指向南方。指南針成了人類導航的工具。根據(jù)指南針的原理做成的船舶導航儀器就叫羅盤（磁羅盤）。把一根磁棒用支架水平支撐起來，上面固定著一個從0度到360 度的刻盤，再用一航向標線代表船舶的縱軸，這就是一個簡單的磁羅盤?？潭缺P上的零度與航向標線之間的夾角叫作航向角，表示船舶以地磁極為基準的方向。這樣，在茫茫大海中航行的船舶，可根據(jù)夾角的大小判斷出航行的方向。但是，由于地磁場分布不均，常使磁羅盤產(chǎn)生較大的誤差。20 世紀初無線電技術的興起，給導航技術帶來了根本性的變革。人們開始采用無線電導航儀代替古老的磁羅盤。由于無線電波不受天氣好壞的影響，它在白天夜里都可以傳播，所以信號的收、發(fā)可以全天候。用無線電導航的作用距離可達幾千公里，并且精度比磁羅盤高，因此被廣泛使用。但是，無線電波在大氣中傳播幾千公里過程中，受電離層折射和地球表面反射的干擾較大，所以，它的精度還不是很理想。當今，每天都有數(shù)以百計的船舶航行在茫茫的海洋里。不幸的是全世界大型輪船中，每年都有幾百艘在海上遇險。其中有半數(shù)事故是由于航行原因造成的，使世界商船隊里每年都有幾十艘船沉沒！最常見的一種事故就是擱淺。它在沉沒的船只中，所占比例比較大。例如，從1969年至1973年間，由于擱淺造成了4000艘船的不幸，其中218艘船已完全報廢。另一種航海事故是碰撞，特別是海岸附近、窄水道區(qū)和港口通道上，更容易發(fā)生，當然，這與船只不斷增加也有關。例如，通過英吉利海峽的艦船，一晝夜就有400~500艘，由于晝夜或濃霧中航行，船只碰撞的危險時刻存在，難怪海員們說這里是危險的航道。雖然航海技術和設備在不斷完善，但仍不能滿足今大的要求?，F(xiàn)在航道上出現(xiàn)的差錯，不僅給船只和乘員帶來巨大的危險，而且常常給周圍環(huán)境、海洋中的動物世界帶來巨大的危害。從超級油輪上流出的石油，有時把沿海幾公里的水面都給蓋住了，并引起幾千種海洋動物和鳥類的死亡……正因為如此，人們請求衛(wèi)星來幫忙。1958年初，美國科學家在跟蹤第一顆人造地球衛(wèi)星時，無意中發(fā)現(xiàn)收到的無線電信號有多普勒效應，即衛(wèi)星飛近地面接收機時，收到的無線電信號頻率逐漸升高；衛(wèi)星遠離后，頻率就變低。這一有趣的發(fā)現(xiàn)，揭開了人類利用人造地球衛(wèi)星進行導航定位的新紀元。衛(wèi)星定位導航，是由地面物體通過無線電信號溝通自己與衛(wèi)星之間的距離，再用距離變化率計算出自己在地球或空間的位置，進而確定自己的航向。這種設在天上的無線電導航臺，就是現(xiàn)在的導航衛(wèi)星，也可以說是當今的“羅盤”。目前已有不少國家利用人造地球衛(wèi)星導航。這種導航方法的優(yōu)點主要是：可以為全球船舶、飛機等指明方向，導航范圍遍及世界各個角落；可全天候?qū)Ш?，在任何惡劣的氣象條件下，晝夜均可利用衛(wèi)星導航系統(tǒng)為船舶指明航向；導航精度遠比磁羅盤高，誤差只有幾十米；操作自動化程度高，不必使用任何地圖即可直接讀出經(jīng)、緯度；導航設備小，很適宜在艦船上安裝使用。于是，衛(wèi)星導航系統(tǒng)應運而生了。
