从基础研究开始……

　　GPS系统的发展史也是一部基础研究首先创造重要的防卫技术，而后应用到商业用途的历史。许多其他技术的进步也归功于GPS系统的发展，包括卫星发射和控制技术、固态仪器、芯片、相关电路、异步技术、微波通信以及无线电导航。本文重点讲述了人们对于原子世界本质的探索，尤其是用于研究相对论和爱因斯坦的物理学的原子钟技术，是怎样促使人们发明出高精度时钟，而这些技术后来又是怎样与卫星跟踪技术联合，从而满足人们对其所处位置和方向这些基本问题的了解。

　　过去，人们辨别方向的唯一途径就是仰望太阳和星星的位置以及利用陆标定位法。即使是在现代时钟发明出来人们有可能确定其经纬度之后，这些最准确的仪器也只能准确定位到几英里以内。然而当前苏联于1957年10月4日成功发射“旅行者”号卫星之后，人们突然意识到这些“人造的星星”亦可用作导航工具。就在第二天夜晚，麻省理工学院林肯实验室的研究人员通过观察卫星接近时无线电信号频率的增强以及离开时频率的减弱，（这就是常说的多普勒效应）就能准确判断卫星飞行的轨道。人们在地面上就能准确确定卫星轨道这个事实标志着人类在地面定位方面迈出了第一步，也就是说人们可以通过接收从卫星上发回的信号确定一个地面目标的精确位置。

　　GPS系统的发展史也是一部基础研究首先创造重要的防卫技术，而后应用到商业用途的历史。

　　随后几年内，美国海军进行了一系列卫星导航系统的实验。第一项实验是1965年进行的传输系统实验，其目的在于满足携带北极星核导弹的潜艇的导航需要。这些潜艇每次都必须在水下隐藏数月，然而过去采用的陀螺仪定位方法（又被称作惯性导航）无法在如此漫长的时间里保证精确性。实验中的传输系统由不断围绕北极轨道飞行的六颗卫星组成。通过分析由卫星传送的无线电信号（本质上是度量信号的多普勒频变），潜艇便能在十至十五分钟内精确地确定自己的位置。一九七三年，国防部试图寻找一种安全的卫星导航装置。在那年劳动节的周末，五角大搂召开了一次讨论会，根据国防部与所有卫星制造厂商的合作经历最后决定了GPS系统的模式。洛克威尔公司制造的24颗“Navstar”卫星构成了GPS系统的重要组成部分，其中每一颗都相当于一辆大型汽车的大小，重约1900磅。卫星每十二小时环绕地球一周，其队型能确保地球上的任何一点每时每刻都可与至少四颗卫星保持无线电联络。第一颗运行卫星于1978年发射升空，到一九九三年全部二十四颗卫星均到位。

　　全球定位系统发展历史上的重大事件

　　这个重大事件时间表强调了物理学的早期研究尤其是原子钟对于全球定位系统的发展所起的作用，介绍了这些长期的基础研究在最终为社会带来重要贡献方面所起的价值。但本表并不是对GPS系统的发展历史进行全面的介绍。

　　1938年拉比在哥伦比亚大学发明了分子束磁共振技术。他和他的同事们将磁共振原理应用到对原子和分子的基础研究上。他们还讨论了用于度量重力红移现象的原子钟的可行性。拉比于1944年由于其卓越贡献被授予诺贝尔奖。

　　1949 诺曼·兰姆赛在哈佛大学发现了分离振荡场的共振原理，为此而获得1989年诺贝尔奖。杰罗德·扎奇里亚斯建议采用诺曼·兰姆赛发现的原理制造铯原子束钟，以此来精确度量重力红移现象。

　　1949 国家标准局采用基于氨气微波吸收的原子钟。铯原子束原子钟的工作已开始。