全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)共有四大系統(tǒng)，包括我國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BeiDou Navigation Satellite System，BDS)、美國的全球定位系統(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、特點等方面對其簡要介紹：

1. GPS定義

GPS系統(tǒng)是由美國國防部的陸?？杖娫?0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)星測時測距導(dǎo)航全球定位系統(tǒng)”，簡稱GPS系統(tǒng)。該系統(tǒng)是以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無線電導(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)性和實時性的導(dǎo)航定位和定時的功能，能為各類用戶提供精密的三維坐標(biāo)、速度和時間。

2. GPS定位原理

GPS的定位原理實質(zhì)上就是測量學(xué)的空間測距定位，利用在平均20200km高空均勻分布在6個軌道上的24顆衛(wèi)星，發(fā)射測距信號碼和載波，用戶通過接收機接收這些信號測量衛(wèi)星至接收機之距，通過一系列方程演算，便可知地面點位坐標(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用戶接收機部分。

GPS空間部分原本設(shè)計由24顆分布在6個等間隔軌道上的衛(wèi)星組成。衛(wèi)星分布可保證全球任何地區(qū)、任何時刻都不少于4顆衛(wèi)星供觀測。24顆衛(wèi)星中3顆作為備份。每個軌道平面上有4顆衛(wèi)星，它們按與地球成55°的相同方向運行，空間間隔約為90°。通過測量這些衛(wèi)星到達(dá)的時間，用戶可以用4顆衛(wèi)星確定4個導(dǎo)航參數(shù)：緯度、經(jīng)度、高度和時間。2011年6月，美國空軍成功擴展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)控站由一個主控站和四個監(jiān)察遠(yuǎn)控站組成。主控站設(shè)置在美國大陸，四個監(jiān)控站分別設(shè)在大西洋、太平洋和印度洋訴島嶼上。

用戶接收機通過接收多顆衛(wèi)星的信號來解算出自身的位置，以實現(xiàn)定位和導(dǎo)航。GPS接收機可以捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測衛(wèi)星的信號，并跟蹤這些衛(wèi)星的運行，對所接收到的GPS信號進(jìn)行變換、放大和處理，以便測量出GPS信號從衛(wèi)星到接收機天線的傳播時間，解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文，實時地計算出測站的三維位置，甚至三維速度和時間。

4. GPS特點

美國的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，三維定點定速定時高精度，測站間無需進(jìn)行通訊，具有快速、省時、高效率的特點，應(yīng)用廣泛、多功、可移動定位。

5. GPS缺陷以及現(xiàn)代化計劃

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，相比于目前多個世界大國正在積極建設(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)航信號的強度微弱，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，無法滿足日益旺盛的室內(nèi)定位導(dǎo)航需求;信號公開，容易受到干擾，由于P碼信號不對民用用戶開放，限制了GPS單點定位精度的提高;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)，美國啟動了GPS現(xiàn)代化計劃，優(yōu)化星座布局，積極開展相關(guān)導(dǎo)航衛(wèi)星的退役和增補，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的開發(fā)和部署工作。

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