經(jīng)過(guò)20余年的實(shí)踐證明，GPS系統(tǒng)是一個(gè)高精度、全天候和全球性的無(wú)線電導(dǎo)航、定位和定時(shí)的多功能系統(tǒng)。GPS技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為多領(lǐng)域、多模式、多用途、多機(jī)型的國(guó)際性高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。GPS系統(tǒng)由空間部分、地面測(cè)控部分和用戶設(shè)備三部分組成。

由主控站（負(fù)責(zé)管理、協(xié)調(diào)整個(gè)地面控制系統(tǒng)的 工作）、地面天線（在主控站的控制下，向衛(wèi)星注入尋電文）、監(jiān)測(cè)站（數(shù)據(jù)自動(dòng)收集中心）和通訊輔助系統(tǒng)（數(shù)據(jù)傳輸）組成；

GPS系統(tǒng)的空間部分由空間GPS衛(wèi)星星座組成。GPS衛(wèi)星星座原計(jì)劃是將24顆衛(wèi)星均勻分布在6個(gè)不同的軌道平面上，而發(fā)展到今天，在軌道上運(yùn)行的衛(wèi)星數(shù)量已經(jīng)達(dá)到27顆。每個(gè)軌道平面與赤道平面的傾角大約55度。在地球上任何地點(diǎn)任何時(shí)刻都能觀測(cè)到5－8顆衛(wèi)星。每顆衛(wèi)星都利用兩個(gè)L載頻傳送信號(hào)，即L1（1 575.42 MHz）和L2（1 227.26 MHz）。每顆衛(wèi)星都在完全相同的頻率上傳送信號(hào)，但每顆衛(wèi)星的信號(hào)在到達(dá)用戶之前都經(jīng)過(guò)了多普勒頗移。L1承載精密（P）碼和粗/捕獲（C/A）碼，L2僅承載P碼。導(dǎo)航的數(shù)據(jù)報(bào)文疊加在這些碼上，兩個(gè)載頻上承載著相同的導(dǎo)航數(shù)據(jù)報(bào)文。P碼通常是加密的，只有C/A碼可供民用。

主要由GPS接收機(jī)和衛(wèi)星天線組成，GPS接收機(jī)，根據(jù)型號(hào)分為測(cè)地型、全站型、定時(shí)型、手持型、集成型，根據(jù)用途分為車載式、船載式、機(jī)載式、星載式、彈載式。 ^[1] 

全球定位系統(tǒng)(GPS）是20世紀(jì)70年代由美國(guó)陸?？杖娐?lián)合研制的新一代空間衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。

其主要目的是為陸、海、空三大領(lǐng)域提供實(shí)時(shí)、 全天候和全球性的導(dǎo)航服務(wù)，并用于情報(bào)收集、核爆監(jiān)測(cè)和應(yīng)急通訊等一些軍事目的，是美國(guó)獨(dú)霸全球戰(zhàn)略的重要組成。經(jīng)過(guò)20余年的研究實(shí)驗(yàn)，耗資300億美元，到1994年3月，全球覆蓋率高達(dá)98%的24顆GPS衛(wèi)星星座己布設(shè)完成。

24顆GPS衛(wèi)星在離地面1萬(wàn)2千公里的高空上，以12小時(shí)的周期環(huán)繞地球運(yùn)行，使得在任意時(shí)刻，在地面上的任意一點(diǎn)都可以同時(shí)觀測(cè)到4顆以上的衛(wèi)星。

由于衛(wèi)星的位置精確可知，在GPS觀測(cè)中，衛(wèi)星到接收機(jī)的距離，利用三維坐標(biāo)中的距離公式，利用3顆衛(wèi)星，就可以組成3個(gè)方程式，解出觀測(cè)點(diǎn)的位置（X,Y,Z）?？紤]到衛(wèi)星的時(shí)鐘與接收機(jī)時(shí)鐘之間的誤差，實(shí)際上有4個(gè)未知數(shù)，X、Y、Z和鐘差，因而需要引入第4顆衛(wèi)星，形成4個(gè)方程式進(jìn)行求解，從而得到觀測(cè)點(diǎn)的經(jīng)緯度和高程。

