导航卫星的出现和卫星导航系统的建立
导航卫星是指从卫星上连续发射无线电信号，为地面、海洋、空中和空间用户导航定位的人造地球卫星。
那么，导航卫星是怎么发展起来的呢？
未在海上航行过的人会有这样的疑问，指南针发明之前，在水连着天，天连着水，一望无际的大洋里，船舶如何确定方位呢？船是怎样到达万里之遥的目的地的呢？在古代，勤劳智慧的劳动人民，在长期航海实践中，靠观测太阳、月亮和其他星体来确定航船的位置。在我国两汉时代的《淮南子》中就说过，在大海中乘船不知方向，观看北极星便明白了。东晋的高僧法显从印度搭船回国后说，当时在海上见“大海弥漫，无边无际，不知东西，只有观看太阳、月亮和星辰而进”。在北宋以前，航海中还是“夜间看星星，白天看太阳”。这些依靠观测太阳、星星和月亮来确定航船地理位置的方法，实际是一种天文导航法，或者说古代天文导航法。
由于人们处在地球上的任何一个位置都可以观看到太阳、星星和月亮，所以天文导航不受地理位置的限制，具有全球性优点。但是，如果遇到阴天、雨天或多雾的天气，那就糟了，这种天气无法观察，因此，天文导航受气象条件的约束。我国古代劳动人民发明的指南针，克服气候条件的限制，给雨雾弥漫中的航船指明了方向。
导航卫星指南针的奥秘在哪里呢？原来，所有磁体都具有“同极性相斥、异极性相吸”的特性，而地球本身就是一个大磁体，这个大磁体和小磁针由于“同性相斥，异性相吸”，磁针的南极总是指向地球的北极，即指向南方。指南针成了人类导航的工具。根据指南针的原理做成的船舶导航仪器就叫罗盘（磁罗盘）。把一根磁棒用支架水平支撑起来，上面固定着一个从0°到360°的刻盘，再用一个航向标线代表船舶的纵轴，这就是一个简单的磁罗盘。
刻度盘上的零度与航向标线之间的夹角叫做航向角，表示船舶以地磁极为基准的方向。这样，在茫茫大海中航行的船舶，可根据夹角的大小判断出航行的方向。
但是，由于地磁场分布不均，磁罗盘常常会产生较大的误差。
20世纪初无线电技术的兴起，给导航技术带来了根本性的变革。人们开始采用无线电导航仪代替古老的磁罗盘。由于无线电波不受天气好坏的影响，它在白天夜里都可以传播，所以可以全天候收发信号。用无线电导航的作用距离可达几千千米，并且精度比磁罗盘高，因此被广泛使用。但是，无线电波在大气中传播几千千米过程中，受电离层折射和地球表面反射的干扰较大，所以，它的精度还不是很理想。航道上由于方向辨别不清而出现的海难事故还是时有发生，不仅给船只和乘员带来巨大的危险，而且常常给周围环境、海洋中的动物世界带来巨大的危害。
直到现代“罗盘”——导航卫星出现，这一难题终于得到了有效解决，1958年初，美国科学家在跟踪第一颗人造地球卫星时，无意中发现收到的无线电信号有多普勒效应。这一有趣的发现，揭开了人类利用卫星进行导航定位的新纪元。
美国第一代导航卫星“子午仪”
通过地面固定接收站测量到卫星发出信号的多普勒频率，就可以决定在太空运行卫星的轨道，以此知道卫星何时在何处。按照同样的道理，如果知道太空运行卫星的轨道，那么，也就可以根据所收到的多普勒频率，反推算地面观测站的位置。从已知卫星位置来确定地面观测站坐标的方法，就是当今卫星导航的基本原理。
1958年美国海军开始研制名叫“子午仪”的多普勒卫星导航系统，它又称海军卫星导航系统。1960年4月13日，美国成功发射世界第一颗卫星导航卫星“子午仪－1B”，开创了人类导航技术的新纪元。1967年，这个导航卫星系统组成网允许为民用船只使用，为航行在一望无际的大洋中的船舶指明方向。
