在浩瀚的大海里航行的船只,在辽阔的天空中飞行的飞机,能够沿着预定的航路航行,顺利地到达目的地,都要依靠导航技术。古时候,航海家们是凭观察天象,即观察日、月和星辰的位置来确定船位的,随着指南针、磁性罗盘、六分仪的发明,开始使用仪器设备导航。科学技术不断发展,完成导航任务的手段也愈来愈多,如无线电导航、惯性导航、天文导航、灯光导航、声纳导航等等,其中以无线电导航应用最广也最为重要。
人造地球卫星的出现,使人们有条件把无线电导航台搬上天。近50年来,卫星导航技术的发展为世界导航技术开创了新纪元。
如今,卫星导航系统能够为地球上任何地方的用户,提供全天候、连续、实时的导航数据,指出用户在空间的精确位置(经度、纬度和高度),以及航行的速度等。这一系统叫做卫星导航定位系统,这个系统包括配合的卫星都是按照预定的规律布放在轨道上的,分一定的轨道平面,每个轨道面上有几颗卫星,这些卫星均匀地绕地球运行。对世界各地的各类用户,如飞机、舰船、地面车辆、步兵、甚至导弹和低轨道的卫星等,都能做到有“求”必“应”。例如,在密林中或沙漠里迷路的部队,只要按一下战士身上背着的小型接收机“定位”按钮,就可以立即知道他所在位置的精确坐标,以及离目的地的距离和方向。
导航定位系统利用3个双曲面相交确定空间点的位置。如在海上航行的船只,同时测量到3个地面导航台站的距离,可以得到二组距离差,因此可以得到两条双曲线位置线,这两条双曲线的交点即是船的位置。同样,如果用户接收机同时测量到卫星的距离,就能得到3个独立的距离差方程,也就可以计算出3个相应的旋转双曲面,3个旋转双曲面的交点即是用户接收机在空间的位置。
卫星要连续不断地向地面发送导航信号。导航信号是经过加密的密码信号,密码信号中包含各种有用的数据,如卫星每时每刻在轨道上的位置,精确的时间数据等,全球定位系统的用户,不论是在陆地、海上和空中航行的船只、飞机、车辆甚至导弹、低轨道上运行的卫星,只要配备有合适的接收机和数据处理设备,就能接收卫星发送的密码信号。由于用户离卫星的距离不相同,卫星密码信号到达用户的时间也不同,根据计时测距的原理,用无线电测量技术可测得不同的时差,把这些测量数据送给高速电子计算机进行计算,就可立即得到用户的确切位置。
当然,卫星上除装有上述关键的导航设备外,还得装上一系列保证卫星完成正常工作的系统。如为卫星供电的太阳电池帆板,蓄电池和卫星姿态控制系统等。
有了全球定位系统,这样可大大提高陆、海、空三军在全球范围内的作战能力。它也可提高武器系统的命中精度,如洲际弹道导弹、战术导弹等都可安装全球定位系统接收机,在飞行过程中定出自身的位置,用作中途制导,修正惯性导航系统的累积误差,从而使命中精度大幅度提高。也能使战略轰炸机精确测定投弹点的位置,使投弹精度达到前所未有的精度,这就使全球定位系统具有极大的战略意义。照相侦察卫星、侦察飞机等也可用它来提高测图精度和目标定位精度。全球定位系统对石油和矿床的勘探、开发和地形地图的测绘等事业也将都有促进作用。
我国将于2020年推出自己的全球导航定位系统,为全球客户提供一定精度的导航和定位,对民用导航事业起到积极推动作用。