很早以前，当人们认识到月球是围绕地球旋转的唯一天然卫星时，就开始向往着制造人造地球卫星（简称人造卫星）。1882－1883年及 1932－1933年曾两度举行了国际合作科学研究活动，参加的各国学者集中研究了地球的各种性质和与太空飞行有关的各种因素。特别是在第二次世界大战后，火箭技术发展迅速，人们已经看到：在积累了研制现代火箭系统经验的基础上，研制人造卫星已成为可能。1954年7月在维也纳召开的为1957年7月－1958年12月“国际地球物理年”进行准备的国际会议上，国际地球物理年的计划委员会通过一项正式决议，要求与会国对于在地球物理年计划利用人造卫星的问题给予关注。对此，美国和苏联积极响应，并开始着手人造卫星及运载火箭的探索与准备工作。
人造卫星
1957年召开了第三次国际地球物理会议，美国和苏联发表了使用人造卫星调查电离层和比电离层更高空间性质的计划，为人造卫星的发射谱写了前奏曲。1956年末，苏联获悉美国的运载火箭已经进行了飞行实验，而苏联正在研制的人造卫星较为复杂，短期内难以完成。为了提前发射，苏联将原计划推迟，改为先发射两颗简易卫星。1957年8月对日，苏联将P－7洲际导弹改装成的‘卫星”号运载火箭首次全程试射成功。同年10月4日，苏联用“卫星”号运载火箭将世界第一颗人造卫星送入太空。该卫星带有两台无线电发射机、测量内部温压的感应元件、磁强计和辐射计数器，其姿态控制采用最简单的自旋稳定方式。这颗卫星虽然简陋，但它却在国际上产生了巨大的影响，为人类的航天史开创了新纪元。
北斗卫星导航定位系统
人造卫星属于无人航天器，大致可分为三种类：科学卫星，用于科学探测和研究；技术实验卫星，为新技术进行试验；应用卫星，直接为国民经济和军事服务。
美国GPS全球卫星导航系统
从地球有了第一颗人造卫星至今仅55年，各国的空间技术都有了突飞猛进的发展。50年代末到60年代初，人造卫星的发射主要用于探测地球空间环境和进行各种卫星技术试验。60年代中，人造卫星进入了应用阶段。70年代起，各种新型专用卫星的性能不断提高，诸多卫星已为人类作出了重要贡献，特别为人类导航技术的发展所作出的贡献更是无可限量。
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卫星
卫星是指在围绕一颗行星轨道并按闭合轨道做周期性运行的天然天体，人造卫星一般亦可称为卫星。人造卫星是由人类建造，以太空飞行载具如火箭、航天飞机等发射到太空中，像天然卫星一样环绕地球或其它行星的装置。
磁强计
用于测定地磁场的大小与方向，即测定航天器所在处地磁场强度矢量在本体系中的分量。是测量磁感应强度的仪器。根据小磁针在磁场作用下能产生偏转或振动的原理制成。而从电磁感应定律可以推出，对于给定的电阻R的闭合回路来说，只要测出流过此回路的电荷q，就可以知道此回路内磁通量的变化。这也就是磁强计的设计原理，用途之一是用来探测地磁场的变化。
辐射
辐射有实意和虚意两种理解。实意可以指热，光，声，电磁波等物质向四周传播的一种状态。虚意可以指从中心向各个方向沿直线延伸的特性。辐射本身是中性词，但是某些物质的辐射可能会来到危害。
4．人类进入“卫星导航时代”
简单地说，卫星导航就是把地面导航台搬至空中人造地球卫星的无线电导航系统。自从人类成功发射人造卫星后，卫星在导航技术的发展上起到了突破性的作用。人类开始利用卫星去进行导航，从而进入了“卫星导航时代”。下面我们简单了解一下几种主要的卫星导航系统。
