GPS全球定位系統(tǒng),是美國從本世紀(jì) 70 年代開始研制，歷時(shí) 20 年，耗資200億美元，于1994 年全面建成，具有在海、陸、空進(jìn)行實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。早期僅限于軍方使用，由美國國防部 ( Depart of Defense ， DoD) 所計(jì)劃發(fā)展，其目的針對軍事用途，例如戰(zhàn)機(jī)、船艦、車輛、人員、攻擊標(biāo)的物的度定位等。 時(shí)至今日， GPS 早已開放給民間做為定位使用，這項(xiàng)結(jié)合太空衛(wèi)星與通訊技術(shù)的科技，在民間市場已正在蓬勃的展開，除了能提供的定位之外，對于速度、時(shí)間、方向及距離亦能準(zhǔn)確的提供訊息，運(yùn)用的范圍相當(dāng)廣泛。

　　 一、 GPS 是什么

　　 全球定位系統(tǒng)屬于美國第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。是在子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它采納了子午儀系統(tǒng)的成功經(jīng)驗(yàn)。和子午儀系統(tǒng)一樣，全球定位系統(tǒng)由空間部分、地面監(jiān)控部分和用戶接收機(jī)三大部分組成。該系統(tǒng)的空間部分使用 24 顆高度約 2.02 萬千米的衛(wèi)星組成衛(wèi)星星座。 21+3 顆衛(wèi)星均為近圓形軌道，運(yùn)行周期約為 11 小時(shí) 58 分，分布在六個(gè)軌道面上（每軌道面四顆），軌道傾角為 55 度。衛(wèi)星的分布使得在全球的任何地方，任何時(shí)間都可觀測到四顆以上的衛(wèi)星，并能保持良好定位解算精度的幾何圖形（ DOP ）。這就提供了在時(shí)間上連續(xù)的全球?qū)Ш侥芰Α?/p>

　　 GPS 衛(wèi)星已發(fā)展至 Block II 型式的定位衛(wèi)星， 由 Rockwell International 制造，在軌道上重量約 1,900 磅，太陽能接收板長度約 17 呎，于 1994 年完成第 24 顆衛(wèi)星的發(fā)射。因此目前太空中有 24 顆 GPS 衛(wèi)星可供定位運(yùn)用，繞行地球一周需 12 恒星時(shí)，每日可繞行地球 2 周，這也就是說，不論任何時(shí)間，任何地點(diǎn)，至少有 4 顆以上的衛(wèi)星出現(xiàn)在我們的上空。

目前全球有五個(gè)地面衛(wèi)星監(jiān)控站，分布于夏威夷、亞森欣島、迪亞哥加西亞、瓜加林島、科羅拉多泉，這些衛(wèi)星地面控制站，同時(shí)監(jiān)控 GPS 衛(wèi)星的運(yùn)作狀態(tài)及它們在太空中的位置，主地面控制站更負(fù)責(zé)傳送衛(wèi)星瞬時(shí)常數(shù) (Ephemera's Constant) 及時(shí)脈偏差 (Clock Offsets) 的修正量，再由衛(wèi)星將這些修正量提供給 GPS 接收器做為定位運(yùn)用。

　　 二 、 GPS 的發(fā)展

1957 年由蘇聯(lián)發(fā)射的史波尼克 (Sputnik) 人造衛(wèi)星，它是人類歷史上的顆人造衛(wèi)星，至第二次大戰(zhàn)時(shí)，美國麻省理工學(xué)院無線電實(shí)驗(yàn)室成功的開發(fā)了精密導(dǎo)航系統(tǒng)，以利用陸地上的無線電基地臺(tái)為架構(gòu)，計(jì)算無線電波長及電波到達(dá)的時(shí)間并以三角定位法計(jì)算出自己所在的位置，以當(dāng)時(shí)的技術(shù)來說，雖然誤差到達(dá)一公里以上，但在當(dāng)時(shí)的運(yùn)用卻是相當(dāng)廣泛。

當(dāng)蘇聯(lián)成功的發(fā)射顆人造衛(wèi)星時(shí)，美國約翰霍普金斯大學(xué) (John Hopkims Univer--sity) 展示了可以由人造衛(wèi)星的無線電訊號(hào)的杜卜勒移動(dòng)現(xiàn)象來定出個(gè)別的衛(wèi)星運(yùn)行軌道參數(shù)，雖然這只是邏輯上的一點(diǎn)小進(jìn)展，但假如我們能夠得到衛(wèi)星運(yùn)行軌道參數(shù)，那么我們就能計(jì)算出在地球上的位置。

1960 ~ 1970 年之間，美國和蘇聯(lián)開始研究利用軍事衛(wèi)星來做導(dǎo)航用途，到了 1974 年，軍方對 GPS 做 了整合，即是我們現(xiàn)在所熟知的 Navstar 系統(tǒng)。

1980 年代后期開始，所有 Navstar 系統(tǒng)的商業(yè)運(yùn)用均歸美國海岸防衛(wèi)隊(duì)負(fù)責(zé)，現(xiàn)在 GPS 已和地面基地臺(tái)為架構(gòu)的 LORAN 和OMEGA 無線電導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)合，成為美國導(dǎo)航信息服務(wù)的一環(huán)。

　　 GPS 實(shí)施計(jì)劃共分三個(gè)階段：

階段為方案論證和初步設(shè)計(jì)階段。從 1973 年到 1979 年，共發(fā)射了 4 顆試驗(yàn)衛(wèi)星。研制了地面接收機(jī)及建立地面跟蹤網(wǎng)。

第二階段為全面研制和試驗(yàn)階段。從 1979 年到 1984 年，又陸續(xù)發(fā)射了 7 顆試驗(yàn)衛(wèi)星，研制了各種用途接收機(jī)。實(shí)驗(yàn)表明， GPS 定位精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

第三階段為實(shí)用組網(wǎng)階段。 1989 年 2 月 4 日顆 GPS 工作衛(wèi)星發(fā)射成功，表明 GPS 系統(tǒng)進(jìn)入工程建設(shè)階段。 1993 年底實(shí)用的 GPS 網(wǎng)即（ 21+3 ） GPS 星座已經(jīng)建成，今后將根據(jù)計(jì)劃更換失效的衛(wèi)星。

全球定位系統(tǒng)具有性能好、精度高、應(yīng)用廣的特點(diǎn)，是迄今好的導(dǎo)航定位系統(tǒng)。隨著全球定位系統(tǒng)的不斷改進(jìn)，硬、軟件的不斷完善，應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷地開拓， 目前已遍及國民經(jīng)濟(jì)各種部門，并開始逐步深入人們的日常生活。經(jīng)近 10 年我國測繪等部門的使用表明， GPS 以全天候、高精度、 自動(dòng)化、高效益等顯著特點(diǎn)，贏得廣大測繪工作者的信賴，并成功地應(yīng)用于大地測量、工程測量、航空攝影測量、運(yùn)載工具導(dǎo)航和管制、地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測、工程變形監(jiān)測、資源勘察、地球動(dòng)力學(xué)等多種學(xué)科，從而給測繪領(lǐng)域帶來一場深刻的技術(shù)革命。