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在日常生活中，人們出門越來越離不開導航，面對四通八達的交通網絡，只要打開導航系統就不會迷路。你知道導航系統是如何工作嗎？人類又是如何通過人造衛星來觀察地面上的人與汽車呢？ 導航衛星是如何指路的 古時候，人類依靠太陽、月球、北極星等星體來辨別方向，后來又發明了羅盤和指南針。直到20世紀，人類才發明了電信標，從此踏上了海洋船舶與航空器導航的新征程。

1957年10月4日，世界上第一顆人造衛星由前蘇聯發射成功，之后美國科學家在跟蹤它的過程中發現了多普勒效應，他們認識到：通過衛星所測量到的多普勒頻移，能夠確定衛星的運行軌跡，而知道了衛星的軌跡，就可以反推出接收機所在的位置。這一科學發現幫助人類建立高精度、全天候的衛星導航定位系統。

很多人一想到導航系統，腦海中立即會出現“GPS”這三個字母，“GPS”開創了衛星導航的先河，因此被人們認為是衛星導航系統的代名詞。那么，究竟什么是衛星導航系統呢？它又是如何給人類指路的？ 衛星導航系統主要由三個部分組成，它們分別是用戶定位設備、地面臺站和導航衛星。我們以“GPS”為例來說明衛星定位系統的基本原理：“GPS”由32顆中高軌道衛星組成，它們均勻地公布在距離地面約20200千米的6個傾斜軌道上，以12小時的周期環繞地球運行。它們與地面臺站組成網絡，每隔1～3秒就會向全球用戶播報信息，讓地球上任何地方的用戶都能夠在任何時間接收到至少4顆衛星信號。

這些信號能夠給用戶提供最精確、最新的定位，其精度甚至可以達到5米以內。

人造衛星如何“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“順風耳”，現代遙感衛星的出現幫助人類實現了這個夢想。遙感衛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？因為衛星上安裝了高分辨率相機和各種遙感設備，它們就是衛星的“千里眼”。

衛星上安裝的可見光學遙感相機，與平常生活中見到的相機沒有本質上的區別，不過焦距卻達到了幾米到十幾米，通光口徑也很大，主鏡頭的直徑有1米。只是加大鏡頭會受到材料及制造工藝的限制，為了解決這個問題，科學家又研制出了用電荷耦合器件模擬合成孔徑的相機，得到的數據由計算機來處理，能夠將多張數碼照片疊加得到高清圖像。

人造衛星在天上，如何才能拍出質量較好的照片呢？最重要的因素就是光照條件。光學遙感衛星要在有最佳日照時拍照，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，衛星距離地面的高度不變，而且衛星經過的所有區域都是白天最佳的光照時刻。良好的光照條件為拍照高質量照片打好了基礎。

當然，雖然這些光學成像衛星都擁有“千里眼”，不過也有它們看不到的區域，比如處于陰暗處的被測目標，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，衛星上的可見光相機就看不到了。 真正能夠無所不見的是多光譜遙感和微波遙感技術，它們才是真正的“千里眼”。一臺多光譜探測器既能夠監測全球的氣候變化，又能夠對汽車進行精細的觀測。

（來源：科普中國-科學原理一點通）