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北斗导航系统发展史

摘要：2016年6月12日，中国在西昌成功发射了第23颗北斗导航卫星。此次成功发射的

卫星将与其他的在轨卫星共同提供服务，为北斗导航系统从亚太区域系统转向全球服务奠定

了基础。作为我国自主开发建设的全球卫星导航系统，北斗与俄罗斯的GLONASS，美国的

GPS以及欧洲的GALILEO并誉为四大全球卫星导航系统。虽然在这四大导航系统中，北斗

是最“年轻”的,但其正借着后发优势迎头赶上。北斗已经同高铁一样，成为中国在世界上一张

亮眼的名片。回顾北斗系统发展的历程，不仅能让人体会到个中艰辛。更能为我国科技建设

提供值得参考的经验。

1.全球卫星导航系统的起源

1957年10月4日，前苏联成功发射了世界上第一颗人造卫星sputnik。这颗卫星的构

造非常简单，只是在密封的铝制外壳密封了一个化学电池、一只温度计和一台双频发报机。

但在当时，这颗卫星却引起了全世界科学家的关注。美国约翰.霍普金斯大学的W.Guier和

G.Wieffembach博士通过跟踪、检测该卫星所发出的信号发现：由于卫星与地面之间有着相

对运动，接收到的电磁波信号存在多普勒频移。如果在地面上位置已知点检测接收到的多普

勒频移曲线，就可以计算出卫星的运行轨道。但是反过来，如果已知了卫星的运行轨道，就

能通过多普勒算出用户的位置，这就是卫星导航系统的最初构想。

如何在茫茫大海上定位军舰，对于美国海军来说一直是个大问题。在苏联发射第一颗卫

星之前，海军使用的是罗兰无线电远程导航系统。罗兰是一种陆基双曲无线电导航系统，船

舶通过计算出接收陆地上两个发射台信号的时间到达差，就可以将自己位置确定在以两个发

射台为焦点的双曲线上。再利用另外两个发射台，可以将位置确定在另一条双曲线上。通过

计算出双曲线的两个交点，采用估计位置排除出其中一个即可实现定位。相较GPS，罗兰系

统的作用范围有限（最远2000km），定位精度低（百米级），而且只能提供二维定位，在

GPS出现后很快就逐渐被淘汰。美国海军敏锐地意识到使用卫星定位的巨大潜力，于1958

年起与美国国防部高级研究计划局（DARPA）共同进行了对海军导航定位系统（NNSS）的

基础研究，并成功开发出了世界上第一个卫星导航系统子午（Transit）卫星系统。子午

卫星系统一共包含六颗通过极地的卫星，只能够提供精度较低的二维定位，而且每次定位的

时间长达30-110分钟，从现在看来应用价值不高，但是子午卫星系统验证了构建卫星导航

系统的可行性，而且该系统的许多想法对于GPS的开发、应用有着相当重要的借鉴意义。

在子午卫星系统的基础上，美国国防部于1973年4月提出了研究更加先进的新一代导

航定位系统的想法，这就是全球定位系统（GPS）。经过20年的建设，至1993年已经建成

实用的包含24颗卫星的GPS星座。相比子午卫星系统，GPS提高了卫星数量、采用了更加

先进的计时设备、同时将之前采用的多普勒定位方法改进为基于伪随机测距码的定位方法，

能够提供实时、精确的导航服务。而且通过覆盖全球的GPS卫星星座，GPS能够在世界任

何地方提供全天候的导航、授时服务。在美国宣布要研制全球导航卫星系统以后，当时冷战

的另一方苏联紧追不舍，也提出了建设导航卫星系统的设想，在80年代初开始建设与GPS

类似的GLONASS系统，并最终于1995年建设成拥有24颗卫星的完整系统。

2.为什么要发展自主导航系统：

当前，GPS占据了全球导航定位市场的绝大多数份额。一提到导航定位，人们首先想起

的就是GPS。经过多年的发展，GPS系统在市场上已经形成了一整套成熟、廉价的解决方案。

那么既然已经有了