全球定位系统（GPS)介绍

GPS系统产生
　　最古老、最简单的导航方法是星历导航，人类通过观察星座的位置变化来确定自己
的方位；最早的导航仪是中国人发明的指南针，几个世纪以来它经过不断的改进而变得
越来越精密，并一直为人类广泛应用着；最早的航海表是英国人John Harrison经过47年
的艰苦工作于1761年发明的，在其随后的两个世纪，人类通过综合地利用星历知识、指
南针和航海表来进行导航和定位。
　　进入二十世纪以后，随着科学技术水平的不断提高人类逐渐发明/发现了许多新的定
位方法。开始海员们通过测量船体的速度增量并进行外推来确定自己的位置（Dead rec
koning）；随后人们又发明了惯性导航技术（Inertial Navigation），即通过对加速度
计所记录的载体加速度进行积分来确定位置。至此，人类的探索并没有停滞不前，二十
世纪电磁场理论和电子技术的蓬勃发展为新型导航技术的形成提供了坚实的理论基础和
技术基础。更重要的是用新思想和新理论武装起来的人类更富于想象力了，人类的思维
从被动地利用宇宙中现存的参照物（如星体）扩展到主动地建立和利用人为的参照物来
开发更精密的导航定位系统。由此地基电子导航系统（Ground-based Radionavigation
System）诞生了，这一系统的问世标志着人类从此进入了电子导航时代。地基电子导航
系统主要由在世界各地适当地点建立的无线电参考站组成，接收机通过接收这些参考站
发射的无线电电波并由此计算接收机到发射站的距离来确定自己的位置。这一技术在二
战中已经被使用，战后发展很快，目前大约有100种不同类型的地基电子导航系统正在运
行，其中最著名的有Loran C/D、Omega、VOR/DME Tacan等，它们的导航原理相似，只是
所用的电波波段和适用地域不同而已。由于地基导航系统的无线电发射参考站都建立在
地球表面上，因此它们只能用来确定海平面上和地平面上运动物体的水平位置，即只能
进行二维定位，这是地基电子导航系统本身固有的缺陷。为了对空间飞行器（如飞机、
宇宙飞船、导弹等）进行精密导航，需要确定飞行器的三维位置（水平位置和高度）。
显然地基电子导航系统不能满足这种需要，于是人类就设想是否可以将无线电发射参考
站建立在空中。
　　1957年10月，世界上第一颗人造地球卫星的成功发射宣告空间科学的发展跨入了一
个崭新的时代，也使电子导航技术的发展进入了一个新的阶段。它使人类将无线电发射
参考站建立在空中的设想成为现实，由此空基电子导航系统（Space-based Radionavig
ation System）应运而生。空基电子导航系统统称为卫星电子导航系统，第一代卫星电
子导航系统的代表是美国海军武器实验室委托霍普金斯大学应用物理实验室研制的海军
导航卫星系统（Navy Navigation Satellite System —— NNSS）。在该系统中卫星的
轨道都通过地极，故也称"子午仪（Transit）卫星系统"。1964年该系统建成后即被美国
军方使用，1967年将星历解密而提供民用服务。实践表明，子午仪卫星系统具有精度均
匀、不受时间和天气限制等优点，只要系统的卫星在视界内，就可在地球表面任何地方
进行单点定位或联测定位，从而获得观测点的三维地心坐标。尽管子午仪卫星系统具有
以往导航系统所无法比拟的优越性，但也存在一些严重的缺陷，这主要是由于该系统卫
星数目较少（5～6颗），运行高度较低（平均约为1000Km），从地面观测到卫星的时间
间隔较长（平均1.5小时），因而无法连续地提供实时三维定位信息，难以充分满足军事
用户和某些民事用户的定位要求。