即全球定位系統(tǒng)（GlobalPositioningSystem）。簡單地說，這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(diǎn)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(diǎn)的經(jīng)緯度和高度，以便實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航、定位、授時等功能。這項(xiàng)技術(shù)可以用來引導(dǎo)飛機(jī)、船舶、車輛以及個人，安全、準(zhǔn)確地沿著選定的路線，準(zhǔn)時到達(dá)目的地。

GPS導(dǎo)航系統(tǒng)是以全球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、三維速度等信息的一種無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)。它由三部分構(gòu)成，一是地面控制部分，由主控站、地面天線、監(jiān)測站及通訊輔助系統(tǒng)組成。二是空間部分，由24顆衛(wèi)星組成，分布在6個軌道平面。三是用戶裝置部分，由GPS接收機(jī)和衛(wèi)星天線組成。現(xiàn)在民用的定位精度可達(dá)10米內(nèi)。

車載GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，其內(nèi)置的GPS天線會接收到來自環(huán)繞地球的24顆GPS衛(wèi)星中的至少3顆所傳遞的數(shù)據(jù)信息，結(jié)合儲存在車載導(dǎo)航儀內(nèi)的電子地圖，通過GPS衛(wèi)星信號確定的位置坐標(biāo)與此相匹配，進(jìn)行確定汽車在電子地圖中的準(zhǔn)確位置，這就是平常所說的定位功能。

在定位的基礎(chǔ)上，可以通過多功能顯視器，提供最佳行車路線，前方路況以及最近的加油站、飯店、旅館等信息。假如不幸GPS信號中斷，你因此而迷了路，也不用擔(dān)心，GPS已記錄了你的行車路線，你還可以按原路返回。當(dāng)然，這些功能都離不開已經(jīng)事先編制好的使用地區(qū)的地圖軟件。

車載GPS還有一個很大的功能就是防盜，分為靜態(tài)防盜和動態(tài)追蹤兩種。前者是指車主離開汽車，停泊的車輛遭遇偷盜、毀壞、移動時，車輛通過自身的監(jiān)控系統(tǒng)向GPS監(jiān)控中心發(fā)出警報，并自動與車主手機(jī)聯(lián)系、電話報警等。后者則可對行使中的被盜車輛進(jìn)行定位跟蹤、車況監(jiān)聽、車跡記錄，甚至控制車輛斷電、斷油等。

全球定位系統(tǒng)的主要用途：(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、地球物理資源勘探、工程測量、變形監(jiān)測、地殼運(yùn)動監(jiān)測、 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定、船只實(shí)時調(diào)度與導(dǎo)航、海洋救援、海洋探寶、水文地質(zhì)測量以及海洋平臺定位、海平面升降監(jiān)測等；(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)探測等。

GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)由三部分組成：

空間部分———GPS星座；　GPS的空間部分是由24顆衛(wèi)星組成（21顆工作衛(wèi)星；3顆備用衛(wèi)星），它位于距地表20200km的上空，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(yù)存導(dǎo)航信息，GPS的衛(wèi)星因?yàn)榇髿饽Σ恋葐栴}；隨著時間的推移，導(dǎo)航精度會逐漸降低。
2. 地面控制系統(tǒng)

地面控制部分———地面監(jiān)控系統(tǒng)；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）所組成，主控制站位于美國科羅拉多州春田市（Colorado Spring）。地面控制站負(fù)責(zé)收集由衛(wèi)星傳回之訊息，并計(jì)算衛(wèi)星星歷、相對距離，大氣校正等數(shù)據(jù)。

