源 起

“秋天到了，樹葉黃了，一群大雁往南飛，一會兒排成個人字，一會兒排成個一字……”每每想成兒時的這篇課文，就會感慨于大雁的那份堅韌及執著。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；鯉魚洄游，龍門一躍的興奮和草原遷徙，萬馬奔騰的壯麗。

動物如此，人類何償不是如此。小的時候，耳邊不時會響起父母的囑咐：出門在外，千萬不要迷失了方向。于是，我們學會了利用太陽的影子，樹林年輪的疏密，樹葉的繁茂，山坡積雪的不同，夜空中北極星的位置……來分辨方向，帶我們走出迷惘。

“回家”，這個最樸素的概念，常常帶給我們三個思考：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驗和記憶。經驗，告訴我們的定位和方向，記憶，可以為我們回家導航。我們不斷把經驗做成工具，就有了指南車，司南，牽星板，六分儀；我們通過實際測量，將記憶固化成統一的圖表，就有了地圖。帶上地圖和指南針，背起行囊，我們就開始了探索新世界的征程。

隨著人類探索區域的不斷擴大和探索領域的不斷增加，我們對定位精度、運動準確度和應用范圍的要求越來越高，導航技術也隨之得到了極大的發展，在天文導航的基礎上，無線電導航、多普勒導航、慣性導航、特征匹配導航、GNSS衛星導航等多種導航方式也逐漸來到了我們的生活中。

1957年10月4日，前蘇聯在拜科努爾航天中心發射了人類第一顆人造衛星——斯普特尼克一號（Спутник-1）。斯普特尼克一號是一只用鋁合金做成的圓球，直徑為58厘米，重達83.6公斤。圓球外面附著4根彈簧鞭狀天線，其中一對天線長240厘米，另一對天線長290厘米。它在環繞地球的軌道上運行，距離地面最遠時為964.1公里，最近時為228.5公里，軌道和地球赤道平面的夾角為65度，以96.2分鐘時間繞地球1周。斯普特尼克一號在天空中運行了92天，繞地球約1400圈，行程6000萬公里，于1958年1月4日隕落。

斯普特尼克一號開啟了人類探索外太空的嶄新篇章，在世界范圍內引起了極大的轟動，也引起了全世界科學家的關注。美國約翰.霍普金斯大學應用物理實驗室的W.Guier和G.Wieffembach博士通過跟蹤、檢測該衛星所發出的信號，發現了該衛星信號的多普勒頻移現象。即衛星相對于地球運動時，信號頻率增大；衛星遠離地球運動時，信號頻率減小。如果在地面已知位置上檢測接收信號的多普勒頻移曲線，就可以計算出衛星的運行軌道了。

基于逆向思維的方式，美國約翰.霍普金斯大學應用物理實驗室的另兩位科學家Frank McClure 和 Richard Kershnet博士提出可以利用衛星的多普勒頻移現象計算出接收端用戶的位置。這就是衛星導航系統的最初構想。

衛星信號多普勒頻移現象的發現，讓美軍海軍敏銳地意識到使用衛星定位的巨大潛力，他們于1958年起與美國[敏感詞]部高級研究計劃局（DARPA）聯合開展研究，并成功開發出了世界上第一個衛星導航系統——子午衛星系統（Transit)，又名：海軍衛星導航系統（Navy Navigation Satelite System，NNSS），以解決美國海軍北極星潛艇的全球導航問題。

子午衛星系統于1964年建成，1967年開始提供民用。之所以命名為子午，是因為它由6顆運行于圓形極地軌道的星座組成。

子午衛星系統是第一代衛星導航系統的起點和典型代表。雖然它存在著很多的不足，比如：衛星數量少，無法提供實時定位；信號頻率低，定位精度差；大地測量應用需連續觀測3-7天，觀測時間長；無三維定位能力等。但是，子午衛星系統為衛星導航技術打開了一扇門，在導航技術領域具有劃時代的意義。

子午衛星系統于1996年完成了它的歷史使命，并作為第一代衛星導航系統的典型代表被載入了史冊。

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