全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)共有四大系統(tǒng)，包括我國(guó)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BeiDou Navigation Satellite System，BDS)、美國(guó)的全球定位系統(tǒng)(GPS)、俄羅斯的格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GLONASS)和歐洲的伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(Galileo satellite navigation system)。作為全球四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)之一，美國(guó)的GPS(Global Positioning System)應(yīng)用廣泛，在全球占有重要地位，下面將從定義、定位原理、組成、特點(diǎn)等方面對(duì)其簡(jiǎn)要介紹：

1. GPS定義

GPS系統(tǒng)是由美國(guó)國(guó)防部的陸海空三軍在70年代聯(lián)合研制的新型衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，它的英文名稱是 “Navigation Satellite Timing And Ranging / Global Positioning System”，其意為“衛(wèi)星測(cè)時(shí)測(cè)距導(dǎo)航全球定位系統(tǒng)”，簡(jiǎn)稱GPS系統(tǒng)。該系統(tǒng)是以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無(wú)線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)，具有全能性(陸地、海洋、航空和航天)、全球性、全天候、連續(xù)性和實(shí)時(shí)性的導(dǎo)航定位和定時(shí)的功能，能為各類用戶提供精密的三維坐標(biāo)、速度和時(shí)間。

2. GPS定位原理

GPS的定位原理實(shí)質(zhì)上就是測(cè)量學(xué)的空間測(cè)距定位，利用在平均20200km高空均勻分布在6個(gè)軌道上的24顆衛(wèi)星，發(fā)射測(cè)距信號(hào)碼和載波，用戶通過(guò)接收機(jī)接收這些信號(hào)測(cè)量衛(wèi)星至接收機(jī)之距，通過(guò)一系列方程演算，便可知地面點(diǎn)位坐標(biāo)。

3. GPS組成

GPS由三部分組成：GPS空間部分、地基監(jiān)控組和GPS用戶接收機(jī)部分。

GPS空間部分原本設(shè)計(jì)由24顆分布在6個(gè)等間隔軌道上的衛(wèi)星組成。衛(wèi)星分布可保證全球任何地區(qū)、任何時(shí)刻都不少于4顆衛(wèi)星供觀測(cè)。24顆衛(wèi)星中3顆作為備份。每個(gè)軌道平面上有4顆衛(wèi)星，它們按與地球成55°的相同方向運(yùn)行，空間間隔約為90°。通過(guò)測(cè)量這些衛(wèi)星到達(dá)的時(shí)間，用戶可以用4顆衛(wèi)星確定4個(gè)導(dǎo)航參數(shù)：緯度、經(jīng)度、高度和時(shí)間。2011年6月，美國(guó)空軍成功擴(kuò)展GPS衛(wèi)星，整調(diào)6顆衛(wèi)星的位置，并加入多3顆衛(wèi)星。這使工作衛(wèi)星的數(shù)目增加至27顆，擴(kuò)大了GPS系統(tǒng)的覆蓋范圍，并提高了準(zhǔn)確度。截至2018年10月18日，在軌的工作衛(wèi)星共有31顆，不包括備用衛(wèi)星。

地基監(jiān)控站由一個(gè)主控站和四個(gè)監(jiān)察遠(yuǎn)控站組成。主控站設(shè)置在美國(guó)大陸，四個(gè)監(jiān)控站分別設(shè)在大西洋、太平洋和印度洋訴島嶼上。

用戶接收機(jī)通過(guò)接收多顆衛(wèi)星的信號(hào)來(lái)解算出自身的位置，以實(shí)現(xiàn)定位和導(dǎo)航。GPS接收機(jī)可以捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測(cè)衛(wèi)星的信號(hào)，并跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行，對(duì)所接收到的GPS信號(hào)進(jìn)行變換、放大和處理，以便測(cè)量出GPS信號(hào)從衛(wèi)星到接收機(jī)天線的傳播時(shí)間，解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文，實(shí)時(shí)地計(jì)算出測(cè)站的三維位置，甚至三維速度和時(shí)間。

4. GPS特點(diǎn)

美國(guó)的GPS全球覆蓋率高達(dá)98%。GPS系統(tǒng)是全天候，不易受任何天氣的影響，三維定點(diǎn)定速定時(shí)高精度，測(cè)站間無(wú)需進(jìn)行通訊，具有快速、省時(shí)、高效率的特點(diǎn)，應(yīng)用廣泛、多功、可移動(dòng)定位。

5. GPS缺陷以及現(xiàn)代化計(jì)劃

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，相比于目前多個(gè)世界大國(guó)正在積極建設(shè)的其它衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，GPS系統(tǒng)正日益顯現(xiàn)出其在很多方面的固有缺陷。衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的強(qiáng)度微弱，容易受到多徑、噪聲、干擾等因素的影響，難以穿透城市建筑遮擋，無(wú)法滿足日益旺盛的室內(nèi)定位導(dǎo)航需求;信號(hào)公開(kāi)，容易受到干擾，由于P碼信號(hào)不對(duì)民用用戶開(kāi)放，限制了GPS單點(diǎn)定位精度的提高;地面監(jiān)控系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著編算和注入導(dǎo)航電文的重要任務(wù), 一旦地面監(jiān)控系統(tǒng)受到破壞或受到信息安全攻擊，則很難保證系統(tǒng)導(dǎo)航服務(wù)的可靠性。為避免其在衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域內(nèi)的壟斷地位受到挑戰(zhàn)，美國(guó)啟動(dòng)了GPS現(xiàn)代化計(jì)劃，優(yōu)化星座布局，積極開(kāi)展相關(guān)導(dǎo)航衛(wèi)星的退役和增補(bǔ)，全力研制生產(chǎn)下一代也就是第三代GPS衛(wèi)星—GPS III，以及加快新一代GPS地面系統(tǒng)即GPS OCX的開(kāi)發(fā)和部署工作。

順便提一下，3月末美國(guó)民用全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)(GPS)服務(wù)接口委員會(huì)(CGSIC)正式發(fā)出預(yù)警稱，GPS周計(jì)數(shù)將在4月6日迎來(lái)第二次周溢出而導(dǎo)致周計(jì)數(shù)翻轉(zhuǎn)。為避免不良影響，按自然資源部加強(qiáng)測(cè)繪地理信息公共服務(wù)的要求，自然資源部所屬中國(guó)測(cè)繪科學(xué)研究院國(guó)家測(cè)繪地理信息計(jì)量站(國(guó)家光電測(cè)距儀檢測(cè)中心)即日起至今年6月30日，作為國(guó)家級(jí)法定計(jì)量檢定技術(shù)機(jī)構(gòu)將為國(guó)內(nèi)GPS接收機(jī)用戶提供免費(fèi)技術(shù)服務(wù)，幫助檢測(cè)用戶設(shè)備是否會(huì)發(fā)生故障，以便采取應(yīng)對(duì)措施。(責(zé)任編輯邵鶴楠，榮譽(yù)主編李志民)