世界上第一个实用的卫星导航系统，是美国研制的子午仪（Transit)卫星导航系统，它于1964年正式投入使用，主要为美国海军服务，1967年对民用部门开放。为了满足军事应用和民间用户提出的更高要求，美国于是1973年开始研制一种新的卫星导航系统，叫做导航星全球定位系统（Navstar Global Positioning System),简称GPS系统或导航星（Navstar)系统。Navstar是 Navigation Satellite Timing and Ranging的缩写，其含意是用导航卫星来进行计时和测距。1978年以来，一些北大西洋组织的国家和澳大利亚，也参加了GPS计划。

    GPS系统可在全球范围内，全天侯为海上、陆上、空中、空间的用户连续地提供高精度的位置、速度和时间信息，并且有良好的抗干扰和保密性能。对导航定位、武器使用、交通管制、大地测量，以及精密授时等均具有重要意义。美国把发展GPS系统，作为促进整个无线电导航现代化的核心，把建成GPS系统作为无线电导航领域进入二十一世纪的重要标志。

一、卫星导航概况

    目前，美、俄两国已拥有实用的卫星航系统，有些国家也提出了各自的卫星导航设计，概况如下：

1、子午仪卫星导航系统

    子午仪系统，又称为海军导航卫星系统（Navy Navigation Satellite System简写成NNSS）。整个系统由导航卫星网、地面设施及卫星导航仪三部分组成。

    子午仪系统有条有4~6颗卫星组成导航卫星网。卫星轨道是近似圆形的极轨道。每个轨道上有一颗卫星，卫星沿南北方向运行。各轨道之间有一个间隔，轨道高约1100公里，卫星绕地球一周的运行周期约为107分钟。每颗卫星发射399．968MHZ和149．988MHZ两种频率的信号。

    卫星导航仪，简称卫导仪，接收卫星播发的信号，并用测量单颗卫星的多普勒频移的方法，来测定观测点的位置。卫导仪可分为双频道和单频道两种。双频道卫导仪，可以接收卫星播发的二种频率的信号，用以消除电离层对电波传播的影响，提高定位的精度；单频道卫星仪只能接收卫星播发的399．968MHZ信号，不能消除电离层对电波传播的影响，定位精度较低，通常适用于舰船导航。

    子午仪系统能在全球范围内，全天侯实现二维（经度、纬度）定位，航行定位精度0．1~0．3海里，因而获得广泛的应用。缺点是不能连续定位，一次定位的时间又较长，且不能确定用户（卫导仪）位置的高度，因此限制了飞机等用户的使用。

2、导航星全球定位系统

    GPS系统有18颗工作卫星，平均配置在6个轨道上。卫星发射用伪随机码（伪码）调制的二种频率（L1、L2）的信号，L1＝1575．42MHZ，L2＝1227．6MHZ。用户设备用测量到几颗卫星的距离的方法，来确定观察点的位置。它能连续提供三维位置（经度、纬度、高度）、三维速度和时间，实现近乎实时的导航定位。双频发射是为了供用户设备消除电离层对传播的影响。

    伪码有P码、Y码、C/A码三种。P码（或Y码）信号，定位精度高，保密性好，仅供美军和特许用户使用，实时定位精度约为10米。 C/A码信号，供一般用户使用，定位精度将受到控制，计划限制在100米（2drms)范围。为了能获得更好的定位精度，已经相继采取了一些措施。例如，C/A码采用差分GPS技术，可以达到米级的定位精度；供测地用的采用无码技术的用户设备，可以达到厘米级的相对定位精度。

    GPS系统的研制计划分为三个阶段。第一阶段（1973-1978）是方案论证阶段。第二阶段（1979-1985)是工程研制和系统试验阶段，测试结果令人满意，系统达到了预定设计目标，当时有7颗实验卫星在轨道上飞行，已提供了有限的导航能力。第三阶段为改善系统性能，整个系统投入使用阶段，原计划从1986年起，由航天飞机分批把工作型卫星送入轨道，1989年系统全面组网实用，达到三维定位能力。由于航天飞机失事，GPS系统的第三阶段计划被推迟到1989年2月才开始执行。1990年左右，轨道上已有12颗卫星，实现二维定位能力；1992年左右，GPS系统已全面组网实用。

