九天攬月、五洋捉鱉，是中國人自古以來的豪邁氣概，而要實現九天攬月、五洋捉鱉，精確的導航定位系統就必不可少。早在航海時代，為了在浩瀚的大洋上不至於迷失方向，人類就發明了各種各樣的導航定位系統。
地理大發現時代的地圖
而行軍打仗方面，地圖和導航的作用更深！從古至今，由於地圖搞錯，走錯路線，最終導致功虧一簣的戰役可以說層出不窮。比如人們耳熟能詳的滑鐵盧戰役，當時拿破崙親率主力部隊和英軍作戰，同時派遣了一名叫格魯希的蔣軍指揮3萬軍隊部署在軍陣側翼，以阻擋普魯士軍隊的襲擾。然而這名以恪盡職守而聞名的將軍就是因為走錯了方向，背離了戰場，導致法軍側翼暴露，並且由於沒有及時組織英軍和普軍合兵，最終導致了著名的"滑鐵盧慘敗"。法蘭西第一帝國的皇帝拿破崙也被徹底趕出了歐洲的政治舞臺。可見地圖、導航對於行軍打仗的重要意義。
在我國古代西漢時期，漢武帝曾經也曾經組織過針對匈奴的大規模討伐，其中包括衛青、霍去病、李廣等名將都各自率領一支大軍，向匈奴發動襲擊。而李廣率領的那支軍隊恰恰也是因為在沙漠裡迷了路，沒趕上會戰，最終導致匈奴的部分人馬逃出了包圍圈，雖然這一戰之後匈奴元氣大傷，被迫向北遠走西伯利亞，但是由於李廣的迷路，漢武帝全殲匈奴的計劃沒有實現。導航對於戰爭的重要意義由此可見一斑。
因為迷路而錯失戰機的李廣，最後因為羞愧竟然自殺身亡
現代戰爭之下，精確導航定位對於作戰的意義更甚於古代。以1991年海灣戰爭為例，當時美軍攻擊位於伊拉克幼發拉底河上的一處水電站，但該電站的發電機組四周都修建有厚實的鋼筋混凝土防護設施，很難被直接摧毀。為此美軍出動飛機連續投擲2枚"斯拉姆"空對地巡航飛彈對其進行攻擊。奇蹟就在於：兩枚斯拉姆飛彈，第一枚在水電站的水泥防護牆上炸開一個洞，第二枚斯拉姆精確的沿著這個洞鑽了進去，把水電站的發電機組炸了個稀爛。高精度導航系統在戰場上的首次亮相，就足以驚豔世人。
初代衛星導航系統——子午儀
其實在冷戰早期，美國就率先提出了研製全球定位系統的設想。因為在大規模戰爭，特別是帶有核武器的毀滅性戰爭中，由於雙方都有大量核彈頭可以使用，所以經過核彈轟炸之後的地表環境必然發生重大改變，這種情況下，任何部隊都很難獲取有效的導航定位幫助。為了能夠在這樣的毀滅性核大戰中生存並且依然能夠準確指揮部隊。美國人最早發明了"子午儀"衛星導航定位系統。
子午儀導航系統中的專用衛星
子午儀衛星導航定位系統最初由美國海軍發明和使用，這套系統的主要目的就是為海上的彈道飛彈核潛艇提供精確的定位導航服務。因為大海和陸地相比一望無際，也沒有什麼可以參考的坐標，通常只能依靠星光導航，但是星光導航受天氣影響較大且精度本身較差，難以滿足飛彈核潛艇定位需要。早在1960年代時期的美國第一代飛彈核潛艇所攜帶的還是"北極星A1"潛射彈道飛彈，這種飛彈的最大射程只有約2400千米，正是由於當時的潛射飛彈射程還比較近，所以如果導航定位出現偏差，則其攜帶戰略飛彈極有可能打偏而無法命中目標。所以美國海軍對於海上精確定位有非常高的要求，這也最終促成了美國海軍投資研製"子午儀"衛星導航系統。
子午儀系統由衛星網、地面跟蹤站、計算中心、注入站、美國海軍天文臺和用戶接收設備等6部分組成。其中衛星網很好理解，就是由固定軌道衛星所組成的衛星導航網絡。而子午儀系統總共有4～6顆低軌道衛星，其建設成本低，風險小，所以頗受美國海軍的歡迎。地面跟蹤站負責跟蹤所有衛星的運行軌跡，以確保整個系統的可靠性。計算中心和注入站比較特殊，因為子午儀衛星本身沒有安裝高精度原子鐘，因此每隔12小時，需要由計算中心提供數據，然後經注入站注入衛星計算機，以確保衛星數據事實上更新。美國海軍天文臺則負責修正每一顆衛星的數據偏差，以確保衛星、計算中心、注入站等組成部分的時間保持同步。用戶接收設備自然就是飛彈核潛艇上的接收機，通過接受子午儀系統的數據，來對自身潛艇位置進行精確定位。
子午儀系統的工作原理
1957年蘇聯發射人類第一顆衛星"斯普特尼克1號"，美國海軍在跟蹤觀測這顆衛星時偶然發現了衛星無線電的都卜勒效應。說直白一點，就是衛星在飛近某一地面觀測站時，其無線電信號頻率升高，而飛離某一地面站時，其無線電信號頻率降低。通過這種都卜勒效應，美國海軍可以精確測定衛星的飛行軌跡，而通過已知衛星的精確運行軌跡反過來就可以推導地面的信號接收裝置所處的位置，而這一點也是子午儀系統用於定位的基本原理。
