在日常生活中，人們出門越來越離不開導(dǎo)航，面對(duì)四通八達(dá)的交通網(wǎng)絡(luò)，只要打開導(dǎo)航系統(tǒng)就不會(huì)迷路。你知道導(dǎo)航系統(tǒng)是如何工作嗎?人類又是如何通過人造衛(wèi)星來觀察地面上的人與汽車呢?衛(wèi)星導(dǎo)航(Satellite navigation)是指采用導(dǎo)航衛(wèi)星對(duì)地面、海洋、空中和空間用戶進(jìn)行導(dǎo)航定位的技術(shù)。常見的GPS導(dǎo)航，北斗星導(dǎo)航等均為衛(wèi)星導(dǎo)航。

　　導(dǎo)航衛(wèi)星是如何指路的

　　古時(shí)候，人類依靠太陽、月球、北極星等星體來辨別方向，后來又發(fā)明了羅盤和指南針。直到20世紀(jì)，人類才發(fā)明了電信標(biāo)，從此踏上了海洋船舶與航空器導(dǎo)航的新征程。

　　1957年10月4日，世界上第一顆人造衛(wèi)星由前蘇聯(lián)發(fā)射成功，之后美國(guó)科學(xué)家在跟蹤它的過程中發(fā)現(xiàn)了多普勒效應(yīng)，他們認(rèn)識(shí)到：通過衛(wèi)星所測(cè)量到的多普勒頻移，能夠確定衛(wèi)星的運(yùn)行軌跡，而知道了衛(wèi)星的軌跡，就可以反推出接收機(jī)所在的位置。這一科學(xué)發(fā)現(xiàn)幫助人類建立高精度、全天候的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。

　　很多人一想到導(dǎo)航系統(tǒng)，腦海中立即會(huì)出現(xiàn)“GPS”這三個(gè)字母，“GPS”開創(chuàng)了衛(wèi)星導(dǎo)航的先河，因此被人們認(rèn)為是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的代名詞。那么，究竟什么是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)呢?它又是如何給人類指路的?

　　衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)主要由三個(gè)部分組成，它們分別是用戶定位設(shè)備、地面臺(tái)站和導(dǎo)航衛(wèi)星。我們以“GPS”為例來說明衛(wèi)星定位系統(tǒng)的基本原理：“GPS”由32顆中高軌道衛(wèi)星組成，它們均勻地公布在距離地面約20200千米的6個(gè)傾斜軌道上，以12小時(shí)的周期環(huán)繞地球運(yùn)行。它們與地面臺(tái)站組成網(wǎng)絡(luò)，每隔1～3秒就會(huì)向全球用戶播報(bào)信息，讓地球上任何地方的用戶都能夠在任何時(shí)間接收到至少4顆衛(wèi)星信號(hào)。

　　這些信號(hào)能夠給用戶提供最精確、最新的定位，其精度甚至可以達(dá)到5米以內(nèi)。

　　“GPS”導(dǎo)航系統(tǒng)

　　人造衛(wèi)星如何“看清”地面上的人和汽車

　　人類都渴望自己能夠擁有“千里眼”和“順風(fēng)耳”，現(xiàn)代遙感衛(wèi)星的出現(xiàn)幫助人類實(shí)現(xiàn)了這個(gè)夢(mèng)想。遙感衛(wèi)星在距離地球成百上千米的太空，仍然能夠“看清”地面上的人和汽車，這是為什么呢?因?yàn)樾l(wèi)星上安裝了高分辨率相機(jī)和各種遙感設(shè)備，它們就是衛(wèi)星的“千里眼”。

　　衛(wèi)星上安裝的可見光學(xué)遙感相機(jī)，與平常生活中見到的相機(jī)沒有本質(zhì)上的區(qū)別，不過焦距卻達(dá)到了幾米到十幾米，通光口徑也很大，主鏡頭的直徑有1米。只是加大鏡頭會(huì)受到材料及制造工藝的限制，為了解決這個(gè)問題，科學(xué)家又研制出了用電荷耦合器件模擬合成孔徑的相機(jī)，得到的數(shù)據(jù)由計(jì)算機(jī)來處理，能夠?qū)⒍鄰垟?shù)碼照片疊加得到高清圖像。

　　人造衛(wèi)星在天上，如何才能拍出質(zhì)量較好的照片呢?最重要的因素就是光照條件。光學(xué)遙感衛(wèi)星要在有最佳日照時(shí)拍照，最佳軌道是高度在300～900千米之間的圓形太陽同步軌道。在這樣的軌道之上，衛(wèi)星距離地面的高度不變，而且衛(wèi)星經(jīng)過的所有區(qū)域都是白天最佳的光照時(shí)刻。良好的光照條件為拍照高質(zhì)量照片打好了基礎(chǔ)。

　　當(dāng)然，雖然這些光學(xué)成像衛(wèi)星都擁有“千里眼”，不過也有它們看不到的區(qū)域，比如處于陰暗處的被測(cè)目標(biāo)，或者被云、霧、偽裝物遮擋等等。由于光照條件不佳，甚至沒有光照，衛(wèi)星上的可見光相機(jī)就看不到了。

　　真正能夠無所不見的是多光譜遙感和微波遙感技術(shù)，它們才是真正的“千里眼”。一臺(tái)多光譜探測(cè)器既能夠監(jiān)測(cè)全球的氣候變化，又能夠?qū)ζ囘M(jìn)行精細(xì)的觀測(cè)。