“子午仪”导航卫星系统属美国低轨道导航卫星系列。卫星运行在高度约1100千米的近圆极轨道，目的是为了避免多普勒效应减弱。它们在轨道面上均匀分布组成围绕地球的空间导航网，6颗卫星在轨道上的配置似鸟笼形状。它的轨道倾角89°～90°，周期106～107分钟。它可为全球任何地方的水下潜艇、水面船只、地面车辆和空中飞机等用户服务，用户每隔1.6小时左右，就可以接收每颗卫星以150兆赫与400兆赫频率连续播送的无线电信号。地球上的用户根据发送的信号，便可以确切地知道卫星在太空轨道上的位置。
地球上各用户仔细地记录无线电信号中的多普勒频移，这就好像日常生活中，使用收音机收听电台的广播节目一样。人们根据多普勒效应，用计算机就能确定出地球上运动体（如潜艇等）所在的位置。这样，即使潜艇在浩瀚的海洋水下航行，时时刻刻都能知道自己在何处，在大海深处航行数月也不会迷失方向。
地球上的用户利用“子午仪”导航卫星发送的无线电信号来确定自己所在的位置，一颗卫星的定位精度在20～50米。如果在一天内把数颗卫星飞越30多次的数据都收集起来，然后进行平均计算，可以把定位误差减到最小，这样就可以把定位精度提高到几米。对于固定不动的地面台站，采用卫星多次飞越的数据来提高定位精度，显然是一个很好的办法，但是对于航行在水中的潜艇、水面的船舶，它们的导航接收机安在活动的艇、船上，还必须精确地知道它们航行的速度，否则，定位精度将会大大降低。对于翱翔在空中的飞机，由于在两次导航定位的时间间隔内，飞行距离可达1000千米以上，显然，不宜用“子午仪”导航卫星来进行导航，而需要研制更先进的导航卫星系统。
“子午仪”导航卫星系统由3大部分组成：发送导航信息的卫星，它高挂太空；对卫星进行连续跟踪和控制的网，它分布于全球；接收卫星发送的信号和进行导航计算的用户设备，它设置在地面、水面、水下或空中。卫星主体是八棱柱体，高25.4厘米，宽45.7厘米，有一根长22.86米的稳定杆，从柱体的顶部伸出，杆子末端带有一个重约1.36千克的质量块。四块矩形太阳电池帆板从棱柱体侧面伸出，形成十字形，帆板长167.6厘米，宽25.4厘米。
轨道上的“子午仪”卫星“子午仪”导航卫星携带的主要设备有：2台指令接收机、2台石英晶体振荡器和2台多普勒发射机等。卫星接收地面站发送来未来12～16小时的卫星轨道参数和指令，并存入卫星的数字存储器内，然后，每隔2分钟，卫星就播发一次轨道参数和时间信号，供地球上各用户使用。
地面跟踪和控制网负责连续跟踪“子午仪”卫星，计算和预报卫星运行轨道，并不断向卫星输送新的轨道参数。它包括跟踪站、计算中心、控制中心、注入站和授时站等，其中跟踪站负责测定并预报未来16小时内卫星的轨道参数，编制与火车时刻表类似的卫星运行时刻表（星历表）；控制中心负责将卫星的各种数据送至跟踪和控制网中各台站；注入站的任务比较简单，它根据星历表每隔12～16小时，用超高频时间信号对卫星上的石英钟进行一次校准，精度在50微秒之内。
“子午仪”导航卫星系统虽然不完善，但初步解决了军事用户的要求。它似“灯塔”，挂在太空，繁忙地为美国的核潜艇和水面舰艇指示方向，为西欧、南美洲等国的各种远洋船舶导航及海上定位，也为海上石油勘探定位以及陆地测绘，特别是山区和森林地区测绘服务。
自从美国建立自己的卫星导航系统以来，世界其他国家也纷纷研发属于自己的卫星导航系统。目前，世界上有四大主流卫星导航系统，分别是美国的全球定位系统（GPS）、前苏联/俄罗斯的全球导航卫星系统（GLONASS）、欧洲航天局的“伽利略”卫星定位系统和中国的“北斗”导航卫星定位系统。
50年来，导航卫星系统的用户遍布全球，有效地为各种军用舰艇和民用船只进行导航定位，并广泛用于海洋测量和石油勘探定位以及大地测量和地球重力场研究等许多领域。
知识点多普勒效应
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波源和观测者的相对运动而产生变化。在运动的波源前面，波被压缩，波长变得较短，频率变得较高；当运动在波源后面时，会产生相反的效应。波长变得较长，频率变得较低。波源的速度越高，所产生的效应越大。