事實(shí)上，接收機(jī)往往可以鎖住4顆以上的衛(wèi)星，這時(shí)，接收機(jī)可按衛(wèi)星的星座分布分成若干組，每組4顆，然后通過(guò)算法挑選出誤差最小的一組用作定位，從而提高精度。

由于衛(wèi)星運(yùn)行軌道、衛(wèi)星時(shí)鐘存在誤差，大氣對(duì)流層、電離層對(duì)信號(hào)的影響，以及人為的SA保護(hù)政策，使得民用GPS的定位精度只有100米。為提高定位精度，普遍采用差分GPS(DGPS）技術(shù)，建立基準(zhǔn)站（差分臺(tái)）進(jìn)行GPS觀測(cè)，利用已知的基準(zhǔn)站精確坐標(biāo)，與觀測(cè)值進(jìn)行比較，從而得出一修正數(shù)，并對(duì)外發(fā)布。接收機(jī)收到該修正數(shù)后，與自身的觀測(cè)值進(jìn)行比較，消去大部分誤差，得到一個(gè)比較準(zhǔn)確的位置。實(shí)驗(yàn)表明，利用差分GPS，定位精度可提高到5米。

定位服務(wù)

聯(lián)邦無(wú)線電導(dǎo)航計(jì)劃中規(guī)定的GPS定位服務(wù)包括精密定位服務(wù)（PPS）和標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)（SPS）。

⑴PPS 授權(quán)的精密定位系統(tǒng)用戶需要密碼設(shè)備和特殊的接收機(jī)，包括美國(guó)軍隊(duì)、某些政府機(jī)構(gòu)以及批準(zhǔn)的民用用戶。

⑵SPS 對(duì)于普通民用用戶，美國(guó)政府對(duì)于定位精度實(shí)施控制，僅提供SPS服務(wù)。SPS服務(wù)可供全世界用戶免費(fèi)、無(wú)限制地使用。

（1）全天候；

（2）全球覆蓋；

（3）三維定速定時(shí)高精度；

（4）快速省時(shí)高效率；

（5）應(yīng)用廣泛多功能。

大方面來(lái)說(shuō)：

（1）陸地應(yīng)用，主要包括車輛導(dǎo)航、應(yīng)急反應(yīng)、大氣物理觀測(cè)、地球物理資源勘探、工程測(cè)量、變形監(jiān)測(cè)、地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、 市政規(guī)劃控制等；

（2）海洋應(yīng)用，包括遠(yuǎn)洋船最佳航程航線測(cè)定、船只實(shí)時(shí)調(diào)度與導(dǎo)航、海洋救援、海洋探寶、水文地質(zhì)測(cè)量以及海洋平臺(tái)定位、海平面升降監(jiān)測(cè)等；

（3）航空航天應(yīng)用，包括飛機(jī)導(dǎo)航、航空遙 感姿態(tài)控制、低軌衛(wèi)星定軌、導(dǎo)彈制導(dǎo)、航空救援和載人航天器防護(hù)探測(cè)等。

從市場(chǎng)分布來(lái)說(shuō)

衛(wèi)星導(dǎo)航的應(yīng)用是建立導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的根本出發(fā)點(diǎn)，也是其最終的歸宿。通常衛(wèi)星導(dǎo)航的應(yīng)用市場(chǎng)可以分為三大方面，是專業(yè)市場(chǎng)、批量市場(chǎng)和安防市場(chǎng)。全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，從應(yīng)用的角度可分成以下10類加以簡(jiǎn)述，這就是：航空、航海、通信、人員跟蹤、消費(fèi)娛樂(lè)、測(cè)繪、授時(shí)、車輛監(jiān)控管理，和汽車導(dǎo)航與信息服務(wù)。

其它具體分類

1. 航空 歐洲的Galileo便是新建的全球?qū)Ш叫亲?，它與GPS配合起來(lái)，可以大大提高導(dǎo)航衛(wèi)星的可用性，使單一的GPS市區(qū)可用性從55%提高到GPS/Galileo共用時(shí)的95%。GPS技術(shù)建立廣域增強(qiáng)系統(tǒng)(WAAS）逐步代替原先的微波著陸/儀表著陸系統(tǒng)，美國(guó)的WAAS系統(tǒng)計(jì)劃在2003年下半年運(yùn)營(yíng)，地面改正數(shù)據(jù)可以通過(guò)靜地衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)給飛機(jī)。

