1.1 衛星定位技術的發展

1.1.1 子午衛星導航系統（NNSS）

該系統又稱為多普勒衛星定位系統，它是1958年底由美國海軍武器實驗室開始研制，于1964年建成的“海軍導航衛星系統”（Navy Navigation Satellite System）。這是人類歷史上誕生的第一代衛星導航系統。1957年10月蘇聯成功發射了第一顆人造衛星后，美國霍普金斯大學應用物理實驗室的吉爾博士和魏分巴哈博士對衛星遙測信號的多普勒頻移產生了濃厚的興趣。美國軍方積極資助霍普金斯大學應用物理實驗室開展進一步的深入研究。1958年12月在克什納博士的領導下開展了三項研究工作：①研制衛星；②建立地球重力場模型以便衛星的精確定軌和準確預報衛星的空間位置；③研制多普勒接收機。經過眾人的努力子午衛星導航系統于1964年1月正式建成并投入軍方使用，直至1967年7月該系統才由軍方解密供民間使用。此后用戶數量迅速增長，最多達9.5萬戶，而軍方用戶最多時只有650個，不足總數的1%，可見因生產的需要民間用戶遠遠大于軍方。

1．子午衛星導航系統的定位原理

子午衛星的定位原理是通過測定同一顆衛星不同間隔時段其信號的多普勒效應，從而確定衛星在各時段相對觀察者的視向速度和視向位移，再利用衛星導航電文所給定的t1、t2、t3、t4……時刻的衛星空間坐標，結合對應的視向位移則可解算出測站空間坐標P（X，Y，Z）。

圖1-1 多普勒定位原理

多普勒定位的幾何原理（圖1-1）是：衛星在t1、t2、t3、t4……點上的坐標是已知的，而任意兩個相鄰已知點到待定點P的距離差（即視向位移）已通過多普勒效應測定。在數學上我們知道，一個動點P到兩個定點的距離差為一定值時，該動點P則構成一個旋轉雙曲面，這兩個定點就是該雙曲面的焦點。于是以衛星所在的t1、t2、t3、t4……任意兩個相鄰已知定點作焦點，未知點P作動點均構成對應的特定旋轉雙曲面。其中兩個雙曲面相交為一曲線（點P必在該曲線上），曲線與第三個雙曲面相交于兩點（其中一點必為P點），第四個雙曲面必與其中一點相交——該點就是待定的P（X，Y，Z）點。因此要解算P點的三維坐標，必須對同一顆衛星要有四個積分間隔時段的觀測，得出衛星在四段時間間隔的視向位移。從而獲得四個旋轉雙曲面，它們的公共交點就是待定點P（X，Y，Z）。

2．子午衛星導航系統的不足之處

（1）一次定位所需時間過長，無法滿足高速用戶的需要。

（2）衛星出現時間間隔過長，無法滿足連續導航的需要。

（3）子午衛星導航系統的定位精度偏低。

由于上述種種原因，縱使子午衛星導航系統剛服役不久，就迫使美國國防部不得不著手研究第二代的衛星導航系統——全球定位系統（GPS）。