我們生活在一個(gè)三維空間中，任何一個(gè)物體都處在一個(gè)特定的位置，任何移動(dòng)都從一個(gè)位置到另一個(gè)位置的過(guò)程，而這其中都離不開(kāi)導(dǎo)航定向。定向就是確定方向，例如你走在街上，你需要確定向東還是向北。導(dǎo)航就是在行進(jìn)中引導(dǎo)從一個(gè)位置到另一個(gè)位置的方法。

生命自誕生以來(lái)，就具備一定的導(dǎo)航能力，我們統(tǒng)稱(chēng)為本能導(dǎo)航。具體可以包括：視覺(jué)導(dǎo)航、嗅覺(jué)導(dǎo)航（小狗）、觸角導(dǎo)航（螞蟻）、超聲波導(dǎo)航（蝙蝠）、磁力導(dǎo)航（鴿子）等等。

視 覺(jué)導(dǎo)航就是通過(guò)眼睛捕捉視覺(jué)圖像來(lái)獲取目標(biāo)在空間中的位置、方向以及所處的環(huán)境的信息，我們?nèi)祟?lèi)最主要的本能導(dǎo)航就是利用我們的雙眼進(jìn)行的視覺(jué)導(dǎo)航。而動(dòng) 物則會(huì)利用自身最具優(yōu)勢(shì)的感知能力進(jìn)行導(dǎo)航，例如小狗會(huì)利用敏銳的嗅覺(jué)找尋領(lǐng)地與食物，螞蟻會(huì)利用觸角進(jìn)行找到回穴的路，蝙蝠會(huì)利用超聲波在黑暗中躲避障 礙物，鴿子會(huì)利用磁力導(dǎo)航長(zhǎng)途飛行。

這些導(dǎo)航能力更多是我們與生俱來(lái)，而在后天學(xué)習(xí)過(guò)程中，我們也在不斷學(xué)習(xí)新的導(dǎo)航方式。

61萬(wàn)年前，北京猿人在打獵過(guò)程中，一邊走一邊用用石斧對(duì)沿途的樹(shù)木進(jìn)行標(biāo)記，以找到回巢的路，這就是典型的標(biāo)志導(dǎo)航。事實(shí)上，沿途的任何東西，只要能夠幫助你判斷方向的，都可以作為標(biāo)志物。希臘人在公元前5?世紀(jì)就已知道在夜里用燈塔來(lái)指示港口[1]。時(shí)至今日，馬路街頭形形色色各種的路標(biāo)指示牌，也是標(biāo)志導(dǎo)航。

廣闊的星空，白天有太陽(yáng)，晚上有星星，這也成為了天然的導(dǎo)航標(biāo)志，天文導(dǎo)航就是利用這些自然天體來(lái)確定自身位置和航向的導(dǎo)航技術(shù)[2]。

由于北極星最靠近正北的方位，源于古代漢族人民對(duì)遠(yuǎn)古星辰的自然崇拜，千百年來(lái)地球上的人們也靠它的星光來(lái)導(dǎo)航。西漢早期（公元前179--前122）的《淮南子·齊俗訓(xùn)》就寫(xiě)到，“夫乘舟而惑者，不知東西，見(jiàn)斗極則悟矣?！?。這就是說(shuō)船行駛在大海之中，四面都是水，不能分辨出東西方向而迷惑了，這時(shí)可以借助于北斗星或北極星來(lái)分辨方向[3]。

東晉高僧法顯（334年—422年）曾遠(yuǎn)行到天竺（今印度）取經(jīng)，回國(guó)后撰《佛國(guó)記》，書(shū)中記載其浮海東歸的經(jīng)歷時(shí)說(shuō)：“大海彌漫無(wú)邊，不識(shí)東西，唯望日月星宿以進(jìn)。若陰雨時(shí)，為風(fēng)逐去，亦無(wú)準(zhǔn)，……至天晴已，乃知東西，還復(fù)望正而進(jìn)。”這就是說(shuō)，除掉夜觀辰極以定向以外，白天還可以用太陽(yáng)來(lái)確定方向。但如果遇到陰雨天看不到太陽(yáng)、星星和月亮?xí)r，只有等到天晴日出有星之時(shí)，才能分辨出方向，糾正船的正確方向繼續(xù)航行[4]。

日晷，利用太陽(yáng)的投影方向來(lái)測(cè)定并劃分時(shí)刻。人類(lèi)使用日晷的歷史非常遙遠(yuǎn)，古巴比倫在遠(yuǎn)古時(shí)期的6000年前就開(kāi)始使用了，中國(guó)是在3000多年前的周朝。中國(guó)最早的可靠記載是《隋書(shū)·天文志》中提到的袁充于594年(隋開(kāi)皇十四年)發(fā)明的短影平儀(即地平式日晷)。赤道日晷的明確記載初見(jiàn)于南宋曾敏行的《獨(dú)醒雜志》卷二中提到的晷影圖。