（1）子午仪卫星导航系统（NNSS）。该系统又称多普勒卫星定位系统，它是58年底由美国海军武器实验室开始研制,于64年建成的“海军导航卫星系统”。这是人类历史上诞生的第一代卫星导航系统。1957年10月前苏联成功发射了第一颗人造卫星后，美国霍普金斯大学应用物理实验室的吉尔博士和魏分巴哈博士对卫星遥测信号的多普勒频移产生了浓厚的兴趣。经研究他们认为：利用卫星遥测信号的多普勒效应可对卫星精确定轨；而该实验室的克什纳博士和麦克卢尔博士则认为已知卫星轨道，利用卫星信号的多普勒效应可确定观测点的位置。霍普金斯大学应用物理实验室研究人员的工作，为多普勒卫星定位系统的诞生奠定了坚实的基础。而当时美国海军正在寻求一种可以对北极星潜艇中的惯性导航系统进行间断精确修正方法，于是美国军方便积极资助霍普金斯大学应用物理实验室开展进一步的深入研究。经过众人的努力子午卫星导航系统于1964年1月正式建成并投入军方使用，直至1967年7月该系统才由军方解密供民间使用。此后用户数量迅速增长，最多达9.5万户，而军方用户最多时只有650个，不足总数的1%，可见因生产的需要民间用户远远大于军方。
由于它不能连续定位，且两次定位之间间隔比较长等，加之先进的真正的全球卫星导航系统GPS的问世。因此，子午仪业已从1990年就开始被淘汰，到1996年底就终止使用。届时，第一代卫星导航系统将永远退出历史舞台，但它把地面导航台搬至空中的历史性功绩也将永远载人史册。
子午仪卫星导航系统
（2）全球定位系统（GPS）。1973年12月，美国国防部批准陆、海、空三军联合研制第二代的卫星导航系统——全球定位系统（GPS）。该系统是以卫星为基础的无线电导航系统，具有全能性（陆地、海洋、航空、航天）、全球性、全天候、连续性、实时性的导航、定位和定时等多种功能。能为各类静止或高速运动的用户迅速提供精密的瞬间三维空间坐标、速度矢量和精确授时等多种服务。
运用GPS技术的导航仪
（3）全球导航定位系统（GLONASS）。该系统是82年底由前苏联开始承建，期间因苏联解体，几经周折最后由俄罗斯于96年建成全球导航定位系统。该系统与美国的全球定位系统同属于第二代卫星定位系统。
（4）双星导航定位系统（北斗一号）。1982年7月，美国三位科学家提出主动式卫星导航通信系统,并于1982年12月完成了总体设计，定名为GEOSTAR 。该系统是一个局域实时导航定位系统，据1991年9月的报导，由于GEOSTAR系统缺乏竞争能力，拟投资的用户日渐减少,最后不得不中断该系统的建设。而我国类似GEOSTAR系统的双星导航定位系统（北斗一号），已于2000年底发射了两颗同步静止定位卫星，并完成了大量的测试工作。该系统的第三颗同步静止定位卫星，在2003年5月25日发射，于6月3日5时顺利定点，系统大功告成。
双星导航定位系统
（5）伽俐略系统（GNSS）。从1994年欧盟已开始对伽利略（GNSS）系统方案实施论证。2000年欧盟已向世界无线电委员会申请并获准建立伽利略（GNSS）系统的L频段的频率资源。2002年3月欧盟15国交通部长一致同意伽利略（GNSS）系统的建设。该系统由欧盟各政府和私营企业共同投资（36亿欧元），是将来精度最高的全开放的新一代定位系统。
欧洲伽利略导航定位系统
虽然现在全球有好几个卫星定位系统，可是应用最广泛的是GPS全球定位系统。我们将会在下文详细介绍这个系统。
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多普勒效应
多普勒效应是为纪念奥地利物理学家及数学家克里斯琴·约翰·多普勒而命名的，他于1842年首先提出了这一理论。主要内容为：物体辐射的波长因为光源和观测者的相对运动而产生变化。
三维空间
三维空间(也称为三次元、3D)，日常生活中可指由长、宽、高三个维度所构成的空间。
频率
