据新华社报道，在9月18日第三届军民融合发展高技术装备成果展览暨论坛活动上，中国卫星导航系统管理办公室主任冉承其表示，北斗三号全球组网卫星预计11月发射，今年年底前发射两组。当今，全球卫星导航系统（GNSS）不仅是国家安全和经济的基础设施，也是体现现代化大国地位和国家综合国力的重要标志。由于其在政治、经济、军事等方面具有重要的意义，世界主要军事大国和经济体都在竞相发展独立自主的卫星导航系统。
就普通百姓生活而言，卫星导航定位已经在我们生活中扮演了不可或缺的角色，如网络约车、地图导航等不甚枚举。在享受这些科技带给我们便利的同时，你是否想过，这背后究竟是什么原理呢？本文将从基本组成、原理及应用等几个方面，简要介绍卫星导航系统，希望能让大家有一个初步、直观的认识。卫星导航系统由三部分组成包括北斗系统在内的全球卫星导航系统通常由3部分构成：空间段、控制段和用户段。
简单地说，空间段由卫星组成，控制段涉及卫星的运行管理，用户段包括军用和民用接收机。空间段主要作用是产生并发送码信号与相位信号，并广播由地面控制段上传的导航电文。为了提供连续的全球定位服务能力，每个GNSS的星座必须包含足够数量的卫星，以确保在每个站可同时观测至少四颗卫星。卫星星座的选择必须遵循多种优化原则。设计中需要考虑用户定位精度、卫星可用性、服务范围和星座几何构型等。
GNSS卫星基本上都配置一个平台，该平台装载有原子钟、无线电收发器、微处理器和各种操控系统的辅助设备。如图2所示，卫星在空间受到多种摄动力的影响，其受力非常复杂。主控站在轨道确定时候需要考虑地球的非球形引力、地球潮汐、日月及大行星的引力和太阳光压等诸多因素。
控制段负责操控整个系统，主要功能有：控制并维持卫星星座，根据需要进行轨道机动或补偿故障卫星进行重新布位；监测并维护卫星健康；保持导航时间系统；预报卫星星历及钟参数；更新导航电文。控制段通常由一个主控站、若干监测站及地面天线组成。主控站控制并协调所有操作，监测站形成跟踪网，地面天线则是连接卫星的通信链路。导航系统大规模民用的成功很大程度上要归功于集成电路的革命，它使得接收机简单、轻便、价格大幅降低。
用户接收每颗卫星的信号，测定到卫星的距离，并利用卫星播发的电文可以确定卫星的位置。具备以上条件就可以通过交会原理算出用户的位置。用户通过接收卫星的信号测定自己到卫星的距离。接收机包含一个时钟，假定该钟与系统时间同步，如果测定的用户到卫星距离为r。则对如果以卫星为中心来看，则用户可能位于以卫星为中心半径为r的圆球上任意一点，因为该圆球上任意一点到卫星的距离都是r。
如果用户能测定其到三颗卫星的距离，则对每颗卫星就产生了三个假想圆球。则三个球会交会于空间一点，这一点就是用户的位置，如图3所示。从数学角度而言，每一个伪距观测数据，建立了一个用户位置与卫星位置（已知）的方程，三个卫星的伪距观测数据就是三个方程。用户在空间的位置用（x,y,z）表示，是三个未知数。三个方程解三个未知数，解法是较为成熟的。
在实际应用中，用户接收机通常与系统时间是有偏差的，这时候又多了一个未知数，所以最少需要接收4颗卫星信号。在观测到更多卫星的情况下，可以用统计方法最优估计出用户位置和钟差。以上就是伪距测量卫星定位的基本原理。伪距测量包含有很多的误差源，如信号的对流层、电离层延迟和相对论效应等，如图4所示。为了获得较高的精度，在定位计算时这些因素是需要考虑的。
除了测码伪距之外，还可以通过测量载波相位描述卫星与用户接收机的距离。载波相位测量精度远高于测码伪距，但是接收机开机历元测的是瞬时的拍频相位的小数部分，卫星至接收机初始相位整周数是未知的这需要在数据处理时候解决。而且，当接收机信号失锁时，整周模糊度会跳变，这都给数据处理带来复杂性。差分系统主要由基准站GNSS接收设备，数据处理与传输设备和用户GNSS接收机组成。
差分GNSS基本思想是在监控与管理中心增设GNSS接收机，并将其安设在坐标已知的基准站上。将基准站的伪距观测值与理论值做差发送给附近用户目标，并根据修正后的伪距计算用户位置。其中伪距修正量，包含了星历误差、大气传播误差等系统差。单参考站概念简单，但是随着参考站距离的增加其定位精度显著降低。多参考站采用空间合理分布的多个参考站确定差分改正数，并将改正数发送到接收机。
