1957年10月4日,世界上第一颗人造地球卫星"火花号”(Sputnik)在苏联拜科努尔发射场发射,标志着人类航天时代来临。
1958年,美国约翰·霍普金斯大学科研人员注意到卫星信号的多普勒频移(Doppler shift),发现可利用卫星信号多普勒频移精确定轨,并转而利用精确的卫星轨道确定地面观测点的位置,从而开启了多普勒定位的理论研究和多普勒卫星及接收机的研发。
1964年,美国军方研制成功第一代多普勒卫星定位导航系统-子午卫星系统,又称海军导航卫星系统(Navy Navigation Satellite System,NNSS).同期,苏联建 立了用于船舶导航的“圣卡达”(CICADA)多普勒卫星导航系统。但是 NNSS 和CICADA 系统存在卫星数目少、无线电信号经常间断、观测所需时间较长、精度低等缺陷。
1967~1974年,美国海军研究实验室发射三颗“Timation”计划试验卫星,试验并实现了原子钟授时系统。同期美国空军在“621-B”计划中成功研发了伪随机 噪声码(pseudo random noise code,PRN)调制信号的现代通信手段。
1968年,美国国防部成立导航卫星执行指导小组(Navigation Satellite Executive Group,NAVSEG),筹划下一代导航定位系统。
1973年,美国国防部整合海陆空三军联合研制基于“时差测距导航”原理的第二代卫星导航全球定位系统(Navigation by Satellite Timing and Ranging/Global Positioning System,NAVSTAR/GPS).
从1974年7月发射第一颗GPS 试验卫星,1978年卫星组网,到1994年3月完成卫星星座布设和地面监控系统的建设,历时20年,耗资300亿美元,经历了方案论证(1974~1978年)、系统建设(1979~1987年)、试验运行(1988~1993年)三个阶段,GPS成为覆盖全球的全天候高精度导航定位系统,它的应用扩展到军事济、大众生活和科学研究各行各业。
苏联在1982年启动了全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite Systom GLONASS)的建设,中间因苏联解体而耽搁,然后由俄罗斯继续投资于1996年建成,成为又一个基于时差测距的导航定位系统。中国的北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)自 1983年开始筹划论证,2000~2003年完成“北斗一代”系统构建。该系统属于主动型局域
实时导航定位系统,其独特之处是同时具有导航定位与短报文通讯的功能。虽然它的覆盖区域和定位精度赶不上GPS,但是它系统简单,投资少、周期短,满足了我国当时国防和建设的急需。从2007年开始的“北斗二代”系统则是和GPS相同的。基于时差测距的导航定位系统,2012年覆盖并服务整个亚太地区,计划2020年完成组网覆盖全球(北斗三代)并提供全球的高精度导航定位服务。同时,北斗系统沿袭了提供短报文服务的独特优势。
欧盟的伽利略卫星导航系统(Galileo Navigation Satellite System)也是基于“时差测距导航”原理的高精度导航定位系统。自1994年开始系统方案论证,2002年启动,几经延迟至2016年底已具备初步运行能力,全部卫星计划于2020年发射完毕。
此外,正在建设的还有日本的准天顶卫星系统(Quasi-zenith Satellite System,QZSS)和印度的区域性卫星导航系统(Indian Regional Navigation Satellite System,IRNSS).
为了促使全球卫星导航领域的发展和合作,特别是提供提高精度导航定位
服务,支持大地测量和地球动力学研究,国际大地测量协会(International
Association of Geodesy,IAG)于 1993年组建了国际GPS服务组织(International GPS Service,IGS),并于1994年1月1日开始工作。随着世界上其他导航系统的出现,它于1999年改名为国际GNSS 服务(International GNSS Service),简称仍为IGS。
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