GPS全球定位系統(tǒng)叫做Global Position System開(kāi)頭字母的縮寫(xiě)。它是美國(guó)從上世紀(jì)70年代開(kāi)始研制，歷時(shí)20年，耗資近200億美元，于1994年全面建成的利用導(dǎo)航衛(wèi)星進(jìn)行測(cè)時(shí)和測(cè)距，具有在海、陸、空進(jìn)行全方位實(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)。它是繼阿波羅登月計(jì)劃、航天飛機(jī)后的美國(guó)第三大航天工程。如今，GPS已經(jīng)成為當(dāng)今世界上最實(shí)用，也是應(yīng)用最廣泛的全球精密導(dǎo)航、指揮和調(diào)度系統(tǒng)。
二、GPS發(fā)展歷程
GPS實(shí)施計(jì)劃共分三個(gè)階段：
第一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(guò)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日第一顆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。
三、GPS組成
GPS系統(tǒng)主要包括有三大組成部分即空間星座部分、地面控制部分和用戶設(shè)備部分。
GPS系統(tǒng)的空間部分由24顆GPS工作衛(wèi)星所組成，這些GPS工作衛(wèi)星共同組成了GPS衛(wèi)星星座，其中21顆為可用于導(dǎo)航的衛(wèi)星，3顆為活動(dòng)的備用衛(wèi)星，均勻分布在6個(gè)軌道面上，地面高度為20000余公里，軌道傾角為55度，扁心率約為0，周期約為12小時(shí)，衛(wèi)星向地面發(fā)射兩個(gè)波段的載波信號(hào)，載波信號(hào)頻率分別為1.57542GHz（L1波段）和1.2276GHz（L2波段），衛(wèi)星上安裝了精度很高的原子鐘（銫鐘或氫鐘其穩(wěn)定度可達(dá)10-12至10-14量級(jí)。），以確保頻率的穩(wěn)定性，在載波上調(diào)制有表示衛(wèi)星位置 的廣播星歷，用于測(cè)距的C/A代碼和P代碼，以及其它系統(tǒng)信息，能在全球范圍內(nèi)，向任意多用戶提供高精度的、全天候的、連續(xù)的、實(shí)時(shí)的三維測(cè)速、三維定位和授時(shí)。每顆衛(wèi)星在L波段的兩個(gè)頻率上(L1=1.57542GHz,L2=1.2276GHz)連續(xù)發(fā)射用C/A代碼、P代碼調(diào)制的擴(kuò)頻信號(hào)。為了接收來(lái)自衛(wèi)星的信息，GPS接收機(jī)必須了解各個(gè)衛(wèi)星的固有代碼。使用在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)位用叫做C/A代碼，為了補(bǔ)足高精度測(cè)位所使用的P代碼，也使用了C/A代碼。所謂C/A是Clear and Acquisition或Coarce and Acquisition的簡(jiǎn)稱，P是Precision或Protect的意思。
C/A代碼每1ms重復(fù)一次(位率1.023MHz,L2上不用)。P代碼(主要為軍用)每七天重復(fù)一次（位率10.23MHz），衛(wèi)星發(fā)射功率約35W因此到達(dá)地面的信號(hào)強(qiáng)度可達(dá)-105——-125dbm。
地面控制部分是整個(gè)系統(tǒng)的中樞，由美國(guó)國(guó)防部JPO管理，它由分布在全球的一個(gè)主控站、三個(gè)信息注入站和五個(gè)監(jiān)測(cè)站組成。對(duì)于導(dǎo)航定位來(lái)說(shuō)，GPS衛(wèi)星是一動(dòng)態(tài)已知點(diǎn)。衛(wèi)星的位置是依據(jù)衛(wèi)星發(fā)射的星歷——描述衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)及其軌道的參數(shù)算得的。每顆GPS衛(wèi)星所播發(fā)的星歷，是由地面監(jiān)控系統(tǒng)提供的。衛(wèi)星上的各種設(shè)備是否正常工作，以及衛(wèi)星是否一直沿著預(yù)定軌道運(yùn)行，都要由地面設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。地面監(jiān)控系統(tǒng)另一重要作用是保持各顆衛(wèi)星處于同一時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)——GPS時(shí)間系統(tǒng)。這就需要地面站監(jiān)測(cè)各顆衛(wèi)星的時(shí)間，求出時(shí)鐘差。然后由地面注入站發(fā)給衛(wèi)星，衛(wèi)星再由導(dǎo)航電文發(fā)給用戶設(shè)備。GPS的空間部分和地面監(jiān)控部分是用戶廣泛應(yīng)用該系統(tǒng)進(jìn)行導(dǎo)航和定位的基礎(chǔ)，均為美國(guó)所控制。
