本文原载于台湾《军事家》杂志，对中国北斗卫星导航系统以及卫星导航技术进行了全面细致的介绍和回顾。

人类是在一次偶然事件中发现可以利用卫星进行导航。1957年，苏联成功发射第一枚人造卫星“斯普特尼克”1号(Sputnik-1)进入轨道后不久，美国两位科学家在追踪这枚苏联卫星时无意中发现，他们收到的无线电信号有多普勒频移效应，即卫星在飞近地面时，接收机收到的无线电频率逐渐增高，飞远时则逐渐降低。科学家对这种现象研究后产生灵感，卫星的轨道可由地面站测得的多普勒频移曲线确定， 若知道卫星的精确轨道，不就能确定地面接收机的位置了吗?从此，一种先进的导航技术“卫星导航”悄然兴起。

当时美国科学家们即倡议利用卫星，为其“北极星”核动力弹道导单潜艇进行定位导航，以修正惯性导航系统的时间累积误差。于是美国在1958年提出利用“多普勒频移效应”与“标准时间差”定位原理的第一代卫星定位系统经纬仪(Transit)构想，1960年4月开始发射首枚卫星，1964年提供军用服务，1967年更开放给民间使用，此后曾进行两次改进，1988年8月进行最后一次发射，2000年系统报废。“经纬仪卫星导航定位系统”的成功，导致美国与苏联研发与建构更大规模、高精度的卫星导航定位系统，即全球定位系统(GPS)与全球导航卫得系统(GLONASS)。

1983年，大陆开始筹划卫星导航定位系统，1986年初，大陆正式以双星快速定位通信系统为名开始进行整个计划，并由北京跟踪与通信技术研究所负责研发。当时大陆专家研究报告提出多种卫星导航定位系统的构想，经过深入评析，多数专家认为，利用2枚或3枚位于地球同步轨道的通信卫星进行导航定位的方案比较适合大陆。由于当时大陆航天科技实力，已具有制造与发射同步轨道通信卫星的能力，也已建立卫星地面追踪网，有相当规模的卫星轨道数据处理中心，所以有利于发挥既有的卫星资源与地面设施功能；另一方面也顾及到大陆经济力量有限，因为此项发展需要24颗卫星类似美国GPS的卫星导航定位系统，需要大量经费，当时大陆尚无此财力。

1986年底大陆研发单位就提出了总体技术方案和试验方案，预估只要3年时间，就可利用已在轨道的2枚同步卫星进行整体演练，验证导航定位原理，并检验系统实用性，寻找实现双星导航定位的技术途径。就在大陆筹备双星定位系统期间，大陆专家发现1982年美国已有3名科学家开始发展一个利用3枚同步轨道卫星，名为GEOSTAR的定位系统，还获得多项专利。但是后来因为功能更佳的GPS全球定位系统发展迅速，使得研发中的GEOSTAR系统资金被撤走，在1991年宣告失败。由于GEOSTAR最后也将使用3枚卫星定位改为双星定位，因此大陆仍宣称使用双星定位的概念是其最早提出并实现的。

1989年9月5日凌晨5点，大陆科研人员以库尔勒、南宁等4个用户机进行第一次定位演练，结果证明，利用双星定位可实现定位、定时、简短通信三大功能，而且比当时GPS的民用码精度高好几倍。1994年1月，双星快速定位通信系统正式命名为“北斗”卫星导航定位系统，并列为大陆“九五计划”要项。双星快速定位系统演练验证试验的成功，为“北斗”系统奠定了技术基础。接下来的6年多里，北京跟踪与通信技术研究所又完成地面控制中心等应用系统的总体设计方案，建构“北斗”系统的完整架构。

“北斗”系统运作原理与流程

“北斗”卫星导航定位系统是全天候、全日时提供卫星导航定位信息的区域导航系统，所以用户随时都可以接收到卫星广播的询问信号，服务范围以大陆地区为主。其定位原理系采用3球交会测星原理进行定位，以2颗卫星为球心，2球心至用户的距离为半径可画出2个球面另一个球面是以地心为球心，画出以用户所在位置点至地心的距离为半径的球面3个球面的交会点即为用户的位置。

“北斗”卫星导航定位系统是由太空的导航通信卫星、地面控制中心和客户端三部分组成：太空部分有2枚地球同步轨道卫星，执行地面控制中心与客户端的双向无线电信号的中继任务；地面控制中心包括民用网管中心，主要负责无线电信号的发送接收，及整个系统的监控管，其中，民用网管中心负责系统内民用用户的标记、识别和运行管理；客户端是直接由用户使用的设备，即用户机，主要用于接收地面控制中心经卫星转发的测距信号。

地面控制小心包括主控站、测轨站、测高站、校正站和计算中心。主要用来测量和校正导航定位参数，以便调整卫星的运行轨道、姿态，并编制星历，完成用户定位修正资料和对用户进行定位。简单的说，“北斗”卫星导航定位系统具有快速定位、简短通信和精密授时的三大主要功能。

快速定位：目的在确定用户地理位置，为用户及主管部门提供导航服务。“北斗”卫星导航定位系统使用的卫星，以快速捕捉信号和传送大量数据见长，从用户发出定位申请，到收到结果，只需1秒钟。而在这1秒钟内，整个系统要完成发送申请信号、上传卫星、经地面控制中心计算出位置，再从卫星将定位信息送返申请用户等流程，而其中快速捕捉信号只用了几毫秒。大陆宣称这项20年前设计的快捕技术，在今天仍属世界最先进的技术。“北斗”卫星导航定位系统水平定位精度为100米，差分定位精度小于20米。定位响应时间：一类用户5秒、二类用户2秒、三类用户1秒。最短定位更新时间小于1秒，一次定位成功率95％。

简短通信：“北斗”卫星导航定位系统具有用户与用户、用户与地面控制中心之间双向数字简讯通信能力。运作流程为地面控制中心接收到用户发送来的响应信号中的通信内容，进行解读后再传送给收件人客户端。一般用户1次可传输36个汉字，经核准的用户可利用连续传送方式最多可传送120个汉字。这种简讯通信服务，GPS无法提供。

精密授时：“北斗”导航系统具有单向和双向2种授时功能，根据不同的精度要求，定时传送最新授时信息给客户端，供用户完成与“北斗”卫星导航定位系统间时间差的修正。

“北斗”卫星导航定位系统的工作步骤如下：

1．地面控制中心向2枚卫星发送询问信号；

2．卫星接收到询问信号，经卫星转发器向服务区用户播送询问信号；

3．用户响应其中1枚卫星的询问信号，并同时向2枚卫星发送回应信号；

4．卫星收到用户响应信号，经卫星转发器发送回地面控制中心；

5．地面控制中心收到用户响应信号，解读出用户申请的服务内容；

6．地面控制中心并利用数值地图计算出用户的三维坐标位置，再将相关信息或通信内容发送到卫星；

7．卫星在收到控制中心发来的坐标资料或通信内容后，经卫星转发器传送给用户或收件人。