用戶設(shè)備部分———GPS信號接收機(jī)。用戶設(shè)備部分即GPS 信號接收機(jī)。其主要功能是能夠捕獲到按一定衛(wèi)星截止角所選擇的待測衛(wèi)星，并跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行。當(dāng)接收機(jī)捕獲到跟蹤的衛(wèi)星信號后，就可測量出接收天線至衛(wèi)星的偽距離和距離的變化率，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(jī)中的微處理計(jì)算機(jī)就可按定位解算方法進(jìn)行定位計(jì)算，計(jì)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(jī)硬件和機(jī)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。GPS 接收機(jī)的結(jié)構(gòu)分為天線單元和接收單元兩部分。接收機(jī)一般采用機(jī)內(nèi)和機(jī)外兩種直流電源。設(shè)置機(jī)內(nèi)電源的目的在于更換外電源時不中斷連續(xù)觀測。在用機(jī)外電源時機(jī)內(nèi)電池自動充電。關(guān)機(jī)后機(jī)內(nèi)電池為RAM存儲器供電，以防止數(shù)據(jù)丟失。目前各種類型的接受機(jī)體積越來越小，重量越來越輕，便于野外觀測使用。其次則為使用者接收器，現(xiàn)有單頻與雙頻兩種，但由于價格因素，一般使用者所購買的多為單頻接收器

GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的基本原理是測量出已知位置的衛(wèi)星到用戶接收機(jī)之間的距離，然后綜合多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)就可知道接收機(jī)的具體位置。要達(dá)到這一目的，衛(wèi)星的位置可以根據(jù)星載時鐘所記錄的時間在衛(wèi)星星歷中查出。而用戶到衛(wèi)星的距離則通過紀(jì)錄衛(wèi)星信號傳播到用戶所經(jīng)歷的時間，再將其乘以光速得到(由于大氣層電離層的干擾，這一距離并不是用戶與衛(wèi)星之間的真實(shí)距離，而是偽距（PR）：當(dāng)GPS衛(wèi)星正常工作時，會不斷地用1和0二進(jìn)制碼元組成的偽隨機(jī)碼（簡稱偽碼）發(fā)射導(dǎo)航電文。GPS系統(tǒng)使用的偽碼一共有兩種，分別是民用的C/A碼和軍用的P(Y)碼。C/A碼頻率1.023MHz,重復(fù)周期一毫秒，碼間距1微秒，相當(dāng)于300m；P碼頻率10.23MHz，重復(fù)周期266.4天，碼間距0.1微秒，相當(dāng)于30m。而Y碼是在P碼的基礎(chǔ)上形成的，保密性能更佳。導(dǎo)航電文包括衛(wèi)星星歷、工作狀況、時鐘改正、電離層時延修正、大氣折射修正等信息。它是從衛(wèi)星信號中解調(diào)制出來，以50b/s調(diào)制在載頻上發(fā)射的。導(dǎo)航電文每個主幀中包含5個子幀每幀長6s。前三幀各10個字碼；每三十秒重復(fù)一次，每小時更新一次。后兩幀共15000b。導(dǎo)航電文中的內(nèi)容主要有遙測碼、轉(zhuǎn)換碼、第1、2、3數(shù)據(jù)塊，其中最重要的則為星歷數(shù)據(jù)。當(dāng)用戶接受到導(dǎo)航電文時，提取出衛(wèi)星時間并將其與自己的時鐘做對比便可得知衛(wèi)星與用戶的距離，再利用導(dǎo)航電文中的衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)推算出衛(wèi)星發(fā)射電文時所處位置，用戶在WGS-84大地坐標(biāo)系中的位置速度等信息便可得知。

可見GPS導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星部分的作用就是不斷地發(fā)射導(dǎo)航電文。然而，由于用戶接受機(jī)使用的時鐘與衛(wèi)星星載時鐘不可能總是同步，所以除了用戶的三維坐標(biāo)x、y、z外，還要引進(jìn)一個Δt即衛(wèi)星與接收機(jī)之間的時間差作為未知數(shù)，然后用4個方程將這4個未知數(shù)解出來。所以如果想知道接收機(jī)所處的位置，至少要能接收到4個衛(wèi)星的信號。

GPS接收機(jī)可接收到可用于授時的準(zhǔn)確至納秒級的時間信息；用于預(yù)報未來幾個月內(nèi)衛(wèi)星所處概略位置的預(yù)報星歷；用于計(jì)算定位時所需衛(wèi)星坐標(biāo)的廣播星歷，精度為幾米至幾十米（各個衛(wèi)星不同，隨時變化）；以及GPS系統(tǒng)信息，如衛(wèi)星狀況等。