应用广泛的“导航星”全球定位系统
“子午仪”导航卫星系统高挂太空，给数以千艘船舶指明航向，可惜美中不足，不能全球、连续、实时、高精度地给运动物体导航，也不能提供高度和速度信息，而且不能为空中的飞机导航。
1973年12月，美国国防部又制订了一个“导航星”全球定位系统（GPS）的国防导航卫星计划，建立一个供各军种使用的统一的全球军用导航卫星系统。
“导航星”全球定位系统是美国国防部在海、空军1960年4月“子午仪”导航卫星研究成果的基础理论上发展而来的。1978年开始发射和建设，至1993年整个系统部署完毕。这种新式导航系统能快速、连续地为车、船、飞机以及导弹武器提供高精度三维位置、速度和时间的信息，实现近乎实时的导航，一次定位时间只需几秒钟到几十秒即可以完成。
GPS导航卫星星座“导航星”全球定位系统的工作原理是计算卫星发射机和地球上接收机之间的距离。如果同时接收来自3颗卫星的信号，把接收每一信号的时间记下来，利用已知的无线电传播速度，就能计算出接收机所在的位置，然后以每一卫星到接收机的距离为半径，以卫星为中心，作一个球体，这样，对3颗卫星可以作出3个球体，这3个球体的交点就是接收机的所在位置。不过，要作精确的计算，时间上必须严格同步，不然，1微秒的误差，会造成300米的定位误差。为此，利用一个导航卫星来授时，这样接收机同时接收来自4颗导航卫星的信号，也就是说至少要使4颗导航卫星同时出现在接收机的视场范围之内，使接收机能“看得见”，才能“听得到”。不论在地球上哪一个角落，要求任何时刻都能同时收到4颗导航卫星的信号，才能精确地定位。
GPS接收机“导航星”全球定位系统的组成简称3大部分：空间、控制和用户。
空间部分包括18颗卫星，它似18个“勇士”，在太空充当“向导”。它们均匀分布在6个轨道平面上，轨道倾角为53度，轨道高约2万千米，周期12小时，保证任何用户最低能连续看到4颗卫星。这就是，任何时候太空都有18个“勇士”中的4位以上，可以为潜艇、船只或地面车辆等充当“向导”。
“导航星”的星重分别是，I型约460千克，Ⅱ型卫星比I型卫星约大1／3，重为787千克，分别以1575兆赫和1228兆赫频率向地球发送信号。
控制部分由一个主控站、一个数据传输站和四个监控站组成，主要任务是跟踪并保证卫星导航数据准确无误。
用户设备主要由天线、接收机、数据处理装置和显示装置等组成。接收机接收4颗卫星发送的导航信号，数据处理装置对数据进行处理，以获得用户所在三维位置（空间位置）、速度和时间数据，并可以换成用户所需地理坐标系或其他坐标系表示的位置数据，在显示装置上显示。
“导航星”全球定位系统出现，解决了战争中最大问题之一——定位问题。它精确的定位数据能使武器提高击中目标的能力，使部队大大提高作战效率，原因是三维定位精度可达16米，三维速度精度高于0.1米／秒，时间精度可达100纳秒。
“导航星”系统具有全球、全天候、连续实时定位、精度高、抗干扰性强、不需要在国外设站、用户不需发射无线电信号、使用简单、不限制用户等特点，因此应用极其广泛，适于航空、航海、航天领域的飞行器和舰船，以及地面各种车辆和部队等，也非常适用于陆、海、空各军种作战需要，如“导航星”系统与武器系统相结合，会大大改善侦察敌情、目标定位、部队行军、弹药投放及联合军事行动等军事活动的效果。