2. 航海 衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)廣泛地用于海上行駛的各類船只，DGPS則廣泛地用于沿岸與進(jìn)港，以及內(nèi)河行駛的船只，精度可達(dá)到2-3m。在衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)與無(wú)線通信手段集成后，該系統(tǒng)便成為一個(gè)位置報(bào)告系統(tǒng)和緊急救援系統(tǒng)。許多漁船將GPS與雷達(dá)和魚探器結(jié)合在一起，產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

3. 通信與導(dǎo)航的融合 衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)與無(wú)線電通信機(jī)的結(jié)合是自然發(fā)生的，這種融合產(chǎn)生的意義是非常深遠(yuǎn)的。實(shí)際上，這是移動(dòng)計(jì)算機(jī)（PDA）、蜂窩電話和GPS接收機(jī)的系統(tǒng)集成和完美整合。

4. 人員跟蹤 個(gè)人跟蹤的應(yīng)用需求與E911這類導(dǎo)航手機(jī)或稱定位手機(jī)思路相似，但其產(chǎn)品類型和主要功能定位則與它們大相徑庭。首先要求其體積和功耗要小，便于隱藏或佩帶，如手表之類。其應(yīng)用功能可以由中心加以激活或啟動(dòng)，以利于獲取佩帶者所在位置。

5. 消費(fèi)娛樂(lè) 徒步旅行者、獵人、越野滑雪者，野外工作人員和戶外活動(dòng)者213年常應(yīng)用袋式GPS定位器，配上電子地圖，可以在草原、大漠、鄉(xiāng)間、山野或無(wú)人區(qū)內(nèi)找到自己的目的地。

6. 測(cè)繪 GPS測(cè)繪還可用于繪圖、地藉測(cè)量、地球板塊測(cè)量、火山活動(dòng)監(jiān)測(cè)、GIS領(lǐng)域、大橋監(jiān)測(cè)、水壩監(jiān)測(cè)、滑坡監(jiān)測(cè)、大型建筑物監(jiān)測(cè)等。這種測(cè)量技術(shù)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)化（RTK）可以用于海洋河道公路測(cè)量，以及礦山、大型工程建設(shè)工地等作為自動(dòng)化管理和機(jī)械控制。

7. 授時(shí) GPS設(shè)備還用于作為時(shí)間同步裝置，特別是作為交易處理定時(shí)（如在ATM機(jī)中）和通信網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用。

8. 車輛監(jiān)控管理

9. 汽車導(dǎo)航與信息服務(wù)

10. 其它

1．GLONASS系統(tǒng)概述 1982年，俄羅斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)GLONASS的第一顆衛(wèi)星升空，從此開始應(yīng)用于測(cè)量與導(dǎo)航領(lǐng)域。

2．GLONASS定位技術(shù) GLONASS的定位技術(shù)與GPS相同，即以精確的定時(shí)和衛(wèi)星量程計(jì)算為基準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行。

3．GPS與GLONASS系統(tǒng)比較 GPS和GLONASS系統(tǒng)有很多相似之處，但很明顯GLONASS努力采用較少的衛(wèi)星數(shù)量。

1.Galileo系統(tǒng)的提出 1999年6月召開的歐洲交通運(yùn)輸部長(zhǎng)會(huì)議通過(guò)了撥款3700萬(wàn)歐元完成被稱為Galileo的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。2008年投入運(yùn)營(yíng)。

2.Galileo系統(tǒng)的選擇與挑戰(zhàn) 如何開發(fā)Galileo系統(tǒng)最終將在2000年下半年的歐洲交通運(yùn)輸部長(zhǎng)會(huì)議上作出決定。

3.Galileo系統(tǒng)的性能 Galileo系統(tǒng)提供3種等級(jí)的性能：·全球·地區(qū)·局域。

4.Gaiaieo系統(tǒng)的業(yè)務(wù)類型 系統(tǒng)還定義了3種類型的業(yè)務(wù)：·開放接入業(yè)務(wù)（OAS）?！ひ活惪刂平尤霕I(yè)務(wù)（CAS1）·二類控制接入業(yè)務(wù)（CAS 2）。