GPS接收機(jī)對碼的量測就可得到衛(wèi)星到接收機(jī)的距離，由于含有接收機(jī)衛(wèi)星鐘的誤差及大氣傳播誤差，故稱為偽距。對0A碼測得的偽距稱為UA碼偽距，精度約為20米左右，對P碼測得的偽距稱為P碼偽距，精度約為2米左右。

GPS接收機(jī)對收到的衛(wèi)星信號，進(jìn)行解碼或采用其它技術(shù)，將調(diào)制在載波上的信息去掉后，就可以恢復(fù)載波。嚴(yán)格而言，載波相位應(yīng)被稱為載波拍頻相位，它是收到的受多普勒頻移影響的衛(wèi)星信號載波相位與接收機(jī)本機(jī)振蕩產(chǎn)生信號相位之差。一般在接收機(jī)鐘確定的歷元時刻量測，保持對衛(wèi)星信號的跟蹤，就可記錄下相位的變化值，但開始觀測時的接收機(jī)和衛(wèi)星振蕩器的相位初值是不知道的，起始?xì)v元的相位整數(shù)也是不知道的，即整周模糊度，只能在數(shù)據(jù)處理中作為參數(shù)解算。相位觀測值的精度高至毫米，但前提是解出整周模糊度，因此只有在相對定位、并有一段連續(xù)觀測值時才能使用相位觀測值，而要達(dá)到優(yōu)于米級的定位精度也只能采用相位觀測值。

按定位方式，GPS定位分為單點(diǎn)定位和相對定位（差分定位）。單點(diǎn)定位就是根據(jù)一臺接收機(jī)的觀測數(shù)據(jù)來確定接收機(jī)位置的方式，它只能采用偽距觀測量，可用于車船等的概略導(dǎo)航定位。相對定位（差分定位）是根據(jù)兩臺以上接收機(jī)的觀測數(shù)據(jù)來確定觀測點(diǎn)之間的相對位置的方法，它既可采用偽距觀測量也可采用相位觀測量，大地測量或工程測量均應(yīng)采用相位觀測值進(jìn)行相對定位。

在GPS觀測量中包含了衛(wèi)星和接收機(jī)的鐘差、大氣傳播延遲、多路徑效應(yīng)等誤差，在定位計(jì)算時還要受到衛(wèi)星廣播星歷誤差的影響，在進(jìn)行相對定位時大部分公共誤差被抵消或削弱，因此定位精度將大大提高，雙頻接收機(jī)可以根據(jù)兩個頻率的觀測量抵消大氣中電離層誤差的主要部分，在精度要求高，接收機(jī)間距離較遠(yuǎn)時（大氣有明顯差別），應(yīng)選用雙頻接收機(jī)。

全球定位系統(tǒng)的主要用途：(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、地球物理資源勘探、工程測量、變形監(jiān)測、地殼運(yùn)動監(jiān)測、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定、船只實(shí)時調(diào)度與導(dǎo)航、海洋救援、海洋探寶、水文地質(zhì)測量以及海洋平臺定位、海平面升降監(jiān)測等；(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)探測等。

主要是為船舶，汽車，飛機(jī)等運(yùn)動物體進(jìn)行定位導(dǎo)航。

工程機(jī)械（輪胎吊，推土機(jī)等）控制應(yīng)用。

道路工程中也應(yīng)用。

GPS衛(wèi)星接收機(jī)種類很多，根據(jù)型號分為測地型、全站型、定時型、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。

按接收機(jī)的用途分類

1.導(dǎo)航型接收機(jī)

此類型接收機(jī)主要用于運(yùn)動載體的導(dǎo)航，它可以實(shí)時給出載體的位置和速度。這類接收機(jī)一般采用C/A碼偽距測量，單點(diǎn)實(shí)時定位精度較低，一般為±10m，有SA影響時為±100m。這類接收機(jī)價格便宜，應(yīng)用廣泛。根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的不同，此類接收機(jī)還可以進(jìn)一步分為：

車載型——用于車輛導(dǎo)航定位；

航海型——用于船舶導(dǎo)航定位；

航空型——用于飛機(jī)導(dǎo)航定位。由于飛機(jī)運(yùn)行速度快，因此，在航空上用的接收機(jī)要求能適應(yīng)高速運(yùn)動。

星載型——用于衛(wèi)星的導(dǎo)航定位。由于衛(wèi)星的速度高達(dá)7km/s以上，因此對接收機(jī)的要求更高。

2.測地型接收機(jī)