“导航星”全球定位系统能为地面车辆、军事人员充当“向导”，也能为航空、航海、航天等范围内的飞机、舰艇、潜艇、卫星、航天飞机等进行导航和定位，它不仅给出飞机等每时每刻的地理坐标，而且还给出飞机等的飞行高度和速度；飞行万里的洲际导弹也可能借助“导航星”进行制导，以提高命中目标的精度。显然，“导航星”将进一步提高巡航导弹和类似武器的制导精度，遥控飞机也将受益匪浅。它更广泛地应用于投弹和武器发射、照相侦察、照相制图和大地测量、飞机着陆导航、空中交会、加油、空投和空运、航空交通控制和指挥、火炮的定位和射击、靶场试验和测量、反潜战、布雷、扫雷、船只位置保持、搜索和营救工作等，凡是需要精确定位的部门，都将是导航卫星的服务对象。如美国海军的一艘大型军舰，在能见度很低的情况下，利用“导航星”成功地沿一条仅有32.2米宽的航道驶出圣地亚哥港。一架F-4S飞机，在一次利用“导航星”进行盲目投弹试验中，结果奇迹般地把炸弹投掷到离目标只有3～6米近处。一次直升机利用“导航星”进行夜间飞行，着陆时盲目着陆点距标志点仅差0.9～1.2米。可见，用“导航星”导航，其效果远远超过普通导航设备。
知识点GPS全球定位系统的功用
GPS全球定位系统的主要功用：
（1）陆地应用。主要包括车辆导航、应急反应、大气物理观测、地球物理资源勘探、工程测量、变形监测、地壳运动监测等；
（2）海洋应用。包括远洋船最佳航程航线测定、船只实时调度与导航、海洋救援、海洋探宝、水文地质测量以及海洋平台定位、海平面升降监测等；
（3）航空航天应用。包括飞机导航、航空遥感姿态控制、低轨卫星定轨、导弹制导、航空救援和载人航天器防护探测等。独树一帜的“卫星无线电定位服务”
2003年5月25日，我国成功发射了第三颗“北斗1号”导航定位卫星，作为“北斗导航定位系统”的备份星，连同2000年10月31日和12月21日发射升空的两颗“北斗1号”导航定位卫星和一个地面中心站，形成了一个较为完善的“双星导航定位系统”。
“双星导航定位系统”应归于“卫星无线电定位服务”（RDSS）。这种系统是如何发展起来的？性能如何？与GPS定位系统有何差异？前景又如何？这一切先要从一场空难说起。
1978年9月12日，太平洋西南航空公司的一架波音727客机在美国加州圣迭戈上空与一架赛斯纳172私人飞机相撞，酿成147人死亡的悲剧。经调查，造成飞机相撞的一个重要原因是当时的航空通信技术状况不佳，地面导航员未能及时判断出飞机位置并通知飞机避让。这件事给航空界带来极大震动，人们开始寻找避免类似事件发生的技术措施。
现在来看，GPS定位技术完全可以胜任这个任务。可当时GPS正在发展中，技术复杂，投资巨大，投入使用还遥遥无期，人们甚至对它是否能够发展成功还存有很大疑虑。而且美国防部还计划对GPS实施“SA”制（降低民用码定位精度）。在这种情况下，很多个人和机构开始探索一些新的原理和方法。
4年后，国际著名航天专家、物理专家GetardK.O.Neill教授经过潜心研究，发明了一套名为“卫星无线电定位服务”的系统，即后来“吉奥星”系统的方案。该系统可为飞机领航和地面控制提供精确的定位导航信息、碰撞告警及双向数字信息传输，还可对航行中的船只、车辆进行定位。
一位叫作大卫·威尼的商人看到了这个方案的良好前景。于是，他出资在美国普林斯顿成立了一个组织，这就是1983年成立的吉奥星（Geostar）公司的前身。1986年，该公司进行了第一颗实验卫星的发射，验证了移动通信与导航定位结合在一起的原理可行性。此后又分别于1987年和1988年发射了2颗卫星，开始导航定位服务。第一种“卫星无线电定位服务”就这样投入运行。1991年到1993年的3年中，该公司又发射了3颗专用卫星，极大地拓展了系统容量。
RDSS系统是如何定位的，它与GPS卫星在原理上有何不同呢？