频率，是单位时间内完成振动的次数，是描述振动物体往复运动频繁程度的量，常用符号f或v表示，单位为秒-1。为了纪念德国物理学家赫兹的贡献，人们把频率的单位命名为赫兹，简称“赫”。
5．GPS全球定位系统的产生
GPS系统的前身为美军研制的一种子午仪卫星定位系统，1958年研制，64年正式投入使用。该系统用5到6颗卫星组成的星网工作，每天最多绕过地球13次，并且无法给出高度信息，在定位精度方面也不尽如人意。然而，子午仪系统使得研发部门对卫星定位取得了初步的经验，并验证了由卫星系统进行定位的可行性，为GPS系统的研制埋下了铺垫。由于卫星定位显示出在导航方面的巨大优越性及子午仪系统存在对潜艇和舰船导航方面的巨大缺陷。美国海陆空三军及民用部门都感到迫切需要一种新的卫星导航系统。
GPS卫星
为此，美国海军研究实验室提出了用12到18颗卫星组成10000km高度的全球定位网计划，并于67年、69年和74年各发射了一颗试验卫星，在这些卫星上初步试验了原子钟计时系统，这使GPS系统精确定位的基础。而美国空军则提出了621-B的以每星群4到5颗卫星组成3至4个星群的计划，这些卫星中除1颗采用同步轨道外其余的都使用周期为24小时的倾斜轨道。该计划以伪随机码为基础传播卫星测距信号，其强大的功能，当信号密度低于环境噪声的1%时也能将其检测出来。伪随机码的成功运用是GPS系统得以取得成功的一个重要基础。海军的计划主要用于为舰船提供低动态的2维定位，空军的计划能供提供高动态服务，然而系统过于复杂。由于同时研制两个系统会造成巨大的费用而且这里两个计划都是为了提供全球定位而设计的，所以1973年美国国防部将2者合二为一，并由国防部牵头的卫星导航定位联合计划局领导，还将办事机构设立在洛杉矶的空军航天处。该机构成员众多，包括美国陆军、海军、海军陆战队、交通部、国防制图局、北约和澳大利亚的代表。
GPS应用于军事
最初的GPS计划在联合计划局的领导下诞生了，该方案将24颗卫星放置在互成120度的三个轨道上。每个轨道上有8颗卫星，地球上任何一点均能观测到6至9颗卫星。这样，粗码精度可达100m，精码精度为10m。由于预算压缩，GPS计划不得不减少卫星发射数量，改为将18颗卫星分布在互成60度的6个轨道上。然而这一方案使得卫星可靠性得不到保障。1988年又进行了最后一次修改：21颗工作星和3颗备用星工作在互成30度的6条轨道上。这也是现在GPS卫星所使用的工作方式。
GPS的各种用途
GPS最初主要用于军事和涉及到国家重要利益的民用领域，可实现飞机舰船的导航、目标定位、部队调动、武器的精确制导等。鉴于GPS巨大的实用价值，美国总统克林顿颁布法令，将GPS向民用领域免费开放， 同时在2000年5月1日起停止SA政策，即不再对民用定位码加入人为干扰，使民用定位精度大大提高。现在GPS已发展成为一个高速成长的产业。
GPS越来越多应用
进入90年代以来，GPS在宇航领域地位得到认可，1993年此项开放用于民用后，立刻显示了广泛的应用前景。特别得到公安、金融、保险、交通、运输等部门的广泛关注。目前，GPS精密定位技术已经广泛地渗透到经济建设和科学技术等许多领域，如大地测量、资源勘测、航空、卫星遥感、运动物件的定位和测速以及精密时间的传递。GPS的商业化主要体现在接收机上，随着其价格的下降，GPS市场将会呈指数增长。车辆定位是GPS商业化的一个重要领域，近年来日本在研制和制造轿车导航系统方面已成为同行的领先者。
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原子钟
采用原子能级跃迁吸收或发射一定频率的电磁波作为基本频率振荡源的精密计时仪器。它最初本是由物理学家创造出来用于探索宇宙本质的；他们从来没有想过这项技术有朝一日竟能应用于全球的导航系统上。