測地型接收機(jī)主要用于精密大地測量和精密工程測量。這類儀器主要采用載波相位觀測值進(jìn)行相對定位，定位精度高。儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格較貴。

3.授時型接收機(jī)

這類接收機(jī)主要利用GPS衛(wèi)星提供的高精度時間標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行授時，常用于天文臺及無線電通訊中時間同步。

4.2.2按接收機(jī)的載波頻率分類

單頻接收機(jī)

單頻接收機(jī)只能接收L1載波信號，測定載波相位觀測值進(jìn)行定位。由于不能有效消除電離層延遲影響，單頻接收機(jī)只適用于短基線（<15km）的精密定位。

雙頻接收機(jī)

雙頻接收機(jī)可以同時接收L1，L2載波信號。利用雙頻對電離層延遲的不一樣，可以消除電離層對電磁波信號的延遲的影響，因此雙頻接收機(jī)可用于長達(dá)幾千公里的精密定位。

4.2.3按接收機(jī)通道數(shù)分類

GPS接收機(jī)能同時接收多顆GPS衛(wèi)星的信號，為了分離接收到的不同衛(wèi)星的信號，以實(shí)現(xiàn)對衛(wèi)星信號的跟蹤、處理和量測，具有這樣功能的器件稱為天線信號通道。根據(jù)接收機(jī)所具有的通道種類可分為：

多通道接收機(jī)

序貫通道接收機(jī)

多路多用通道接收機(jī)

4.2.4按接收機(jī)工作原理分類

碼相關(guān)型接收機(jī)

碼相關(guān)型接收機(jī)是利用碼相關(guān)技術(shù)得到偽距觀測值。

平方型接收機(jī)

平方型接收機(jī)是利用載波信號的平方技術(shù)去掉調(diào)制信號,來恢復(fù)完整的載波信號通過相位計(jì)測定接收機(jī)內(nèi)產(chǎn)生的載波信號與接收到的載波信號之間的相位差，測定偽距觀測值。

混合型接收機(jī)

這種儀器是綜合上述兩種接收機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，既可以得到碼相位偽距，也可以得到載波相位觀測值。

干涉型接收機(jī)

這種接收機(jī)是將GPS衛(wèi)星作為射電源，采用干涉測量方法，測定兩個測站間距離。

經(jīng)過20余年的實(shí)踐證明，GPS系統(tǒng)是一個高精度、全天候和全球性的無線電導(dǎo)航、定位和定時的多功能系統(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)型的國際性高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。

GPS提供修正 　　全球定位系統(tǒng)GPS衛(wèi)星的定時信號提供緯度、經(jīng)度和高度的信息，精確的距離測量需要精確的時鐘。因此精確的GPS接受器就要用到相對論效應(yīng)。 　　準(zhǔn)確度在30米之內(nèi)的GPS接收機(jī)就意味著它已經(jīng)利用了相對論效應(yīng)。華盛頓大學(xué)的物理學(xué)家Clifford M. Will詳細(xì)解釋說：“如果不考慮相對論效應(yīng)，衛(wèi)星上的時鐘就和地球的時鐘不同步。”相對論認(rèn)為快速移動物體隨時間的流逝比靜止的要慢。Will計(jì)算出，每個GPS衛(wèi)星每小時跨過大約1.4萬千米的路程，這意味著它的星載原子鐘每天要比地球上的鐘慢7微秒。 　　而引力對時間施加了更大的相對論效應(yīng)。大約2萬千米的高空，GPS衛(wèi)星經(jīng)受到的引力拉力大約相當(dāng)于地面上的四分之一。結(jié)果就是星載時鐘每天快45微秒， GPS要計(jì)入共38微秒的偏差。Ashby解釋說：“如果衛(wèi)星上沒有頻率補(bǔ)償，每天將會增大11千米的誤差。”（這種效應(yīng)事實(shí)上更為復(fù)雜，因?yàn)樾l(wèi)星沿著一個偏心軌道，有時離地球較近，有時又離得較遠(yuǎn)。）

汽車