美国的“全球定位系统”(GPS)、俄罗斯的“全球导航卫星系统”(GLONASS)、中国的北斗卫星导航系统(BDS)和欧洲的“伽利略”全球导航卫星系统(GALILEO)是世界4个全球卫星导航系统。美国的GPS是最早出现且技术最完善的卫星导航系统,该系统始于20世纪70年代中期,于1995年宣布实现全球完全服务。截至2019年,只有美国的GPS和俄罗斯的Glonass是在提供完全服务,中国的BDS与欧洲的伽利略系统也将陆续提供全球服务。
卫星导航系统由空间段、地面段和用户段3部分组成。空间段由多颗导航卫星构成空间导航星座,为用户提供时空基准和服务信号。地面段包括跟踪站、遥测站、计算中心、注入站及时间统一系统等部分,负责对导航卫星进行跟踪、测量、预报卫星轨道、控制并管理星上设备。跟踪站用于跟踪和测量卫星的位置坐标。遥测站接收卫星发来的遥测数据,以供地面监视和分析星上设备的工作情况。计算中心根据这些信息计算卫星的轨道,预报下一段时间内的轨道参数,确定需要传输给卫星的导航信息,并由注入站向卫星发送。用户段通常指能输出定位结果的信号接收设备,该设备接收卫星发出的定位信号,从中解调并译出卫星轨道参数和定时信息等,同时测出导航定位参数(距离、距离差和距离变化率等),然后解算获得用户的位置坐标(二维或三维坐标)、时间信息和速度矢量分量。用户段的定位设备可分为船载、机载、车载和单人背负等多种形式。
卫星导航系统是自20世纪70年代以来导航领域的最大技术进步,对人类社会进步的影响深远且全面。