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dǎo hánɡ wèi xīnɡ dǎo hánɡ wèi xīnɡ |
| 为海洋、地面、空中用户提供精确导航定位信息的卫星。1960年由美国首次发射美国海军导航卫星”。1978年起美国首次发射导航星”全球定位系统的卫星进行试验，到20世纪90年代中期已由二十四颗卫星组成业务导航卫星网。该系统的卫星上装有原子钟，能实现连续的精确定位。除供导航定位外，还可用于大地测量。 |
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导航卫星
navigation satellite
为地面、海洋、空中和空间用户导航定位的人造地球卫星。导航卫星属于卫星导航系统的空间部分，它装有专用的无线电导航设备。用户接收卫星发来的无线电导航信号，通过时间测距或多普勒测速分别获得用户相对于卫星的距离或距离变化率等导航参数，并根据卫星发送的时间、轨道参数求出在定位瞬间卫星的实时位置坐标，从而定出用户的地理位置坐标（二维或三维坐标）和速度矢量分量。1960年 4月美国发射了第一颗导航卫星子午仪1b。此后，美国、苏联先后发射了子午仪宇宙导航卫星系列。通过国际间合作还发射了具有定位能力的民用交通管制和搜索营救卫星系列。
美国全球定位系统（gps）和苏联全球导航卫星系统（glonass ）是以卫星星座作为空间部分的全球全天候导航定位系统。gps采用18颗工作星和3颗备份星组成gps空间星座。glonass采用24颗工作星和3颗备份星组成glonass空间星座。
(图为伽利略卫星定位系统模拟图)
目前我国也有了自己导航卫星“北斗一号卫星导航定位系统”，是区域性有源三维卫星定位与通信系统，英文缩写cnss。它是继美国的gps、俄罗斯的clonass之后的第三个成熟的卫星导航系统。
那么，导航卫星是怎么发展起来的呢？
说起指南针，人们是很熟悉的。它作为我国古代劳动人民的四大发明之一，不仅帮助我国古代人民远涉重洋同世界各国人民架起了友谊的桥梁，而且对世界文明的发展作出了贡献。指南针的奥秘在哪里呢？原来，所有磁体都具“同极性相斥、异极性相吸”的特性，而地球本身就是一个大磁体，这个大磁体和小磁针由于“同性相斥，异性相吸”，磁针的南极总是指向地球的北极，即指向南方。指南针成了人类导航的工具。根据指南针的原理做成的船舶导航仪器就叫罗盘（磁罗盘）。把一根磁棒用支架水平支撑起来，上面固定着一个从0度到360 度的刻盘，再用一航向标线代表船舶的纵轴，这就是一个简单的磁罗盘。刻度盘上的零度与航向标线之间的夹角叫作航向角，表示船舶以地磁极为基准的方向。这样，在茫茫大海中航行的船舶，可根据夹角的大小判断出航行的方向。
但是，由于地磁场分布不均，常使磁罗盘产生较大的误差。
20 世纪初无线电技术的兴起，给导航技术带来了根本性的变革。人们开始采用无线电导航仪代替古老的磁罗盘。由于无线电波不受天气好坏的影响，它在白天夜里都可以传播，所以信号的收、发可以全天候。用无线电导航的作用距离可达几千公里，并且精度比磁罗盘高，因此被广泛使用。但是，无线电波在大气中传播几千公里过程中，受电离层折射和地球表面反射的干扰较大，所以，它的精度还不是很理想。
当今，每天都有数以百计的船舶航行在茫茫的海洋里。不幸的是全世界大型轮船中，每年都有几百艘在海上遇险。其中有半数事故是由于航行原因造成的，使世界商船队里每年都有几十艘船沉没！
最常见的一种事故就是搁浅。它在沉没的船只中，所占比例比较大。例如，从1969年至1973年间，由于搁浅造成了4000艘船的不幸，其中218艘船已完全报废。另一种航海事故是碰撞，特别是海岸附近、窄水道区和港口通道上，更容易发生，当然，这与船只不断增加也有关。例如，通过英吉利海峡的舰船，一昼夜就有400~500艘，由于昼夜或浓雾中航行，船只碰撞的危险时刻存在，难怪海员们说这里是危险的航道。
虽然航海技术和设备在不断完善，但仍不能满足今大的要求。现在航道上出现的差错，不仅给船只和乘员带来巨大的危险，而且常常给周围环境、海洋中的动物世界带来巨大的危害。从超级油轮上流出的石油，有时把沿海几公里的水面都给盖住了，并引起几千种海洋动物和鸟类的死亡……