如果在海中航行只知道南、北方向，而不知道具體位置，仍會(huì)迷失航向，不能順利到達(dá)目的地。隨著航海事業(yè)的發(fā)展，就逐漸形成了一種叫做“牽星術(shù)”的天文航海導(dǎo)航技術(shù)，主要是利用牽星板來(lái)測(cè)定船舶在海中的方位[5]。

利用牽星板來(lái)測(cè)定船體所在的緯度，這是一項(xiàng)重大的發(fā)明。對(duì)于遠(yuǎn)洋航海來(lái)說(shuō)，有著重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值，具有劃時(shí)代的意義。

鄭和船隊(duì)在航海中，以航海圖中對(duì)沿岸和島嶼的牽星記載和“過(guò)洋牽星圖”為依據(jù)，不但到過(guò)印度、伊朗，其第五、第六次出海還到過(guò)東非的索馬里，其間的各條航線相復(fù)雜。牽星術(shù)的使用，使鄭和團(tuán)隊(duì)在幾次航海中，能夠解決判斷船舶的地理位置與航行方向，確定船隊(duì)的航向等一系列問(wèn)題，它代表了15世紀(jì)利用天文導(dǎo)航的世界先進(jìn)水平[6]。

17世紀(jì)世界航海事業(yè)興起，1731年約翰·哈德瑞在研究胡克和牛頓早期實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，在倫敦發(fā)明和研制了“六分儀”。該儀器能在不穩(wěn)定的船甲板上精確地測(cè)量角度，使領(lǐng)航員可以觀測(cè)天體高度，為以后天文航海中求“天文船位”提供了技術(shù)手段[7]。

但天文導(dǎo)航很大程度上受限于天氣，指南針的發(fā)明與應(yīng)用，開(kāi)創(chuàng)了航海史的新紀(jì)元。指南針是古代漢族勞動(dòng)人民在長(zhǎng)期的實(shí)踐中對(duì)物體磁性認(rèn)識(shí)的結(jié)果，是一種地磁導(dǎo)航。作為中國(guó)古代四大發(fā)明之一。主要組成部分是一根裝在軸上的磁針，磁針在天然地磁場(chǎng)的作用下可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)并保持在磁子午線的切線方向上，磁針的北極指向地理的北極，利用這一性能可以辨別方向。常用于航海、大地測(cè)量、旅行及軍事等方面。11世紀(jì)末或12世紀(jì)初，中國(guó)船舶就開(kāi)始使用指南針導(dǎo)航。北宋《萍州可談》：“舟師（掌舵者）識(shí)地理，夜則觀星，晝則觀日，陰晦觀指南針?！?寫(xiě)的就是航海中的導(dǎo)航需要“夜間看星星，白天看太陽(yáng)，在陰天看指南針”[8]。

20世紀(jì)隨著電子信息技術(shù)的法速發(fā)展，其中重要發(fā)明之一就是無(wú)線電導(dǎo)航。由于電磁波的傳播基本上不受白天黑夜與晴雨風(fēng)霜雪的限制，即使在惡劣氣候與能見(jiàn)度不良的條件下，時(shí)時(shí)刻刻都可借助無(wú)線電信號(hào)有效地進(jìn)行導(dǎo)航，而且測(cè)量迅速、精度與可靠性比較高。自20世紀(jì)20年代世界上第一個(gè)無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)，即無(wú)線電信標(biāo)問(wèn)世以來(lái)，在后續(xù)的短短70年里就發(fā)展了近百個(gè)系統(tǒng)。而且業(yè)務(wù)也由陸基發(fā)展到了空基；由單一功能發(fā)展到多功能，作用距離也由近及遠(yuǎn)乃至全球；定位精度由粗到精，甚至高達(dá)厘米量級(jí)；其應(yīng)用亦由軍事領(lǐng)域擴(kuò)展到國(guó)民經(jīng)濟(jì)以及國(guó)計(jì)民生和科學(xué)研究諸領(lǐng)域[9]。典型的無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)包括：無(wú)線電信標(biāo)（Radio Beacon）、臺(tái)卡（Decca）、伏爾/測(cè)距器（VOR/DME）、塔康（Tacan）、羅蘭C（Loran C）等等。雷達(dá)就是用無(wú)線電的方法發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并測(cè)定它們的空間位置[10]。