5．Galileo系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) Galileo系統(tǒng)的星座可由9顆靜止衛(wèi)星與21顆中軌道（MEO）衛(wèi)星或者完全由30顆MEO 衛(wèi)星組成。

6.Galileo系統(tǒng)與GPS和GLONASS的兼容性 射頻兼容性對(duì)于實(shí)現(xiàn)三個(gè)系統(tǒng)的互操作至關(guān)重要：系統(tǒng)不能相互干擾或降低接收機(jī)的性能。

GPS由24顆衛(wèi)星組成，分布在6條交點(diǎn)互隔60度的軌道面上，精度約為10米，軍民兩用，目前正在試驗(yàn)第二代衛(wèi)星系統(tǒng)。 ^[2] 

GLONASS系統(tǒng)。由24顆衛(wèi)星組成，精度在10米

左右，軍民兩用，設(shè)計(jì)2009年底服務(wù)范圍拓展到全球。

GALILEO系統(tǒng)。由30顆衛(wèi)星組成，定位誤差不超過(guò)1米，主要為民用。2005年首顆試驗(yàn)衛(wèi)星已成功發(fā)射。已經(jīng)于2008年開通定位服務(wù)。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)空間段由5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星組成，中國(guó)計(jì)劃2012年左右，“北斗”系統(tǒng)將覆蓋亞太地區(qū)，2020年左右覆蓋全球。 ^[3]  中國(guó)正在實(shí)施北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)，已成功發(fā)射十六顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星。根據(jù)系統(tǒng)建設(shè)總體規(guī)劃，2012年左右，系統(tǒng)將首先具備覆蓋亞太地區(qū)的定位、導(dǎo)航和授時(shí)以及短報(bào)文通信服務(wù)能力。2020年左右，建成覆蓋全球的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。 ^[4-5] 

由于GPS技術(shù)所具有的全天候、高精度和自動(dòng)測(cè)量的特點(diǎn)，作為先進(jìn)的測(cè)量手段和新的生產(chǎn)力，已經(jīng)融入了國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國(guó)防建設(shè)和社會(huì)發(fā)展的各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。

隨著冷戰(zhàn)結(jié)束和全球經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，美國(guó)政府在2000年至2006期間，在保證美國(guó)國(guó)家安全不受威脅的前提下，取消SA政策，GPS民用信號(hào)精度在全球范圍內(nèi)得到改善，利用C/A碼進(jìn)行單點(diǎn)定位的精度由100米提高到20米，這將進(jìn)一步推動(dòng)GPS技術(shù)的應(yīng)用，提高生產(chǎn)力、作業(yè)效率、科學(xué)水平以及人們的生活質(zhì)量，刺激GPS市場(chǎng)的增長(zhǎng)。據(jù)有關(guān)專家預(yù)測(cè)，在美國(guó)，單單是汽車GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，2000年后的市場(chǎng)將達(dá)到30億美元，而在中國(guó)，汽車導(dǎo)航的市場(chǎng)也將達(dá)到50億元人民幣?？梢?，GPS技術(shù)市場(chǎng)的應(yīng)用前景非?？捎^。

中國(guó)這個(gè)要逐步擴(kuò)展為全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)(COMPASS），將主要用于國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)，為中國(guó)的交通運(yùn)輸、氣象、石油、海洋、森林防火、災(zāi)害預(yù)報(bào)、通信、公安以及其他特殊行業(yè)提供高效的導(dǎo)航定位服務(wù)。建設(shè)中的中國(guó)北斗導(dǎo)航系統(tǒng)(COMPASS）空間段計(jì)劃由五顆靜止軌道衛(wèi)星和三十顆非靜止軌道衛(wèi)星組成，提供兩種服務(wù)方式，即開放服務(wù)和授權(quán)服務(wù)。北斗衛(wèi)星將逐步擴(kuò)展為全球衛(wèi)星導(dǎo)航系。中國(guó)將陸續(xù)發(fā)射系列北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，逐步擴(kuò)展為全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。 ^[6] 

已知GPSRTK技術(shù)是GPS測(cè)量技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新突破。