我们先看看定位的几何原理。已知空间两颗卫星甲、乙的精确坐标，如果定位用户到卫星甲的真实距离为S1，那么用户必定在以卫星甲为球心、S1为半径的球面A上。同理，如果用户到卫星乙的真实距离为S2，那么用户也必定在以卫星乙为球心、S2为半径的球面B上。结合起来，用户的位置必定在球面A和B的交线上，这条交线实际上是一个圆。这样还不能确定用户的具体位置，必须再有至少一个条件。解决方法之一是再发射一颗卫星。那么以三颗卫星为中心的三个球面就会交于两点，两个交点之一就是用户的位置，而选择哪个点是非常容易的事情。GPS定位就是采用了这种原理。实际应用中，GPS采用了四星定位，以消除卫星和用户的时间不一致性。RDSS系统也可以采用这种定位原理。
另一种方法是借助已知的用户高程数据（用户所在的位置距离海平面的高度）。因为地心的坐标是已知的，那么用户必然在以地心为中心，以用户的球心距为半径的球面C上，那么球面A、B、C的两个交点之一必为用户所处的位置，而两个交点的取舍极易判断。这种方法就是双星定位的几何原理。
由此可见，RDSS系统定位的几何原理与GPS相差无几，甚至是完全相同的。关键的不同在于它们是如何测量“用户到卫星之间的真实距离”。
GPS采用的原理是单程测距。它利用了两只时钟，一只在卫星上，一只在用户的接收机上。用户接收到的卫星信号中，包含卫星发射该信号的时间。把它和接收机本身时钟进行比较，就可以知道卫星信号传到用户所花的时间，这个时间乘以光速就得到了用户到卫星的距离。这种方式下，用户只接收信号，不发送信号，信号只由卫星进行广播。
双星定位的测距原理则与此截然不同。它需要地面中心站几乎实时地参与工作。首先由地面中心站定时向处于36000千米高空的同步静止轨道上的两颗定位卫星发送测距信号。其中一颗卫星接收后，经转发器变频放大转发到用户机，用户机接收后立即响应并向卫星发出应答信号。这个信号中包括了特定的测距密码和用户的高程信息。应答信号经卫星变频放大下传到中心站后，中心站算出信号经中心站-卫星-用户之间的往返时间，进而得到这三者间的往返距离。由于地面中心站到卫星的距离已知，这样就可以得出用户与卫星的距离。再综合用户的高程信息和存储在中心站的用户高程电子地图，根据其定位的几何原理，地面中心站便可算出用户的精确位置。此信息再通过卫星传到用户端，用户收到后通常还要发一个回执。从这过程中我们可以发现，在GPS系统中只起到校正调整卫星作用的地面站，在RDSS系统中则是每次定位的中心，可以说一时一刻也不能离开它，不愧为名副其实的“中心站”。
由于RDSS采用了这种相对独特的定位方式，使它和GPS在一些性能和应用方面存在差异。
我们首先看看对于导航定位卫星来说最重要的参数之一：定位精度。RDSS系统的定位精度主要受两方面因素限制：①测距的精度，即测量用户到卫星的距离精度。一般情况下，这个数值在1米左右，引起的定位误差约在3米。②用户的高程，这主要是针对采用两颗卫星进行定位的RDSS系统。这个参数可由电子地图或测高计获得。由高程误差引起的定位误差又与用户相对卫星的位置有关。如用户处于赤道附近时，定位误差就很大，而当用户接近两极时，则几乎不能工作。对处于中纬度地区的用户来说，由高程误差引起的定位误差在10～50米之间，总的定位误差一般要优于GPS的民用C/A码的水平。例如美国“吉奥星”的定位误差就在7～10米间。
对于导航定位卫星来说，第二个重要参数是系统的覆盖范围。以美国的“吉奥星”为例，它的3颗卫星定位在赤道上空，完全可以覆盖美国全境。如果发射6颗卫星，再发射1颗备用卫星，并配合3个地面中心站，那么由7颗卫星组成的星座就会像夜空中的北斗七星一样，给全球除两极以外的人们指引方向。
第三个参数就是系统的定位容量。因为RDSS系统的定位完全是在地面中心站中进行的，中心计算机的容量及处理速度决定了能够同时进行定位的用户数。美国“吉奥星”的业务容量初期只有每小时200万户，后期达到800万户，相当于每秒可同时对2224个用户进行定位。在这一点上，RDSS与GPS相差比较大。GPS是一个广播系统，它的用户容量是不受限制的。但是RDSS的用户容量会随计算机性能的提高而不断增长，完全可以满足其需要。
