衛(wèi)星定位系統(tǒng)是以確定空間位置為目標面構(gòu)成的相互關(guān)聯(lián)的一個集合體或裝置（部件）。它是以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無線電衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)，具有全能性、全球性、全天候、連續(xù)性和實時性的精密三維導航與定位功能，而且具有良好的抗干擾性和保密性美國的GPs、俄羅斯的“格洛納斯”、歐盟的“伽利略”系統(tǒng)和我國自主的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)并稱全球四大衛(wèi)星導航系統(tǒng)。

全球定位系統(tǒng)GPS(什么是GPS)

GPS（Global Positioning System）即全球定位系統(tǒng)，是由美國建立的一個衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)，它以全球24顆定位人造衛(wèi)星為基礎(chǔ)，向全球各地全天候地提供三維位置、三維速度等信息。利用該系統(tǒng)，用戶還能夠進行高精度的時間傳遞和高精度的精密定位，多被應用于車輛定位、防盜、反劫、行駛路線監(jiān)控及呼叫指揮等功能簡單地說，衛(wèi)星定位系統(tǒng)是一個由覆蓋全球的24顆衛(wèi)星組成的衛(wèi)星系統(tǒng)。這個系統(tǒng)可以保證在任意時刻，地球上任意一點都可以同時觀測到4顆衛(wèi)星，以保證衛(wèi)星可以采集到該觀測點的經(jīng)緯度和高度，以便實現(xiàn)導航、定位、授時等功能。這項技術(shù)可以用來引導飛機、船舶、車輛以及個人安全、準確地沿著選定的路線，準時到達目的地GPS計劃始于1973年，已于1994年進入完全運行狀態(tài)。

GPS的前身是美國軍方研制的一種子午儀衛(wèi)星定位系統(tǒng)（Transit），起始于1958年美國軍方的一個項目，1964年正式投入使用。該系統(tǒng)用5~6顆衛(wèi)星組成的星網(wǎng)工作，每天最多繞過地球13次，并且無法給出高度信息，在定位精度方面也不盡如人意。然而，子午儀系統(tǒng)使得研發(fā)部門對衛(wèi)星定位取得了初步的經(jīng)驗，并驗證了由衛(wèi)星系統(tǒng)進行定位的可行性，為GPS的研制作了鋪墊。由于衛(wèi)星定位顯示出在導航方面的巨大優(yōu)越性及子午儀系統(tǒng)存在對潛艇和艦船導航方面的巨大缺陷，美國海陸空三軍及民用部門都感到迫切需要一種新的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。（GPS定位天線生產(chǎn)廠家）

為此，美國海軍研究實驗室（NRL）提出了名為 Lineation的用12~18顆衛(wèi)星組成10000km高度的全球定位網(wǎng)計劃。并于1967年、1969年和1974年各發(fā)射了一顆試驗衛(wèi)星，在這些衛(wèi)星上初步試驗了原子鐘計時系統(tǒng)，這是GPS精確定位的基礎(chǔ)。主要目的是為陸海空三大領(lǐng)域提供實時、全天候和全球性的導航服務，并用于情報收集、核爆監(jiān)測和應急通信等一些軍事目的。

美國空軍則提出了以每星群4~5顆衛(wèi)星組成3~4個星群的計劃，這些衛(wèi)星中除1顆采用同步軌道外其余的都使用周期為24h的傾斜軌道，該計劃以偽隨機碼（PRN）為基礎(chǔ)傳播衛(wèi)星測距信號，其強大的功能使得當信號密度低于環(huán)境噪聲的1%時也能將其檢測出來。

偽隨機碼的成功運用是GPS得以取得成功的一個重要基礎(chǔ)。海軍的計劃主要用于為艦船提供低動態(tài)的二維定位，空軍的計劃能夠提供高動態(tài)服務，然而系統(tǒng)過于復雜。由于同時研制兩個系統(tǒng)會造成巨大的費用開支而且這里兩個計劃都是為了提供全球定位而設(shè)計的，所以1973年美國國防部將兩者合二為一，并由國防部牽頭的衛(wèi)星導航定位聯(lián)合計劃局（JPO）領(lǐng)導，還將辦事機構(gòu)設(shè)立在洛杉磯的空軍航天處。（GPS天線原理是什么）

同步軌道是指衛(wèi)星的軌道周期等于地球在慣性空間中的自轉(zhuǎn)周期（23小時56分4秒），且方向亦與之一致，衛(wèi)星在每天同一時間的星下點軌跡相同，當軌道與赤道平面重合時叫作地球靜止軌道，即衛(wèi)星與地面的位置相對保持不變。

