从指南针到卫星导航系统

首先发明指南针的，是我国人民。早在 11 世纪末，指南针就用到航海上。有了指南针，人们在茫茫的大海上航行就不致迷失方向。

明朝，我国著名的航海家郑和，七次率船队下“西洋”，成为世界航海史上的壮举。他们在航行中，就是利用指南针来确定方位，引导航向的。

海上导航定位有多种技术途径，古老的海上定位方法还有一种叫做“六分仪”的轻便仪器，观测天体或陆地标志来推算船位，称为天文定位或地物定位，这些方法所测定的船位误差较大。

在那个时候，若说船舶实现无人导航，准会被人看作是“天方夜谭”。然而今天，人们可以感到欣慰的是，导航技术和电子计算机技术以及空间技术的发展水平和速度，预示着船舶实现真正无人导航已为期不远了。

自 20 世纪初无线电测向方法最先使用以来，船用导航系统的发展已有近

80 年的历史。早期，在人们的概念中，关于海上导航只限于引导船舶安全地到达目的地这样一个狭窄的含义。随着现代技术的高度发展，如今海上导航的概念已远远超出上述的基本含义，又包含了新的内容，包括全天候、全球覆盖、自动驾驶、高精度定位、多路信息传输和多种模式组合利用等。

典型的无线电导航系统有最古老的无线电测向仪；有在第二次世界大战中研制成功的近、中、远程导航系统和战后日趋完善的全球、全天候导航系统；还有近 30 年发展起来的子午仪卫星导航系统、导航卫星全球定位系统等。

尽管无线电测向仪是最古老的无线电导航设备，它的误差还随着距离而增大，但是因为它简单可靠，至今还得到发展。例如，在操作上由自动代替了手动；在显示上，由阴极射线管代替了指针，近来的发展则是用微处理机进行数字显示。

很多国家在沿海都设有无线电指向标台，供近海船只活动使用，我国北自鸭绿江口起，南至海南岛、西沙群岛止，沿岸岛屿及河口均装有指向标台。

1947 年，第二次世界大战后，美国海军开始研制比较完善的全球、全天候导航系统，名叫“奥米加系统”。这种系统采用甚低频发射无线电波，传播时间的相位非常稳定，提高了定位精度。它的信号除了在南、北两个极地的长年冰上传播衰减特别大之外，几乎在地球上的任何地点都能接收到所有奥米加发射台发射的信号。所以，全世界只建 8 个发射台，就能实现全球导航。

自 50 年代世界上第一颗卫星发射之后，美、前苏联以及欧洲共同体等就都提出用卫星来导航的方案。

卫星是怎么来进行导航呢？简单地说，就是把卫星作为一个发射台送到绕地球运行的轨道，卫星接收到地面站发送的卫星轨道位置的计算数据后，

以一定频率向地球发射精确的时间信号和卫星轨道位置的导航信号，航行在海上的船只只要接收到卫星发射的信号，卫星导航接收机就能自动测量信号的多普勒频移，从而可以计算出船舶所在的较准确的地理位置。

前苏联海军的卫星导航系统曾在 1967—1968 年度投入使用，80 年代转而研究组合导航卫星系统。其它如日本、印度等国家也在研究供军用或民用的导航卫星系统。然而 60 年代后期以来，只有美国的“子午仪”卫星导航系统被广泛地使用着。80 年代后期，美国的新式卫星导航系统——导航卫星全球定位系统（GPS），即“星座式”卫星系统的计划制定出来并付诸实施。

“子午仪”卫星导航系统是霍普金斯大学应用物理实验室于 1958 年开始研制，1964 年 1 月正式投入军事导航定位应用，1967 年 7 月解密，兼供民用。

子午仪卫星系统由三大部分组成：地面设备、船用卫星信号接收指示器和绕地球轨道运行的 6 颗导航卫星。每个地面跟踪站测量一颗卫星飞越其上空所产生的多普勒频移，并把这些数据传给计算中心进行一系列处理。

从二十几年的运行情况来看，“子午仪”卫星导航系统确实是一种精度很高的定位系统，它具有易于实现全球导航、全天候工作、精度高、不必设地面发射台、不易摧毁等一系列突出的优点。只要配置了卫星接收机，都能使用导航卫星。因此，许多国家的捕鱼船队、商船、水面舰艇、潜艇、近海钻井、石油勘探船、航道测量船等都安装了卫星接收机，接收“子午仪”卫星间歇发射的定位信号。

1973 年，美国国防部充分吸收现代卫星通讯新技术，制定了导航卫星全球定位系统计划。这个计划简称 GPS，也是通常所说的“星座式”卫星导航系统。

CPS 由空间卫星网、地面控制系统和用户设备三大部分组成。空间卫星网由 18 颗工作卫星、3 颗备用卫星构成，确保在地球上任何时间、任何地点都至少能见到 4 颗卫星。地面控制系统由 5 个广泛分布的监控站组成，跟踪现场内的所有卫星，收集数据并进行处理。

GPS 系统的投入使用，将对导航定位领域产生深远影响，也给海上导航定位、海洋测绘、海洋工程等领域提供了有效的定位手段。由于卫星导航定位是全球覆盖的，也就是说，它不受地球上任何地域的限制，因而摆脱了无线电定位岸台设置和控制范围的问题。卫星导航定位还是全天候的，也就是说，它不受天气、风浪等条件的影响，因此，该系统正引起世界的密切关注。