正因为如此，人们请求卫星来帮忙。1958年初，美国科学家在跟踪第一颗人造地球卫星时，无意中发现收到的无线电信号有多普勒效应，即卫星飞近地面接收机时，收到的无线电信号频率逐渐升高；卫星远离后，频率就变低。这一有趣的发现，揭开了人类利用人造地球卫星进行导航定位的新纪元。卫星定位导航，是由地面物体通过无线电信号沟通自己与卫星之间的距离，再用距离变化率计算出自己在地球或空间的位置，进而确定自己的航向。
这种设在天上的无线电导航台，就是现在的导航卫星，也可以说是当今的“罗盘”。目前已有不少国家利用人造地球卫星导航。这种导航方法的优点主要是：可以为全球船舶、飞机等指明方向，导航范围遍及世界各个角落；可全天候导航，在任何恶劣的气象条件下，昼夜均可利用卫星导航系统为船舶指明航向；导航精度远比磁罗盘高，误差只有几十米；操作自动化程度高，不必使用任何地图即可直接读出经、纬度；导航设备小，很适宜在舰船上安装使用。于是，卫星导航系统应运而生了。 |
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daohang weixing
导航卫星
navigation satellite
为地面、海洋、空中和空间用户导航定位的人造地球卫星。导航卫星属于卫星导航系统的空间部分，它装有专用无线电导航设备。由数颗导航卫星构成导航卫星网（也称导航星座），具有全球和近地空间的立体覆盖能力。因此，导航卫星能实现全球无线电导航并具有卫星测地功能。导航卫星在空间作有规律的运动，它的轨道位置每时每刻都可以精确预报。用户接收卫星发来的无线电导航信号，通过时间测距或多普勒测速分别获得用户相对于卫星的距离或距离变化率等导航参数，并根据卫星发送的时间、轨道参数求出定位瞬间卫星的实时位置坐标，从而定出用户的地理位置坐标（二维或三维坐标）和速度矢量分量。自1960年 4月美国发射世界第一颗导航卫星“子午仪”1B号以来，美国和苏联共发射数十颗各种类型的导航卫星。
分类 导航卫星按导航方法分为多普勒测速导航卫星和时间测距导航卫星。前者供用户测量导航信号的多普勒频移来求出距离变化率进行导航定位；后者供用户测量导航信号传播时间来求出距离进行导航定位。导航卫星根据用户是否需要向卫星发射信号分为主动式导航卫星和被动式导航卫星；按照轨道高度还可分为低轨道、中高轨道和地球同步轨道导航卫星；依用途不同又可分为军用导航卫星和民用导航卫星等。现代应用的两代导航卫星中“子午仪”号和“导航星”号属于被动式导航卫星；交通管制卫星和搜索营救卫星属于主动式导航卫星。
导航卫星的分类
技术特点 导航卫星在系统要求和卫星设计方面都有一些显著的特点。
导航星座 为了提供全球覆盖的导航能力，必须由若干颗导航卫星构成空间导航网，即导航星座。低轨道多普勒导航卫星的星座由4～5颗卫星组成(图1低轨道导航卫星星座),以保证全球任何地方的用户能在平均间隔为1.5 小时左右利用卫星定位一次。中高轨道时间测距导航卫星的星座要由十几颗到二十几颗卫星组成(图2中高轨道导航卫星星座),以保证全球任何地方或近地空间的用户在任何时间一般都能同时看到 6颗以上的卫星，以便从中选择 4颗卫星进行连续实时的三维定位和测速。
轨道 选用圆形轨道，高度从低轨道、中高轨道直到地球同步轨道。多普勒导航卫星（如“子午仪”号）选用上千公里的圆形极轨道，既能减少大气阻力对轨道的影响，又不会使多普勒频移减小和传递误差增大；极轨道还使轨道进动最小和导航网比较稳定。被动式时间测距导航卫星大多采用2万公里左右圆形倾斜轨道,以求用较少的卫星实现连续实时的全球覆盖。
频率 多普勒导航卫星选用易于穿透电离层的甚高频频段，并采用双频来修正电离层的折射影响；时间测距导航卫星多选择L波段，并采用适当的调制技术,以满足精密测距对宽频带和长周期的导航信号要求。
控制 导航卫星必须进行姿态控制，使发射导航信号的定向天线对地定向。低轨道导航卫星一般采用重力梯度稳定，定向精度可达3°～5°。为了进一步提高轨道预报精度，必须对大气阻力等引起的轨道摄动进行实时扰动补偿。中高轨道导航卫星对控制精度要求较高，一般采用长寿命、高精度的三轴姿态控制（见航天器姿态控制），同时还须进行轨道控制，以实现轨道捕获、轨道保持和各卫星间的相位控制。
导航设备 导航卫星作为导航用户的定位基准，必须装备为用户提供导航定位信息的专用设备系统，它由高稳定度时钟、遥控接收机、导航电文存贮器（或计算机）、播发导航信号的双频发射机和定向天线组成。其中时钟是导航卫星最关键的设备，对频率稳定度的要求很高,例如,多普勒导航卫 |
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