卫星导航是一种全球性、全天候、全自动和高精度的现代化通信系统,它有着极大的应用价值和很广的应用范围,因而世界各国对此都给予了极大的重视．美国国防部曾制定了一项长达15年的研制计划,这是一项集航天、航空及现代通信为一体的长远规划,规模之庞大仅次于阿波罗航天计划．目前,所完成的各项试验均得到了令人振奋的结果．例如,在直升机的假目着陆中,导航卫星系统作为直升机的辅助导航设备,其着陆点偏离X 形的标记仅0.9～1.2 米远；在一次飞机投弹试验中,飞机借助于卫星导航系统将普通的炸弹投到了距目标误差只有3～6 米的范围内；在航海导航试验中,舰船在低能见度条件下通过了仅有32.3 米的狭窄航道；而在1980年4月导航卫星系统又将14 架直升机正确引导到沙漠中,以营救被扣留的美国人质。

世界上第一颗试验型＂子午仪＂导航卫星是1960年发射升空的,利用＂子午仪＂导航卫星来实现导航的基本思想来源于＂多普勒效应＂．1957年,美国应用物理实验室的两名科学家吉埃尔和怀芬伯奇在用无线地接收机跟踪苏联第一颗人造卫星时,无意间发现了多普勒现象: 由于卫星以每秒约7.36 公里的速度绕地球均匀运转,因此,卫星与地面观测者之间便产生了相对运动,当卫星以固定频率发射无线电波时,地面接收机所接收到的无线电频率便发生了变化,这情景好像一列火车从你身边呼啸而过时,火车的声音发生了变化一样．当卫星朝着接近地面接收机方向运行时,所接收到的信号频率比卫星实际发射的频率要高；当卫星到达与地面接收机的距离最近时,接收到的信号率与卫星实际发射的频率相同；当卫星朝着远离接收机的方向飞离时,接收的信号频率又比卫星实际发出的频率低；这种信号频率的变化量就叫做多普勒频移．研究人员们设想,在卫星轨道精确已知的情况下,如果在地面上随时跟踪记录并测出卫星每次通过时的多普勒频移,将其储存起来,经过计算机不就可以确定地面站的位置,从而确定飞机和舰船的航向了吗? 由于当时美国海军的核潜艇＂北极星＂号在茫茫大洋中游弋,急需知道自己的准确位置,因而这一研究引起了美国政俯的重视,并于1958年得到正式批准．于是,研究人员根据这一思想,在1964年设计出了第一台＂子午仪＂卫星导航系统交付海军使用,经过全球卫星导航试验获得成功,并于1967年正式对民用部门开放。

第一代卫星导航系统问世后,经过20 多年的研制和改进,又一代新型的卫星导航系统于1989年投入使用．这种由18 颗卫星组成的新的导航系统运用了当今世界上最先进的科学技术,具有为地球上处于任何位置的飞机、船舶、各种车辆以及旅游在外的各国游客们提供全天候的、连续的、实用的高精度三维导航能力．新的导航系统通同时接收来自几个卫星的无线电信号,使定位精度达到15 米的范围之内,它的工作原理仿效了机场航运控制管理中使用的＂罗兰＂导航系统,通过测量运动目标与几个导航站的距离差来确定目标的方位．例如,在飞机或海船上的导航系统收到由两个不同地点的导航站A 和B 同时发出的无线电信号,若信号经过的两条路径长短不同时,到达目标的时间就有先后,通过这个时间差可计算出A、B 两站相绎目标的距离差,利用所得的距离差便可绘制出一组双曲线．然后,再利用第三个导航站 C 对目标发出的无线电信号,计算出B、C 两个导航站对目标的距离差,这样又可绘制出另一组双曲线,若目标处在这两组曲线的某一交点上,就能确定运动目标所处的位置了．与＂罗兰＂导航系统不同的是,在新的卫星导航系统中,目标发出的无线电信号至少要被4 颗以上的卫星接收,并由此绘制出三组以上的曲面．这些曲面的交点,就是目标所在的三维空间位置。

新的卫星导航全球定位系统是由空间导航卫星、地面控制站网和用户设备三部分组成．在距地球表面2 万公里高的中高度轨道上,18 颗导航卫星配置在6 条轨道上,每条轨道上均匀分布着3 颗卫星,其环绕地球运行一周约需12 小时．这样,地球上的用户在任何地点都能同时＂看＂到至少6 颗卫星,从而保证了系统所具有的全球覆盖和三维导航的能力．地面控制网在对卫星运行进行跟踪、遥测、遥控的同时,不断地修正卫星运行的各种参数,并根据需要向卫星发送更新的导航数据。