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導航衛星
導航衛星（navigation satellite）：從衛星上連續發射無線電信號，爲地面、海洋、空中和空間用戶導航定位的人造地球衛星。衛星導航系統的空間部分。導航衛星裝有專用的無線電導航設備，用戶接收導航衛星發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於衛星的距離或距離變化率等導航參數，並根據衛星發送的時間、軌道參數，求出在定位瞬間衛星的實時位置座標，從而定出用戶的地理位置座標（二維或三維座標）和速度矢量分量。由數顆導航衛星構成導航衛星網（導航星座），具有全球和近地空間的立體覆蓋能力，實現全球無線電導航。導航衛星按是否接收用戶信號分爲主動式導航衛星和被動式導航衛星；按導航方法分爲多普勒測速導航衛星和時差測距導航衛星；按軌道分爲低軌道導航衛星、中高軌道導航衛星、地球同步軌道導航衛星。世界四大衛星導航系統是美國的全球定位系統（GPS）、前蘇聯/俄羅斯的全球導航衛星系統（GLONASS ）、歐洲航天局的伽利略衛星定位系統和中國的北斗導航衛星定位系統。1960年 4月美國發射了第一顆導航衛星子午儀1B。此後，美國、蘇聯先後發射了子午儀宇宙導航衛星系列。通過國際間合作還發射了具有定位能力的民用交通管制和搜索營救衛星系列。美國全球定位系統（GPS）和蘇聯全球導航衛星系統（GLONASS ）是以衛星星座作爲空間部分的全球全天候導航定位系統。GPS採用18顆工作星和3顆備份星組成GPS空間星座。GLONASS採用24顆工作星和3顆備份星組成GLONASS空間星座。(圖爲伽利略衛星定位系統模擬圖)目前我國也有了自己導航衛星“北斗導航衛星定位系統”，是區域性有源三維衛星定位與通信系統，英文縮寫CNSS。它是繼美國的GPS、俄羅斯的CLONASS之後的第三個成熟的衛星導航系統。那麼，導航衛星是怎麼發展起來的呢？ 說起指南針，人們是很熟悉的。它作爲我國古代勞動人民的四大發明之一，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樑，而且對世界文明的發展作出了貢獻。指南針的奧祕在哪裏呢？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於“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，上面固定着一個從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。刻度盤上的零度與航向標線之間的夾角叫作航向角，表示船舶以地磁極爲基準的方向。這樣，在茫茫大海中航行的船舶，可根據夾角的大小判斷出航行的方向。 但是，由於地磁場分佈不均，常使磁羅盤產生較大的誤差。 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。人們開始採用無線電導航儀代替古老的磁羅盤。由於無線電波不受天氣好壞的影響，它在白天夜裏都可以傳播，所以信號的收、發可以全天候。用無線電導航的作用距離可達幾千公里，並且精度比磁羅盤高，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，每天都有數以百計的船舶航行在茫茫的海洋裏。不幸的是全世界大型輪船中，每年都有幾百艘在海上遇險。其中有半數事故是由於航行原因造成的，使世界商船隊裏每年都有幾十艘船沉沒！ 最常見的一種事故就是擱淺。它在沉沒的船隻中，所佔比例比較大。例如，從1969年至1973年間，由於擱淺造成了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、窄水道區和港口通道上，更容易發生，當然，這與船隻不斷增加也有關。例如，通過英吉利海峽的艦船，一晝夜就有400~500艘，由於晝夜或濃霧中航行，船隻碰撞的危險時刻存在，難怪海員們說這裏是危險的航道。 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。現在航道上出現的差錯，不僅給船隻和乘員帶來巨大的危險，而且常常給周圍環境、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，並引起幾千種海洋動物和鳥類的死亡…… 正因爲如此，人們請求衛星來幫忙。1958年初，美國科學家在跟蹤第一顆人造地球衛星時，無意中發現收到的無線電信號有多普勒效應，即衛星飛近地面接收機時，收到的無線電信號頻率逐漸升高；衛星遠離後，頻率就變低。這一有趣的發現，揭開了人類利用人造地球衛星進行導航定位的新紀元。衛星定位導航，是由地面物體通過無線電信號溝通自己與衛星之間的距離，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，就是現在的導航衛星，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星導航。這種導航方法的優點主要是：可以爲全球船舶、飛機等指明方向，導航範圍遍及世界各個角落；可全天候導航，在任何惡劣的氣象條件下，晝夜均可利用衛星導航系統爲船舶指明航向；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、緯度；導航設備小，很適宜在艦船上安裝使用。於是，衛星導航系統應運而生了。 © 漢典