你知道導(dǎo)航的歷史嗎

如今，無論你身在何方，只要輕觸手機(jī)上或者車載的一個按鈕，立刻就可以知道自己的位置——這就是衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)給我們帶來的便利。不僅如此，它還能引導(dǎo)客機(jī)起降、檢測地殼運(yùn)動等。目前在運(yùn)行的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)主要有美國的GPS、俄羅斯的格洛納斯、歐洲的伽利略和我國的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)。

在衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)發(fā)明之前，人們是怎樣判斷自己的位置和方向的呢？

史前時期，人們將自己生活的環(huán)境、走過的路線等用符號標(biāo)刻在樹皮或獸皮上，這可以說是人類最早使用的地圖。中華民族的祖先學(xué)會了通過觀測北極星來辨別方向，之后又發(fā)明了指南針，并于12世紀(jì)傳入歐洲。

20世紀(jì)二三十年代，人們發(fā)明了無線電測向技術(shù)。二戰(zhàn)期間，無線電導(dǎo)航技術(shù)迅速發(fā)展，成為當(dāng)時航海和航空最重要的導(dǎo)航手段，至今仍在使用。但是無線電波易被發(fā)現(xiàn)和干擾，保密性不高，而且過分依賴導(dǎo)航臺，一旦導(dǎo)航臺失效，與之對應(yīng)的導(dǎo)航設(shè)備便無法使用。

衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的源起很有戲劇性。1957年蘇聯(lián)發(fā)射了世界上第一顆人造衛(wèi)星。作為冷戰(zhàn)的對手，美國科學(xué)家對其十分關(guān)注。他們在通過無線電信號監(jiān)測這顆衛(wèi)星的動向時，偶然產(chǎn)生了一個靈感：把無線電導(dǎo)航信源從地面導(dǎo)航塔搬到衛(wèi)星上去，不就可以通過衛(wèi)星知道地面物體的位置了嗎？

美國科學(xué)家米德爾·基里特在20世紀(jì)60年代基于多普勒原理開發(fā)出了美國第一代衛(wèi)星定位系統(tǒng)多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)（DPL）。但是初期的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)有兩大不足之處：一點(diǎn)是信號只能間斷使用，這對于長期性的測量、船舶導(dǎo)航以及大地測量等影響不大，但對于像飛機(jī)、火箭等高速運(yùn)行載體的導(dǎo)航，則是致命的缺陷；另一點(diǎn)是由于系統(tǒng)對用戶的速度敏感不足，僅能二維定位，因此不適合航空等多種領(lǐng)域的應(yīng)用。

隨著技術(shù)的發(fā)展，第二代衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS替換了DPL，不再運(yùn)用多普勒原理進(jìn)行定位，而是使用了偽碼測距技術(shù)，GPS衛(wèi)星在空中移動時會連續(xù)發(fā)射帶有時間和位置信息的無線電信號，供GPS接收機(jī)接收，由于接收機(jī)和衛(wèi)星有一定距離，接收機(jī)收到信號的時間會比衛(wèi)星發(fā)射信號的時間延遲，通常稱之為時延。衛(wèi)星和接收機(jī)同時產(chǎn)生同樣的偽隨機(jī)碼，一旦兩個碼實(shí)現(xiàn)時間同步，接收機(jī)便能測定時延，大家都知道電磁波是以光速傳播的，所以將時延乘上光速，便能得到距離。而為了計(jì)算用戶的三維位置和接收機(jī)時鐘偏差，偽距測量要求至少接收來自4顆衛(wèi)星的信號。

導(dǎo)航史從一個側(cè)面展現(xiàn)了人類文明的發(fā)展史，凝聚了無數(shù)人的心血與智慧，反映出人類不懈探索與追求的精神。