第四个参数就是它的定位速度。由RDSS的定位原理我们知道，它完成一个定位过程需要信号走四个来回，每个来回大概需要0.24秒。即使不考虑转发及定位计算的时间，也需要近1秒的时间。如果只考虑用户回答询问到收到地面中心站发来定位信息这两个来回，定位时间也需要0.48秒。这导致了RDSS难于进行高动态的定位和连续实时导航。
另外，它具有一些GPS系统所不具备的特点，如低速率的移动通信功能。由于RDSS系统是一个封闭系统，没有授权的用户无法进行定位，因而具有良好的反利用性和保密性。在这两点上，RDSS系统优于GPS定位系统。
RDSS系统其他的性能参数，如可靠性、寿命等，则与原理差异没有关系，完全取决于制造国的科技水平。
正是因为RDSS系统具有较为理想的性能，它在世界范围内得到了广泛的应用。除了美国“吉奥星”系统，类似系统还有欧洲的“洛克星（Lcstar）”系统和中国的“北斗星”系统。目前，由于大多数西方军事强国可以不受限制地免费利用GPS的军用P码进行精确定位，所以RDSS系统主要用于民用。
知识点北斗星导航系统
北斗星导航系统是我国正在实施的自主研发、独立运行的全球卫星导航系统。北斗星导航系统由空间端、地面端和用户端三部分组成。空间端包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星。地面端包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站。用户端由北斗用户终端以及与美国GPS、俄罗斯“格洛纳斯”（GLONASS）、欧洲“伽利略”（GALILEO）等其他卫星导航系统兼容的终端组成。
导航卫星广阔的应用领域
当今，太空“向导”——导航卫星已在陆、海、空、天四大领域中大显身手，人类的未来的生活也越来越离不开它。
充当海洋舰船的“灯塔”各种军用舰艇和民用商船，只要装上导航卫星的接收设备，就可以在全球海域航行，随时进行高精度定位和测速，任何时候不致迷失方向，也避免触礁沉没的危险。它还有更广泛的用途，如海军进行海上巡逻、舰队调动与会合、海上军事演习和协同作战、海基导弹瞄准发射，以及海洋测量、石油勘探、海洋捕鱼、浮标设立、海底管道铺设、浅滩测量、暗礁定位、海港领航和海上交通管制等都要导航卫星帮忙，因此，导航卫星非等闲之辈。
充当地面用户的“向导”地面奔驰的各种车辆和坦克，野战部队、小分队和单个步兵，行进在山峦重叠之地会迷失方向，导航卫星是用户最好的“向导”，它时时刻刻会为用户指明方向。同时，它也可以为大地测量、摄影绘图和地质勘探定位服务。
由太空“向导”提供的精确位置和时间基准，就可以按照命令准确地进行部队调动和集结，炮兵部队可以迅速地进行勘测和定位。在联合演习或多军种协同作战时，就可以指导陆、海、空部队行动，有效地对付敌人。测绘、地质和资源调查等部门的工作人员在野外作业，特别是进入人烟稀少的沙漠地区、原始森林或深山野岭，只要用户带上一台背负式导航卫星接收设备，就不会迷失方向。
如果铁路系统用静止卫星定位系统进行定位，就可以从全国范围对各类火车和其他车辆进行管理和统一调度，从而大大提高运输效率。对我国这样一个幅员辽阔的国家，运输效率可以提高50％左右，可见，其经济效率何等惊人。
充当空中飞机的“领航员”如果在各种军用和民用飞机上装上导航卫星接收设备，就能为各种飞机“领航”，这些飞机就能在广阔空域甚至全球范围翱翔，并随时获得实时连续的高精度的三维位置和速度信息。显然，这对飞机着陆进场、中途导航、空中加油、空中支援、机队会合、空中侦察、目标测定、航空绘图，武器投掷和空中交通管制等受益匪浅。
