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dǎo hánɡ wèi xīnɡ dǎo hánɡ wèi xīnɡ |
| 為海洋、地面、空中用戶提供精確導航定位信息的衛星。1960年由美國首次發射美國海軍導航衛星”。1978年起美國首次發射導航星”全球定位係統的衛星進行試驗，到20世紀90年代中期已由二十四顆衛星組成業務導航衛星網。該係統的衛星上裝有原子鐘，能實現連續的精確定位。除供導航定位外，還可用於大地測量。 |
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導航衛星
navigation satellite
為地面、海洋、空中和空間用戶導航定位的人造地球衛星。導航衛星屬於衛星導航係統的空間部分，它裝有專用的無綫電導航設備。用戶接收衛星發來的無綫電導航信號，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坐標，從而定出用戶的地理位置坐標（二維或三維坐標）和速度矢量分量。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係列。通過國際間合作還發射了具有定位能力的民用交通管製和搜索營救衛星係列。
美國全球定位係統（gps）和蘇聯全球導航衛星係統（glonass ）是以衛星星座作為空間部分的全球全天候導航定位係統。gps采用18顆工作星和3顆備份星組成gps空間星座。glonass采用24顆工作星和3顆備份星組成glonass空間星座。
(圖為伽利略衛星定位係統模擬圖)
目前我國也有了自己導航衛星“北斗一號衛星導航定位係統”，是區域性有源三維衛星定位與通信係統，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係統。
那麽，導航衛星是怎麽發展起來的呢？
說起指南針，人們是很熟悉的。它作為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梁，而且對世界文明的發展作出了貢獻。指南針的奧秘在哪裏呢？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”，磁針的南極總是指嚮地球的北極，即指嚮南方。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，再用一航嚮標綫代表船舶的縱軸，這就是一個簡單的磁羅盤。刻度盤上的零度與航嚮標綫之間的夾角叫作航嚮角，表示船舶以地磁極為基準的方向。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，常使磁羅盤産生較大的誤差。
20 世紀初無綫電技術的興起，給導航技術帶來了根本性的變革。人們開始采用無綫電導航儀代替古老的磁羅盤。由於無綫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。用無綫電導航的作用距離可達幾千公裏，並且精度比磁羅盤高，因此被廣泛使用。但是，無綫電波在大氣中傳播幾千公裏過程中，受電離層折射和地球表面反射的幹擾較大，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。它在沉沒的船衹中，所占比例比較大。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，這與船衹不斷增加也有關。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，船衹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，不僅給船衹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，有時把沿海幾公裏的水面都給蓋住了，並引起幾千種海洋動物和鳥類的死亡……
正因為如此，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綫電信號有多普勒效應，即衛星飛近地面接收機時，收到的無綫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綫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，進而確定自己的航嚮。
這種設在天上的無綫電導航臺，就是現在的導航衛星，也可以說是當今的“羅盤”。目前已有不少國傢利用人造地球衛星導航。這種導航方法的優點主要是：可以為全球船舶、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係統為船舶指明航嚮；導航精度遠比磁羅盤高，誤差衹有幾十米；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，衛星導航係統應運而生了。 |
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導航衛星
navigation satellite
為地面、海洋、空中和空間用戶導航定位的人造地球衛星。導航衛星屬於衛星導航係統的空間部分，它裝有專用無綫電導航設備。由數顆導航衛星構成導航衛星網（也稱導航星座），具有全球和近地空間的立體覆蓋能力。因此，導航衛星能實現全球無綫電導航並具有衛星測地功能。導航衛星在空間作有規律的運動，它的軌道位置每時每刻都可以精確預報。用戶接收衛星發來的無綫電導航信號，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、軌道參數求出定位瞬間衛星的實時位置坐標，從而定出用戶的地理位置坐標（二維或三維坐標）和速度矢量分量。自1960年 4月美國發射世界第一顆導航衛星“子午儀”1B號以來，美國和蘇聯共發射數十顆各種類型的導航衛星。
分類 導航衛星按導航方法分為多普勒測速導航衛星和時間測距導航衛星。前者供用戶測量導航信號的多普勒頻移來求出距離變化率進行導航定位；後者供用戶測量導航信號傳播時間來求出距離進行導航定位。導航衛星根據用戶是否需要嚮衛星發射信號分為主動式導航衛星和被動式導航衛星；按照軌道高度還可分為低軌道、中高軌道和地球同步軌道導航衛星；依用途不同又可分為軍用導航衛星和民用導航衛星等。現代應用的兩代導航衛星中“子午儀”號和“導航星”號屬於被動式導航衛星；交通管製衛星和搜索營救衛星屬於主動式導航衛星。
導航衛星的分類
技術特點 導航衛星在係統要求和衛星設計方面都有一些顯著的特點。
導航星座 為了提供全球覆蓋的導航能力，必須由若幹顆導航衛星構成空間導航網，即導航星座。低軌道多普勒導航衛星的星座由4～5顆衛星組成(圖1低軌道導航衛星星座),以保證全球任何地方的用戶能在平均間隔為1.5 小時左右利用衛星定位一次。中高軌道時間測距導航衛星的星座要由十幾顆到二十幾顆衛星組成(圖2中高軌道導航衛星星座),以保證全球任何地方或近地空間的用戶在任何時間一般都能同時看到 6顆以上的衛星，以便從中選擇 4顆衛星進行連續實時的三維定位和測速。
軌道 選用圓形軌道，高度從低軌道、中高軌道直到地球同步軌道。多普勒導航衛星（如“子午儀”號）選用上千公裏的圓形極軌道，既能減少大氣阻力對軌道的影響，又不會使多普勒頻移減小和傳遞誤差增大；極軌道還使軌道進動最小和導航網比較穩定。被動式時間測距導航衛星大多采用2萬公裏左右圓形傾斜軌道,以求用較少的衛星實現連續實時的全球覆蓋。
頻率 多普勒導航衛星選用易於穿透電離層的甚高頻頻段，並采用雙頻來修正電離層的折射影響；時間測距導航衛星多選擇L波段，並采用適當的調製技術,以滿足精密測距對寬頻帶和長周期的導航信號要求。
控製 導航衛星必須進行姿態控製，使發射導航信號的定嚮天綫對地定嚮。低軌道導航衛星一般采用重力梯度穩定，定嚮精度可達3°～5°。為了進一步提高軌道預報精度，必須對大氣阻力等引起的軌道攝動進行實時擾動補償。中高軌道導航衛星對控製精度要求較高，一般采用長壽命、高精度的三軸姿態控製（見航天器姿態控製），同時還須進行軌道控製，以實現軌道捕獲、軌道保持和各衛星間的相位控製。
導航設備 導航衛星作為導航用戶的定位基準，必須裝備為用戶提供導航定位信息的專用設備係統，它由高穩定度時鐘、遙控接收機、導航電文存貯器（或計算機）、播發導航信號的雙頻發射機和定嚮天綫組成。其中時鐘是導航衛星最關鍵的設備，對頻率穩定度的要求很高,例如,多普勒導航衛 |
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