當(dāng)然，應(yīng)用最廣泛的無(wú)線電導(dǎo)航就是衛(wèi)星導(dǎo)航了，第一代衛(wèi)星電子導(dǎo)航系統(tǒng)的代表是美國(guó)海軍武器實(shí)驗(yàn)室委托霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室研制的海軍導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)（Navy Navigation Satellite System —— NNSS）。在該系統(tǒng)中衛(wèi)星的軌道都通過(guò)地極，故也稱(chēng)"子午儀（Transit）衛(wèi)星系統(tǒng)"。1964年該系統(tǒng)建成后即被美國(guó)軍方使用，1967年將星歷解密而提供民用服務(wù)[11]。但子午儀系統(tǒng)存在著無(wú)法連續(xù)使用和不能作高動(dòng)態(tài)導(dǎo)航定位，從而推動(dòng)了第二代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)——GPS的產(chǎn)生和發(fā)展[12]。

GPS是美國(guó)國(guó)防部建立的一個(gè)全天候、空基導(dǎo)航系統(tǒng)。從1973年到1993年，GPS系統(tǒng)的建立經(jīng)歷了近20年，耗資300億美元，它是繼阿波羅登月計(jì)劃和航天飛機(jī)計(jì)劃后的第三項(xiàng)龐大空間計(jì)劃 。

牛頓力學(xué)標(biāo)志著現(xiàn)代科技時(shí)代的來(lái)臨，其標(biāo)志性產(chǎn)物除了衛(wèi)星導(dǎo)航，另一個(gè)就是慣性導(dǎo)航[13]。慣性導(dǎo)航是利用慣性元件來(lái)測(cè)量運(yùn)載體本身的加速度，經(jīng)過(guò)積分和運(yùn)算得到速度和位置，從而達(dá)到對(duì)運(yùn)載體導(dǎo)航定位的目的。組成慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)備都安裝在運(yùn)載體內(nèi)，工作時(shí)不依賴(lài)外界信息，也不向外界輻射能量，不易受到干擾，是一種自主式導(dǎo)航系統(tǒng)。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)1954年在飛機(jī)上就試飛成功。1958年，“舡魚(yú)”號(hào)潛艇依靠慣性導(dǎo)航穿過(guò)北極在冰下航行21天。系統(tǒng)具有體積小、成本低、精度高、不依賴(lài)外界信息、不向外界輻射能量、抗干擾能力極強(qiáng)、隱蔽性好等特點(diǎn)，成為衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的重要輔助技術(shù)手段。

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隨著科技的發(fā)展，導(dǎo)航的定向精度在進(jìn)一步提高，也逐步出現(xiàn)了各類(lèi)仿生學(xué)導(dǎo)航定向技術(shù)，例如計(jì)算機(jī)視覺(jué)導(dǎo)航，導(dǎo)航技術(shù)越來(lái)越自動(dòng)化，智能化，與我們每個(gè)人的日常生活都分不開(kāi)。

[1]?http://tieba.baidu.com/p/3395693844

[2]陳義?&?程言, "天文導(dǎo)航的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀及前景,"?中國(guó)水運(yùn)：理論版,?vol. 4, pp. 27-28, 2006

[3]?http://blog.sina.com.cn/s/blog_4ffa0e0d01007vzv.html

[4]?http://blog.sina.com.cn/s/blog_4ffa0e0d01007vzv.html

[5]?http://blog.sina.com.cn/s/blog_4ffa0e0d01007vzv.html

[6]?http://blog.sina.com.cn/s/blog_4ffa0e0d01007vzv.html

[7]吳振林, "漫話(huà)導(dǎo)航技術(shù)," 石油知識(shí), 1992.

[8]陳義?&?程言, "天文導(dǎo)航的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀及前景,"?中國(guó)水運(yùn)：理論版,?vol. 4, pp. 27-28, 2006.

[9]謝世富, "漫話(huà)導(dǎo)航(二)——神奇的無(wú)線電導(dǎo)航,"?電子世界,?vol. 1, pp. 61-63, 2001.

[10]?http://baike.baidu.com/link?url=x8kgPJg-dzW5XbKGc5fp-nnYhnVnjbxQOshQITmHSw_L3vw6MjSUSDOusyfqgmRA-hS4iFb9DXWN8x5imFNtQBlzgo6AZjZlmlJH7SK69Pm

[11]?http://blog.3snews.net/space.php?uid=64&do=blog&id=3678

[12]吳振林, "漫話(huà)導(dǎo)航技術(shù),"?石油知識(shí),?1992.

[13]胡小平,?吳美平,&?武元新, "導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展研究," in?2010-2011控制科學(xué)與工程學(xué)科發(fā)展報(bào)告, 2011.