偽隨機碼是指結(jié)構(gòu)可以預先確定，可重復產(chǎn)生和復制，具有某種隨機序列、隨機特性的序列碼。所謂“隨機碼”，就是無論這個碼有多長都不會出現(xiàn)循環(huán)的現(xiàn)象，而“偽隨機碼”在碼長達到一定程度時會從其第一位開始循環(huán)

隨后，GPS計劃在美國聯(lián)合計劃局的領(lǐng)導下誕生了，該方案將24顆衛(wèi)星放置在互成120°的三個軌道上。每個軌道上有8顆衛(wèi)星，地球上任何一點均能觀測到6~9顆衛(wèi)星。這樣，粗碼精度可達100m，精碼精度為10m。由于預算壓縮，GPS計劃不得不減少衛(wèi)星發(fā)射數(shù)量，改為將18顆衛(wèi)星分布在互成60°的6個軌道上，然面這一方案使得衛(wèi)星可靠性得不到保障。1988年又進行了最后一次修改：21顆工作星和3顆備用星工作在互成60°的6條軌道上。這也是GPS衛(wèi)星所使用的工作方式經(jīng)過20余年的研究實驗，耗資300億美元，到1994年，全球覆蓋率高達98%的24顆GPS衛(wèi)星星座已布設(shè)完成1.系統(tǒng)組成套完整的GPS系統(tǒng)可分為空間部分、地面控制系統(tǒng)和用戶設(shè)備部分

GPs的空間部分主要負責提供星歷和時間信息、發(fā)射偽距和載表信號及其他輔助信息。它由24顆衛(wèi)星組成（21顆工作衛(wèi)星，3顆備用衛(wèi)星），位于距地表20200km的上空，運行周期為12h，5個多小時出現(xiàn)在地平線以上。衛(wèi)星均勻分布在6個軌道面上（每個軌道面4顆），軌道傾角為55°，衛(wèi)星的分布使得在全球任何地方、任何時間都可觀測到4顆以上的衛(wèi)星，并能在衛(wèi)星中預存導航信息，GPS的衛(wèi)星因為大氣摩擦等問題，隨著時間的推移，導航精度會逐漸降低地面控制站負責收集由衛(wèi)星傳回的信息，并計算衛(wèi)星星歷、相對距離、大氣校正等數(shù)據(jù)地面控制系統(tǒng)由監(jiān)測站（Monitor station），主控制站（Master Monitor Station）、地面天線Ground antenna）、注人站及通信輔助系統(tǒng)所組成，主控制站位于美國科羅拉多州春田市Colorado Springfield）監(jiān)測站：用GPS接收系統(tǒng)測量每顆衛(wèi)星的偽距和距離差，采集氣象數(shù)據(jù)，并將觀測數(shù)據(jù)傳送給主控點。5個監(jiān)控站均為無人守值的數(shù)據(jù)采集中心。

主控站：接收各監(jiān)測站的GPS衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)、衛(wèi)星工作狀態(tài)數(shù)據(jù)、各監(jiān)測站和注入站自身的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)。

注入站：接受主控站送達的各衛(wèi)星導航電文并將之注入飛越其上空的每顆衛(wèi)星。

由于衛(wèi)星鐘、接收機鐘的誤羞以及無線電信號經(jīng)過電離層和對流層中的延遲，實際測出的距離A與衛(wèi)星到接收機的幾何距離B有一定的差值，因此，一般稱測量出的距離為偽距。

用戶設(shè)備部分為GPs接收機，民用的定位精度可達10米內(nèi)。其主要功能是捕獲到按定衛(wèi)星截止角所選擇的待測衛(wèi)星，并跟蹤這些衛(wèi)星的運行。當接收機捕獲到跟蹤的衛(wèi)星信號后，就可測量出接收天線至衛(wèi)星的偽距和距離的變化率，解調(diào)出衛(wèi)星軌道參數(shù)等數(shù)據(jù)根據(jù)這些數(shù)據(jù)，接收機中的微處理計算機就可按定位解算方法進行定位計算，計算出用戶所在地理位置的經(jīng)緯度、高度、速度、時間等信息。接收機硬件和機內(nèi)軟件以及GPs數(shù)據(jù)的后處理軟件包構(gòu)成完整的GPS用戶設(shè)備