多参考站系统的缺点是系统结构复杂，提供服务的成本增加。增强系统提供额外的信息以增强空基定位、导航和授时。各性能指标包括：定位精度、可用性、完备性、可靠性，独立的完备性监测和预警能力服务于特殊的紧急任务。增强系统通常可以分为天基增强和地基增强系统。天基增强系统采用地面监测网对GNSS距离测量，观测数据通过广域网络发送到数据处理中心。主站根据观测数据计算卫星轨道、钟差和电离层相关改正数。
改正数和完备性信息通过C波段信号发送到卫星，卫星通过L波段将改正数和完备性信息转发给用户。地基增强系统的概念直接面向民用航空领域的紧急需求。增强系统通常只在局部有限范围提供，如机场周围。随着服务范围的扩大，地基增强系统就变成地基区域增强系统。辅助GNSS技术是一种结合了网络基站信息和GNSS信息对用户进行定位的技术。辅助GNSS的结构由一个导航模块和一个通信模块相互合作构成。
根据可提供的数据集不同，接收机可以在工作中得到一种或多种方式的辅助。通信信号通常比GNSS信号具有更大的数据传输能力，所以导航信息可以在很短时间内完成传输。由于辅助GNSS接收器与辅助服务器间的任务共享，所以辅助GNSS往往比普通的GNSS系统处理速度更快，有更高的效率。辅助GNSS系统不能显著提高定位精度，但是，通信链路可以用于传输差分改正和完备性信息。
将导航设备和通信设备紧密几何不仅可以实现各种系统的辅助增强，而且同时可以实现多种其他方面的应用。北斗卫星导航系统是中国着眼于国家安全和经济社会发展需要，自主建设、独立运行的卫星导航系统，是为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务的国家重要空间基础设施。
20世纪后期，中国开始探索适合国情的卫星导航系统发展道路，逐步形成了三步走发展战略：2000年年底，建成北斗一号系统，向中国提供服务；2012年年底，建成北斗二号系统，向亚太地区提供服务。目前，我国正在实施北斗三号系统建设。根据系统建设总体规划，计划2018年，面向“一带一路”沿线及周边国家提供基本服务；2020年前后，完成35颗卫星发射组网，为全球用户提供服务。
北斗系统的建设实践，实现了在区域快速形成服务能力、逐步扩展为全球服务的发展路径，丰富了世界卫星导航事业的发展模式。北斗系统具有以下特点：一是北斗系统空间段采用三种轨道卫星组成的混合星座，与其他卫星导航系统相比高轨卫星更多，抗遮挡能力强，尤其低纬度地区性能特点更为明显。二是北斗系统提供多个频点的导航信号，能够通过多频信号组合使用等方式提高服务精度。
三是北斗系统创新融合了导航与通信能力，具有实时导航、快速定位、精确授时、位置报告和短报文通信服务五大功能。GNSS技术是一种全天候、高精度的连续位置确定系统，并且具有定位速度快、费用低、效率高和灵活多样等特点，所以在定位导航、测绘工程、地球物理科学等领域具有广泛的应用。这里我们只列举部分应用。GNSS的传统应用是授时和位置导航。GNSS作为精密时间源，对商业和产业基础设施的影响巨大。
基于位置的服务是GNSS的主要市场，在航空、航海、铁路和公路方面都得到了广泛的应用。导航、通信和地理信息的集成为各种广阔的应用打开了大门。现代的GNSS测量与数据处理技术可以使得定位精度达到毫米级水平。这些方法的精度可以满足多种测绘领域应用，如地籍测量、大地控制网、局部或全球形变监测。连续的GNSS观测和高精度的位置监测，可以应用于地球科学的诸多科学研究。
如地球自转、地壳形变、板块运动、冰后回弹等。对于地震学、冰川学、气象学、地质学和环境监测等学科而言，GNSS是一种成本低、效率高的方法。GNSS技术还可以应用于中性大气监测、电离层监测等。有人曾说，未来的GNSS应用仅受人类想象力的限制。GNSS系统与应用技术发展迅猛，尤其是近些年我国北斗建设取得了举世瞩目的成就。其应用从基本的科学研究到日常生活，不断向之前我们不曾想象到的领域渗透。
在可预见的未来二三十年，GNSS技术前景依然是非常广阔的。