    GPS系统建成后，它将成为美国主要的无线电导航系统。子午仪系统及有些导航系统，将逐步由GPS系统替代。

3、静止星卫星导航系统

    美国的Geostar公司，于1983年开始研制一种采用双向测距定位的静止星（Geostar) 卫星导航系统。该系统的目的是通过廉价的用户设备，来提供美国本土的定位服务。

    Geostar系统有三颗同步卫星，分别位于西经70。、100。、130。，卫星上的装备很简单，主要有一个转发机。用户设备为一个收发机。地面站有一台超级计算机，设计要求在高峰时，每小时为一亿个收发机转发5500组信息，它为本系统的所有用户进行定位计算。

    地面站以每秒100次的速度，一直在发射“脉冲信号”给卫星，卫星把这种询问信号转发给所有用户接收机。每台用户设备有一个数字识别代码。用户需要定位时，在收到询问信号后，立即发出有识别代码的信号，卫星收到信号后，转发给地面站。由于用户到三颗卫星的距离不同，转发信号到达地面站的时间有先后，据此计算机可算出用户的三维位置。计算结果通过最合适的卫星输送到用户设备。系统的工作频率为2492MHZ，定位时间为6秒，定位精度为什么2~10米。

4、奇卡达卫星导航系统

    前苏联在70年代建成了类似于子午仪系统的奇卡达（Tsikanda)卫星导航系统，由6颗卫星组成卫星网，轨道高约1000公里，与赤道面夹角83。，绕地球一周105分钟。工作频率400MHZ和150MHZ，信号调制方法和子午仪不一样。前苏联曾计划该系统用到二十世纪未。

5、Glonass全球卫星导航系统

    前苏联于1978年开始研制Glonass全球卫星导航系统，它类似于GPS系统，亦是采用双频测距体制。计划将24颗卫星，分布在三个轨道上，轨道高约20000公里，轨道面倾角65。，运行周期约12小时。卫星用1600MHZ和1200MHZ二种频率工作。自1982年到1984年已发射了12颗卫星。

    1984年，前苏联曾表示愿向全球民间用户提供一种具有三维定位、三维测速和授时功能的服务，海上定位精度100米（95％概率） 。但是没有透露该系统的军事用途。

6、欧洲空间局的Navsat卫星导航计划

    欧洲空间局于1982年提出建议，希望通过国际合作，建立一种民用的Navsat(Navigation Satellite)全球卫星导航系统，以满足海、空导航、搜索、营救、进出港、民航机着陆等需要。计划有24颗卫星，分布在三个轨道上，轨道高约20000公里，周期12小时。各卫星采用时分多址方法，发射1557MHZ的信号。卫星部分和用户设备比较简单，复杂部分在地面站。Navsat系统能在全球范围内连续提供三维位置、三维速度和时间。定位方法有二种：高精度用户采用伪码测距法、定位精度可达10米；一般用户利用导航信号中包含的连续波载波分量，进行多普勒定位，定位精度约100米。

7、前西德的Granas卫星导航计划

    前西德的劳伧兹标准电气公司，于1984年提出建立Granas(Global Radio Navigation System)全球无线电导航系统的设想。计划配置20颗卫星，分布在4个轨道上，用测距法定位。该系统兼具通信功能。

8、日本的卫星导航计划

    日本正在研究一种区域性卫星导航和气象导航双重功能的导航系统。该系统用二颗同步卫星；一颗是通信卫星，保持飞机或舰船与地面站的通信联系；另一颗是气象卫星，用户及地面站可接收其信号，用来协助选择最佳航线。另外，通过与二颗卫星发出的信号的应答，可以实现准确定位。

9、中国的北斗卫星导航计划

    中国已发射了二枚导航卫星。