卫星导航技术的源起很有戏剧性

　　在卫星导航技术发明之前，人们出行要判断自己的位置和方向走过了漫长的道路，而现代定位服务技术的兴起与不断发展，是随着信息科技的发展进程而逐步完善的。

　　史前人类将自己生活的环境、走过的路线等用符号标刻在树皮或兽皮上，这可以说是人类最早使用的地图；后来我们的祖先学会了通过观测北极星来辨别方向，之后又发明了指南针，并于12世纪传入欧洲。20世纪20~30年代，人们发明了无线电测向技术。这种技术主要是利用电磁波的特性：在均匀理想媒质中沿直线传播，在自由空间的传播速度恒定，遇到障碍物时会发生反射。导航设备能测量出所在载体相对于导航台的方向、距离、距离差、速度等参量。二战期间，无线电导航技术迅速发展，成为当时航海和航空最重要的导航手段，至今仍在使用。但是无线电波易被发现和干扰，保密性不高，而且过分依赖导航台，一旦导航台失效，与之对应的导航设备便无法使用。

　　说起来，现代卫星导航技术的源起很有戏剧性。1957年原苏联发射了世界上第一颗人造卫星。作为冷战时期的对手，美国科学家对其十分关注。他们在通过无线电信号监测这颗卫星的动向时，偶然产生了一个灵感：把无线电导航信源从地面导航塔搬到卫星上去，不就可以通过卫星知道地面物体的位置了吗？这种技术运用了多普勒原理，即当一个波源和观察者产生相对运动时，观察者接收到波的频率就和波源原本的频率不相同了，波源离观察者远去时，波的频率会变高，波长会变短；反之频率变低，波长变长。

　　美国科学家米德尔·基里特在20世纪60年代基于这个原理开发出了美国第一代卫星定位系统——多普勒导航系统（DPL）。但是初期的卫星导航系统有两大不足：一是信号只能间断使用，因为系统只有5~7颗低轨道运行卫星，对地球上的一点来说，经常会出现没有卫星信号覆盖的时间段，这对于长期性的测量、船舶导航以及大地测量等影响不大，但对于像飞机、火箭等高速运行载体的导航，则是致命的缺陷；另一点是由于系统对用户的速度敏感不足，仅能二维定位，因此不适合航空等多种领域的应用。

　　随着信息技术的发展，第二代卫星定位系统GPS替换了DPL，不再运用多普勒原理进行定位，而是使用了伪码测距技术，GPS卫星在空中移动时会连续发射带有时间和位置信息的无线电信号，供GPS接收机接收，由于接收机和卫星有一定距离，接收机收到信号的时间会比卫星发射信号的时间延迟，通常称之为时延。卫星和接收机同时产生同样的伪随机码，一旦两个码实现时间同步，接收机便能测定时延。大家都知道电磁波是以光速传播的，所以将时延乘上光速，便能得到距离。而今，为了实现全覆盖、全天候定位服务，一个导航系统需要的卫星多达数十颗。

　　20世纪后期，中国开始探索适合国情的卫星导航系统发展道路，陈芳允院士提出双星定位的设想。1994年，北斗一号系统工程建设启动，2000年发射2颗地球静止轨道卫星，建成北斗一号系统并投入使用；2012年年底，北斗二号系统建成并向亚太地区提供区域服务。北斗系统与GPS系统最大的区别在于，北斗系统可以提供短报文通信功能。中国计划2020年前后，建成北斗全球系统，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠的定位、测速、授时服务，并兼具短报文通信能力。

　　（来源：人民邮电报编辑：陈飚）

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