功能進步的GPS系統
GPS衛星導航系統全稱為"Global Positioning System"，意思是全球導航定位系統。這套系統最初是美軍在子午儀衛星定位系統研製成功，並且投入使用多年以後，開發的一款導航定位的升級版本系統。這套系統最大的特點在於，它把原先僅限於特定海域導航定位的功能推廣到全球，無論是在非洲的沙漠還是兩極的冰雪中，只要手持GPS的定位儀，就可以準確定位自身所在位置，由此再也不會出現迷路、迷航等問題。軍事調動的準確性甚至是制導武器的射擊精度都由此得到大幅提升。
GPS導航衛星
GPS系統主要有三個組成部分：在軌衛星、地面控制站、用戶終端。其基本原理大概是利用三角測定法，任何一部手持GPS導航儀發出的信號只要被3顆在軌的GPS衛星接收到，那麼三顆衛星就可以根據自身運行的軌跡、在接收到信號的時間點所處位置和相對運動速度等參數準確推算出用戶所處地點，所有這一套工作僅僅是在數秒鐘的時間內自動完成，GPS系統的先進程度由此可見一斑。同時由於GPS系統有巨大的帶寬，所以它和子午儀系統不同，它不再是軍隊專用的系統，而是開放了部分民用數據，具備為日常生產生活、交通運輸等工作提供精確導航定位服務的能力。當然，和軍用系統相比，民用系統專門調低了精度，目前常用的民用版GPS導航精度通常在50～100米左右，而我們日常使用的民用版GPS導航系統還配屬有專門的地圖修正功能，所以使用者本人並不會感覺到這麼大的誤差。
原子鐘，大概就是這麼個東西，反正也看不懂
GPS系統要獲得高精度定位能力，最核心的技術是其攜帶的"原子鐘"。因為高速運行的衛星要通過三角法計算地面位置，就必須準確核對其受到地面信號的時間以及自身運行的軌道和相對速度，這裡面最重要的是時間核准。根據物理學的常識可知，時間和空間其實都不是固定的，而是可以拉伸或者收縮的，而能夠改變時間和空間的條件叫"引力"。任何物體自身的質量越大，則自身引力越大，也就越能夠改變時間和空間的變化。這一點聽起來似乎是天方夜譚，但是卻是真實存在的。例如我們常說的黑洞，由於其質量趨於無限大，因此黑洞周圍無論是時間還是空間都可以被拉伸到無限長，也就是近乎於時間停止的狀態。
科幻電影中的"黑洞"形象，由於質量趨於無限大，因此黑洞周圍的時間和空間也極度扭曲
同樣，由於地球是大質量物體，所以也具有改變時間和扭曲空間的能力。任何一台鐘表放在地面上和放在宇宙飛船上，其運行的速度是不一樣的，這一點在美國最初研製子午儀系統是就有所發現。在後來，美蘇兩國的太空競賽中雙方都對這一問題作出了研究，研究的結果是，由於地球引力的影響，地面上的原子鐘一定會比太空中的原子鐘走的時間慢一點。但是這延遲的萬分之一甚至是十萬分之一秒的時間，會對導航系統的定位精度構成嚴重的影響。所以美國早期的子午儀系統每隔12小時需要地面注入站重新注入數據並核對時間，就是通過這種方式不斷修正偏差，保證導航系統的定位精度。GPS系統則把這套原子鐘直接帶上太空，不過它也同樣需要地面控制站每隔一段時間對星上原子鐘進行校對，以儘可能減小誤差，保障導航精度。
測試中的戰斧巡航飛彈，正是因為GPS系統的成熟，才讓這種射程數千千米的遠程巡航飛彈成為現實
自從GPS系統問世後，就成為美國軍方所依靠的作戰輔助系統。在過去沒有全球導航定位系統的時代，無論是飛機、戰艦還是坦克都需要隨時校準自己的方位，以防迷航或者走錯路，因為一旦走錯，就意味著危險，甚至有可能遭到敵人的伏擊。而GPS系統出現後，美軍甚至做到人手一部GPS導航儀的水平。這樣即使在戰場上，單兵也能準確定位自己的坐標，從而避免出現迷路的尷尬。而且由於GPS系統的成熟和運用，射程超過2000千米的遠程巡航飛彈得以大規模使用。1991年海灣戰爭時，美軍首次使用的戰斧巡航飛彈，在飛行了2500千米後還能夠準確命中目標，其誤差不超過5米，這種精度基本上可以做到狙殺單個的人員，GPS在軍事上的應用可見一斑。
使用GPS制導的"傑達姆"精確制導炸彈
