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府的重视，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。
（3）全球定位卫星系统
美国洛克威尔航空航天与电子公司专为美国军方提供了一种先进的全球
定位系统，这种系统的接收机只比袖珍电子计算器稍厚一点点。它在收到系
列军用通信卫星发出的信号后的几秒钟内便可完成定位的运算，从而确定地
球上任何一处范围在 100 米内的所在位置，士兵在行军中随身携带，即使在
茫茫荒野也能辨明方向，其情景正如本书一开头所描述的那个场面一样。在
这种全球定位系统中的每颗卫星连续不断地重复发射数字信号，作为本卫星
的标识信号。在地面接收机的内部电路中存储着所有卫星的重复信号模式，
并由机内的石英钟给出该模式的定时。当接收机的微型天线收到来自卫星的
信号后，通过与本机内存储的卫星信号模式进行比较，便可计算出信号从卫
星传播过来所用的时间。此外，在接收机中还存储着每一颗卫星在任一时间
的定位信息，经过与其它卫星进行了距离比较之后，就可确定用户接收机当
前所在的位置。目前，美国军方已将 16 颗这样的军用卫星送上了轨道，卫星
轨道的分布使在地球表面任一时间内的任何位置上都有 3～4 颗卫星可提供
接收信息。美国军方在 1993 年把全部 24 颗卫星都送上了太空。这种全球定
位系统在 1991 年初的海湾战争中发挥了巨大的作用，大约 8000 只全球定位
系统接收机提供给美军使用，特别是美军的战车和快速反应部队第 82 空降师
的伞兵都配备了它。这样，士兵不仅在茫茫沙漠中不会迷失方向，而且可为
那些深入对方腹地潜伏的侦察部队提供与大本营的随时联系，并及时为武装
直升机的军中支援提供准确的地理位置，使部队的伤亡人数大大降低。
（4）全球搜索救援系统
利用通信卫星而建立的全球搜索救援系统是近年来为解救因飞机失事和
船舶遇难的幸存者所建立起来的一种专用的全球定位系统。自 1982 年苏联率
先发射了用于搜索救援的人造卫星 COSPAS—1 号以来，全世界已有多颗用于
救援任务的卫星升空。经过多年的试验运行，这种卫星已经成功地探测到 190
多起飞机失事和船舶遇难的准确地点，使 4 万多人“死里逃生”。
最早用于海上救援的是美国在 70 年代研制的一种海事卫星通信系统，它
利用部署在太平洋、印度洋和大西洋上空的三颗同步卫星来提供全球的海事
通信。太平洋上空的卫星把来自船上的信号传给美国加利福尼亚州的地面
站，大西洋上空的卫星把来自船上的信号传给美国肯尼迪州的地面站，印度
洋上空的卫星把来自船上的信号传给日本的地面站。凡使用这种系统的船只
都配备了卫星跟踪雷达，使船上的微处理机随时能与卫星保持联系。因此，
一旦船只遇险就能很快确定它所在的海域，并及时营救。
为了能在全球范围内更迅速地了解失事或遇险者的准确位置，在 80 年代
又研制了由多颗低轨道通信卫星组成的全球搜索救援系统。在这种搜索救援
系统中，卫星的作用是转接从地球上任何一个失事地点发出的紧急求救信
号。为方便搜索，救援卫星的运行轨道低于地球同步轨道，因此，每颗卫星
绕地球一周的时间约为 105 分钟。当地球自转一周，卫星绕地球动转约 13．7
圈，可将整个地球搜索一遍。
由于飞机和船舶上都携带有紧急位置无线电求救信标（紧急位置无线电
发信机），当飞机或船舶遇难时，它们各自携带的无线电信标就会发出特定
频率的求救信号，卫星收到紧急信号后，即可确定遇难飞机或船舶的准确位
置，然后立即将其提供给有关的救援机构，从而可以对遇难者采取迅速的救
援措施。
（5）卫星广播电视通信
人们大概不会忘记，在 1992 年夏季的那些紧张的日日夜夜，是卫星广播
通信为我们提供了机会，使我们能够坐在电视机前观看来自巴塞罗那的奥运
盛况，不仅“身临其境”般地感受到赛场风云的变幻莫测，而且能“亲眼目
睹”中国体育健儿勇夺金牌时的那种扣人心弦的紧张场面。今天，随处可见
竖立在高楼顶上的银白抛物面卫星接收天线，是它们把卫星上转播的广播和
电视节目带到你的家中，将大千世界的千变万化展现在你的面前。卫星广播
电视是 70 年代发展起来的新技术。在卫星广播通信系统中，地面电视台的信
号通过卫星地面站直接发射给卫星，再由卫星转发到另一个地方的卫星地面
接收站，然后再送到各个用户。目前，随着卫星通信技术的发展，每个用户
的电视机都可通过一种专用的家用卫星电视接收机，直接从卫星上接收电视
广播了。这种由卫星直接转发电视信号的方式避免了以往电视信号在地面多
次转发过程中，因高大建筑和山脉等障碍物所引起的信号反射造成的各种失
真，使人们不必再为电视画面上出现的重影等干扰而发愁了。卫星广播电视
及高清晰度电视机的普及，是未来广播电视技术朝着多样化和高质量化发展
的必然趋势。
由于在地球同步轨道上等间隔地运行着三颗通信卫星就能覆盖整个地
球，因此对我国来说，一颗地球同步卫星就能使全国各地的亿万家庭都收到
卫星转播的广播电视节目了。目前，由我国发射升空的亚洲 1 号同步通信卫
星就定位在东经 105．5 度到 116 度间的印度厄西亚上空，它的天线波束覆盖
范围北起蒙古，南至印尼北部以及中东和日本，包括 38 个国家和地区，人口
达 27 亿，其中有我国的 12 频道。有了家用卫星接收机，普通的居民家庭都
可以直接从亚洲 1 号卫星和我国发射的“东方红 2 号”卫星上直接收看中央
电视台的全套节目以及其它电视台播发的节目。1991 年，在我国举办的第 11
届亚洲运动会上，就是利用卫星通信向五大洲的电视观众现场转播各项比赛
的。各个赛场的精彩画面和现场解说先经过电视转播车的微波设备与 380 米
高、号称亚洲第一电视塔上的微波机房沟通视频与