导航卫星还能为空军通信、指挥和控制系统提供精确时间基准和同步坐标。在多军种协同作战中，就能为部队提供准确的空中支援和侦察、接近敌方工事、简易机场着陆、空投补给品、空降伞兵部队、准确投掷武器弹药和定点轰炸等效力。
充当航天器的“准星”在太空运行的卫星、飞船等航天器，如果也装上导航卫星接收设备，就能进行导航定位和校时，这无疑大大降低了对地面跟踪测轨和星上计算能力的要求，显著提高了实用效益。如美国“陆地卫星5号”，利用“导航星”获得的卫星位置信息，连同地球资源遥感信息一起，经太空的数据中继卫星发回地面，大大提高了遥感图像的定位精度。低轨道侦察卫星利用“导航星”进行星上自主定位，就可以排除因大气模型不准产生的测轨误差，有效地提高了对侦察目标的定位精度。航天飞机、载人飞船及航天站系统对自主导航要求很高，如两艘载人飞船对接，定位精度相当高，而“导航星”系统就是它们最理想的导航定位手段。
为洲际导弹制导飞行万里的洲际弹道导弹，如果装上导航卫星接收设备，就可在飞行中进行中途制导和末段修正，使导弹按预定弹道飞行，提高命中目标的精度。要想提高各类战术导弹的制导精度，当然也可以照此办理。如果把导航卫星接收设备装在导弹试验时的遥测弹上，就可以精确测出飞行弹道，并通过弹载发射机将数据发回地面，这对改进导弹制导和控制系统的设计大有益处。
做太空武器试验的基准由于超级大国在太空的军备竞赛日趋激烈，促使太空武器发展迅速，如激光武器、粒子束武器等。导航卫星系统将为“星球大战”计划的天基武器系统提供测速定位、太空战场的指挥与控制、全球C3I（指挥、控制、通信和情报）系统标准坐标和时间基准，从而为激光、粒子束等定向能武器的捕获、定向和跟踪提高精度的坐标位置。导航卫星系统与地面探测系统结合起来，能把来自雷达、电视图像、红外、激光和无线电探测仪等探测器的数据，变成同一坐标系的数据，为防空导弹部队打击空中“飞贼”服务，也能为反卫星等拦截武器忠实地效力。
“伽利略”导航系统卫星充当空中“警察”空中数以百计的飞机来回穿梭，可是在浩瀚的太空中，竟多次发生飞机相撞，造成机毁人亡的重大事故。如今主要用空中和海上交通管制的“交通管制卫星”，充当空中“警察”，通过用户与地球站之间的无线电信号，对空中飞机、海洋中的舰船进行位置监测和通信联系，保证飞机、舰船各走各的路，避免碰撞。
充当遇难者的“救星”由几国联合发展起来的具有定位能力的搜索营救卫星系列，也属于导航卫星系列范畴。它的任务是搜索和营救遇难的飞机和船只。它能接收并转发遇难飞机或舰船应急信标机发出的呼救信号，经地面台站处理后获得遇难者的位置信息。1982年，苏联发射的“宇宙1383号”是第一颗装有搜索营救系统的卫星，它曾帮助加拿大营救了飞机遇难者。美国已将搜索营救系统装到“诺阿”卫星上，它能实时地转发遇难信号。
未来的多用途的全球通用导航系统，将更有效地为海、陆、空、天的用户导航定位服务。
知识点静止卫星定位系统和非静止卫星定位系统
卫星定位系统是利用卫星进行无线电定位的系统，可分为静止卫星定位系统和非静止卫星定位系统两大类。静止轨道卫星定位系统一般采用有源定位方式，是由相距较远的2颗或3颗静止卫星、中心地球站及移动用户终端组成。这种系统通常在完成定位的同时，还具有一定的双向数据传输功能，适用于大范围移动车辆的调度。非静止轨道卫星定位系统一般是由中、低轨上的多颗卫星和移动用户终端构成的无线电定位系统。通常采用无源定位方式，即依靠定位接收机接收来自多颗卫星的导航定位信号进行自定位。
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