當今除了戰斧巡航飛彈和上文提到的斯拉姆空對地飛彈外，美軍新式的LRASM、JASSM等飛彈也都使用GPS導航系統，甚至包括空投的JADM炸彈等也使用了GPS制導。使用GPS系統，要遠比過去使用雷射、紅外或者雷達制導的成本低得多，但是命中精度卻能提升幾個數量級。因此得到美軍的廣泛使用。
不過，凡事有利就有弊，由於GPS系統需要和上萬千米高度的衛星保持聯繫才能確認自身方位，因此非常容易被測定方位，並且遭到幹擾。2012年12月伊朗媒體發布消息稱伊朗軍方成功使用GPS幹擾技術，誘騙並俘獲了1架美軍RQ-170型隱身無人偵察機。這一消息在當時轟動一時，因為這是首次有美軍的無人機被他國軍方俘獲，而且是直接使用的偽GPS幹擾技術。根據後來透露的資料，伊朗成功幹擾了真的GPS衛星信號，然後向無人機發布了虛假的GPS坐標，從而讓這架無人機偏離了航向，降落在伊朗境內。
除了電子幹擾這種"軟殺傷"手段外，使用反衛星飛彈或者大功率雷射武器直接摧毀GPS衛星也是有效摧毀GPS系統的辦法。目前包括中國、俄羅斯甚至印度都已經研製成功了自己的反衛星飛彈，特別是中俄等大國同樣裝備有大功率陸基雷射炮，而GPS衛星不同於其他的軍事間諜衛星，所有的GPS衛星都必須運行在相對準確的軌道上，並且要所有衛星一起工作才能夠確保系統的有效性，只要摧毀必要的衛星，整個系統就會癱瘓。而美國軍隊如今幾乎所有的高技術裝備全部建立在GPS導航定位系統的基礎上，這自然是有潛在危險的。
進擊的北鬥——中國導航系統的三步走
我國政府和軍方其實很早就意識到衛星導航定位系統對我國建設和國防的重大意義。因為我國是一個大國，東西、南北的距離都在5000千米以上，為了更有效的之行國土防衛任務，就需要大規模戰略調動部隊，而導航和定位是軍隊調動最重要的指示標識。
北鬥導航，我國自己的衛星導航系統
我國的北鬥導航定位系統最初類似於美國的子午儀系統，但是我國的第一代北鬥採用的是簡單的雙星定位技術，整套系統只需要2顆人造衛星和一處地面站，即可組網使用。不過這套系統的缺陷在於，控制範圍相對較小，只能滿足我國大陸的導航定位需求，無法覆蓋全球，甚至無法覆蓋整個亞太地區。所以我國在2007～2012年期間又建設了第二代北鬥導航系統。
通過北鬥系統的短消息功能，汶川救災效率得到大大提升
第二代北鬥導航定位系統由14顆導航衛星組成，由於美國最先研發並使用GPS系統，所以最優的衛星軌道和通信頻段都被美國人搶先，我國只能採用相對較差一點的衛星軌道和通信頻段，整合導致了我國的北鬥導航系統在所需衛星數量方面大大超過美國。在2008年汶川地震救災中，美國的GPS系統曾經一度失靈，但是廣大我軍和災區人民使用國產北鬥導航定位系統，成功完成多次搶險救災任務。而且北鬥系統從設計之初就優於GPS系統的特點在於，北鬥不僅可以用於導航定位，還可以用來發射文字短消息，這一點和手機簡訊功能類似。我國的北鬥導航定位系統在設計之初就附加了這一功能，由於在定位的同時還能發送120個漢字的短消息，所以在汶川救災中，很多深入災區的我軍救災先遣部隊在完全和外界失聯的情況下，憑藉著北鬥的短消息功能，成功救助了成千上萬平民。而在當時災區其他所有通信手段全部癱瘓的情況下，北鬥短消息成為我軍救災部隊和外界聯繫的救命符。
如今，第三代北鬥已經可以實現全球覆蓋，我們也有了自己的全球導航定位裝置
本月成功發射組網的已經是我國研製的第三代北鬥導航定位系統，目前全新的第三代北鬥導航系統終於實現了全球定位，成為和GPS功能相當的全球導航定位系統。而比GPS更加先進的是第三代北鬥依託我國的5G通信產業技術，因此具備更高的帶寬，可以容納更多的用戶。而且由於軌道設置的問題，我國的北鬥導航系統的精度反而要高於美制GPS系統，再加上北鬥可以用於發送短消息，特別是和救災搶險等非戰鬥任務，因此從技術層面上說，我國的第三代北鬥相對美國的GPS系統有著相當大的優勢。實際上如今我國各種車載導航儀、手機導航系統在基本層面上大多使用的是國產北鬥衛星導航定位系統，只不過使用民用版GPS作為輔助修正功能，只是在操作截面上保持了GPS的顯示方式，可以說北鬥導航已經滲透到了我們生活的方方面面，說一句"舉頭三尺有北鬥"其實並不為過。