源 起
“秋天到了，樹(shù)葉黃了，一群大雁往南飛，一會(huì)兒排成個(gè)人字，一會(huì)兒排成個(gè)一字……”每每想成兒時(shí)的這篇課文，就會(huì)感慨于大雁的那份堅(jiān)韌及執(zhí)著。是什么，給了它們跋涉千里的篤定？又是什么，給了它們分毫不差的判斷？分辨方向，找到回家的路，是它們一代又一代傳承至今的技能。于是，我們才擁有了大雁南歸，情系故里的感動(dòng)；鯉魚(yú)洄游，龍門(mén)一躍的興奮和草原遷徙，萬(wàn)馬奔騰的壯麗。
動(dòng)物如此，人類(lèi)何償不是如此。小的時(shí)候，耳邊不時(shí)會(huì)響起父母的囑咐：出門(mén)在外，千萬(wàn)不要迷失了方向。于是，我們學(xué)會(huì)了利用太陽(yáng)的影子，樹(shù)林年輪的疏密，樹(shù)葉的繁茂，山坡積雪的不同，夜空中北極星的位置……來(lái)分辨方向，帶我們走出迷惘。
“回家”，這個(gè)最樸素的概念，常常帶給我們?nèi)齻€(gè)思考：我在哪里？家的方向在哪里？回家的道路又在哪里？
“回家”，我們最初依靠的是經(jīng)驗(yàn)和記憶。經(jīng)驗(yàn)，告訴我們的定位和方向，記憶，告訴我們回家的路。我們不斷把經(jīng)驗(yàn)做成工具，就有了指南車(chē)，司南，牽星板，六分儀；我們通過(guò)實(shí)際測(cè)量，將記憶固化成統(tǒng)一的圖表，就有了地圖。帶上地圖和指南針，背起行囊，我們就開(kāi)始了探索新世界的征程。
隨著人類(lèi)探索區(qū)域的不斷擴(kuò)大和探索領(lǐng)域的不斷增加，我們對(duì)定位精度、運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確度和應(yīng)用范圍的要求越來(lái)越高，導(dǎo)航技術(shù)也隨之得到了極大的發(fā)展，在天文導(dǎo)航的基礎(chǔ)上，無(wú)線(xiàn)電導(dǎo)航、多普勒導(dǎo)航、慣性導(dǎo)航、特征匹配導(dǎo)航、GNSS衛(wèi)星導(dǎo)航等多種導(dǎo)航方式也逐漸來(lái)到了我們的生活中。
1957年10月4日，前蘇聯(lián)在拜科努爾航天中心發(fā)射了人類(lèi)第一顆人造衛(wèi)星——斯普特尼克一號(hào)（Спутник-1）。斯普特尼克一號(hào)是一只用鋁合金做成的圓球，直徑為58厘米，重達(dá)83.6公斤。圓球外面附著4根彈簧鞭狀天線(xiàn)，其中一對(duì)天線(xiàn)長(zhǎng)240厘米，另一對(duì)天線(xiàn)長(zhǎng)290厘米。它在環(huán)繞地球的軌道上運(yùn)行，距離地面最遠(yuǎn)時(shí)為964.1公里，最近時(shí)為228.5公里，軌道和地球赤道平面的夾角為65度，以96.2分鐘時(shí)間繞地球1周。斯普特尼克一號(hào)在天空中運(yùn)行了92天，繞地球約1400圈，行程6000萬(wàn)公里，于1958年1月4日隕落。
斯普特尼克一號(hào)開(kāi)啟了人類(lèi)探索外太空的嶄新篇章，在世界范圍內(nèi)引起了極大的轟動(dòng)，也引起了全世界科學(xué)家的關(guān)注。美國(guó)約翰.霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室的W.Guier和G.Wieffembach博士通過(guò)跟蹤、檢測(cè)該衛(wèi)星所發(fā)出的信號(hào)，發(fā)現(xiàn)了該衛(wèi)星信號(hào)的多普勒頻移現(xiàn)象。即衛(wèi)星相對(duì)于地球運(yùn)動(dòng)時(shí)，信號(hào)頻率增大；衛(wèi)星遠(yuǎn)離地球運(yùn)動(dòng)時(shí)，信號(hào)頻率減小。如果在地面已知位置上檢測(cè)接收信號(hào)的多普勒頻移曲線(xiàn)，就可以計(jì)算出衛(wèi)星的運(yùn)行軌道了。
基于逆向思維的方式，美國(guó)約翰.霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室的另兩位科學(xué)家Frank McClure 和 Richard Kershnet博士提出可以利用衛(wèi)星的多普勒頻移現(xiàn)象計(jì)算出接收端用戶(hù)的位置。這就是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的最初構(gòu)想。
衛(wèi)星信號(hào)多普勒頻移現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，讓美軍海軍敏銳地意識(shí)到使用衛(wèi)星定位的巨大潛力，他們于1958年起與美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）聯(lián)合開(kāi)展研究，并成功開(kāi)發(fā)出了世界上第一個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)——子午衛(wèi)星系統(tǒng)（Transit)，又名：海軍衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（Navy Navigation Satelite System，NNSS），以解決美國(guó)海軍北極星潛艇的全球?qū)Ш絾?wèn)題。
子午衛(wèi)星系統(tǒng)于1964年建成，1967年開(kāi)始提供民用。之所以命名為子午，是因?yàn)樗?顆運(yùn)行于圓形極地軌道的星座組成。
子午衛(wèi)星系統(tǒng)是第一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的起點(diǎn)和典型代表。雖然它存在著很多的不足，比如：衛(wèi)星數(shù)量少，無(wú)法提供實(shí)時(shí)定位；信號(hào)頻率低，定位精度差；大地測(cè)量應(yīng)用需連續(xù)觀(guān)測(cè)3-7天，觀(guān)測(cè)時(shí)間長(zhǎng)；無(wú)三維定位能力等。但是，子午衛(wèi)星系統(tǒng)為衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)打開(kāi)了一扇門(mén)，在導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域具有劃時(shí)代的意義。
子午衛(wèi)星系統(tǒng)于1996年完成了它的歷史使命，并作為第一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的典型代表被載入了史冊(cè)。
