衛(wèi)星定位系統(tǒng)是以確定空間位置為目標(biāo)面構(gòu)成的相互關(guān)聯(lián)的一個(gè)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(dǎo)航定位系統(tǒng)，具有全能性、全球性、全天候、連續(xù)性和實(shí)時(shí)性的精密三維導(dǎo)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(dǎo)航系統(tǒng)并稱全球四大衛(wèi)星導(dǎo)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(gè)衛(wèi)星導(dǎo)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(jìn)行高精度的時(shí)間傳遞和高精度的精密定位，多被應(yīng)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(gè)由覆蓋全球的24顆衛(wèi)星組成的衛(wèi)星系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)可以保證在任意時(shí)刻，地球上任意一點(diǎn)都可以同時(shí)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(shí)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(gè)人安全、準(zhǔn)確地沿著選定的路線，準(zhǔn)時(shí)到達(dá)目的地GPS計(jì)劃始于1973年，已于1994年進(jìn)入完全運(yùn)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(gè)項(xiàng)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(yàn)，并驗(yàn)證了由衛(wèi)星系統(tǒng)進(jìn)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)航系統(tǒng)。（GPS定位天線生產(chǎn)廠家）

為此，美國海軍研究實(shí)驗(yàn)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(jì)劃。并于1967年、1969年和1974年各發(fā)射了一顆試驗(yàn)衛(wèi)星，在這些衛(wèi)星上初步試驗(yàn)了原子鐘計(jì)時(shí)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(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)測和應(yīng)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(gè)星群的計(jì)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(jì)劃以偽隨機(jī)碼（PRN）為基礎(chǔ)傳播衛(wèi)星測距信號(hào)，其強(qiáng)大的功能使得當(dāng)信號(hào)密度低于環(huán)境噪聲的1%時(shí)也能將其檢測出來。

偽隨機(jī)碼的成功運(yùn)用是GPS得以取得成功的一個(gè)重要基礎(chǔ)。海軍的計(jì)劃主要用于為艦船提供低動(dòng)態(tài)的二維定位，空軍的計(jì)劃能夠提供高動(dòng)態(tài)服務(wù)，然而系統(tǒng)過于復(fù)雜。由于同時(shí)研制兩個(gè)系統(tǒng)會(huì)造成巨大的費(fèi)用開支而且這里兩個(gè)計(jì)劃都是為了提供全球定位而設(shè)計(jì)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(dǎo)航定位聯(lián)合計(jì)劃局（JPO）領(lǐng)導(dǎo)，還將辦事機(jī)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(shí)56分4秒），且方向亦與之一致，衛(wèi)星在每天同一時(shí)間的星下點(diǎn)軌跡相同，當(dāng)軌道與赤道平面重合時(shí)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(jī)碼是指結(jié)構(gòu)可以預(yù)先確定，可重復(fù)產(chǎn)生和復(fù)制，具有某種隨機(jī)序列、隨機(jī)特性的序列碼。所謂“隨機(jī)碼”，就是無論這個(gè)碼有多長都不會(huì)出現(xiàn)循環(huán)的現(xiàn)象，而“偽隨機(jī)碼”在碼長達(dá)到一定程度時(shí)會(huì)從其第一位開始循環(huán)

隨后，GPS計(jì)劃在美國聯(lián)合計(jì)劃局的領(lǐng)導(dǎo)下誕生了，該方案將24顆衛(wèi)星放置在互成120°的三個(gè)軌道上。每個(gè)軌道上有8顆衛(wèi)星，地球上任何一點(diǎn)均能觀測到6~9顆衛(wèi)星。這樣，粗碼精度可達(dá)100m，精碼精度為10m。由于預(yù)算壓縮，GPS計(jì)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(gè)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(jìn)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(shí)驗(yàn)，耗資300億美元，到1994年，全球覆蓋率高達(dá)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(fù)責(zé)提供星歷和時(shí)間信息、發(fā)射偽距和載表信號(hào)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(yùn)行周期為12h，5個(gè)多小時(shí)出現(xiàn)在地平線以上。衛(wèi)星均勻分布在6個(gè)軌道面上（每個(gè)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(shí)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(shí)間的推移，導(dǎo)航精度會(huì)逐漸降低地面控制站負(fù)責(zé)收集由衛(wèi)星傳回的信息，并計(jì)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(diǎn)。5個(gè)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(dá)的各衛(wèi)星導(dǎo)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(jī)鐘的誤羞以及無線電信號(hào)經(jīng)過電離層和對流層中的延遲，實(shí)際測出的距離A與衛(wèi)星到接收機(jī)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(jī)，民用的定位精度可達(dá)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(yùn)行。當(dāng)接收機(jī)捕獲到跟蹤的衛(wèi)星信號(hào)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(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(shí)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