用戶設(shè)備部分主要由以無(wú)線電傳感和計(jì)算機(jī)技術(shù)支撐的GPS衛(wèi)星接收機(jī)和GPS數(shù)據(jù)處理軟件構(gòu)成。GPS衛(wèi)星接收機(jī)能夠捕獲到按一定衛(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)算出觀測(cè)站的三維位置，甚至三維速度和時(shí)間，最終實(shí)現(xiàn)利用GPS進(jìn)行導(dǎo)航和定位的目的。
四、GPS測(cè)量原理
GPS定位是利用三點(diǎn)定位原理，即知道未知點(diǎn)距離已知點(diǎn)的距離，未知點(diǎn)必然位于以已知點(diǎn)為球心的，距離為半徑的球上，測(cè)出未知點(diǎn)和三個(gè)已知點(diǎn)的距離，則未知點(diǎn)在三個(gè)球圓周的相交處（為兩個(gè)點(diǎn)時(shí)，因有接收方向，故有一個(gè)處于接收背面的點(diǎn)可以舍去），從而準(zhǔn)確的測(cè)出未知點(diǎn)的位置。
GPS接收機(jī)收到來(lái)自衛(wèi)星無(wú)線電波的信號(hào)，根據(jù)電波到達(dá)所需要的時(shí)間，測(cè)出距衛(wèi)星的距離（s=t×c距離，t為電波到達(dá)的時(shí)間，c是電磁波的速度約為3000000米/秒）。測(cè)量與時(shí)間有著極大的關(guān)系，先介紹一下時(shí)間有關(guān)的術(shù)語(yǔ)。
原子時(shí)：1967年10月的第13次國(guó)際度量衡總會(huì)中，規(guī)定銫原子鐘作為決定國(guó)際性時(shí)間的基本標(biāo)準(zhǔn)器。簡(jiǎn)單的說(shuō)，是規(guī)定銫原子的振動(dòng)頻率為9.192631770GHz，以此種頻率為基準(zhǔn)，來(lái)表示刻劃的時(shí)刻叫做原子時(shí)。由于銫原子振動(dòng)頻率穩(wěn)定度極高（如前述能達(dá)到10-12至10-14量級(jí)），能達(dá)到三萬(wàn)年相差不超過(guò)一秒的時(shí)間精度。
星歷：精確描述天體（如GPS衛(wèi)星）位置的以時(shí)間為變量的函數(shù)的一組參數(shù)。目前，GPS星歷有“廣播星歷”和后處理的“精密星歷”。
測(cè)量精度很大程度上取決于時(shí)間精度，這也是衛(wèi)星上搭載了原子鐘的原因，為了準(zhǔn)確地得到電磁波到達(dá)的時(shí)間，需要GPS接收機(jī)也要有同樣高精度的時(shí)間，為了把接收機(jī)制造成小型和價(jià)廉起見(jiàn)，不可能使用昂貴的原子鐘。解決方法是，追加另一顆衛(wèi)星的信息，來(lái)尋求正確的時(shí)間，這樣一來(lái)，為了進(jìn)行正確的測(cè)位，必須接收來(lái)自四顆衛(wèi)星的電磁波，目前，多數(shù)導(dǎo)航是通過(guò)這種方法實(shí)現(xiàn)的。
五、GPS的信號(hào)
GPS衛(wèi)星發(fā)射兩種頻率的載波信號(hào)，即頻率為1575.42MHz的L1載波和頻率為1227.60HMz的L2載波，它們的頻率分別是基本頻率10.23MHz的154倍和120倍，它們的波長(zhǎng)分別為19.03cm和24.42cm。在L1和L2上又分別調(diào)制著多種信號(hào)，這些信號(hào)主要有：
C/A代碼：C/A代碼又被稱為粗捕獲碼，它被調(diào)制在L1載波上，是1MHz的偽隨機(jī)噪聲碼（PRN碼），其碼長(zhǎng)為1023位（周期為1ms）。由于每顆衛(wèi)星的C/A代碼都不一樣，因此，我們經(jīng)常用它們的PRN號(hào)來(lái)區(qū)分它們。C/A代碼是普通用戶用以測(cè)定測(cè)站到衛(wèi)星間的距離的一種主要的信號(hào)。
P代碼：P代碼又被稱為精碼，它被調(diào)制在L1和L2載波上，是10MHz的偽隨機(jī)噪聲碼，其周期為七天。在實(shí)施AS時(shí)，P代碼與W代碼進(jìn)行模二相加生成保密的Y代碼，此時(shí)，一般用戶無(wú)法利用P代碼來(lái)進(jìn)行導(dǎo)航定位。
Y代碼：見(jiàn)P代碼。
導(dǎo)航信息：導(dǎo)航信息被調(diào)制在L1載波上，其信號(hào)頻率為50Hz，包含有GPS衛(wèi)星的軌道參數(shù)、衛(wèi)星鐘改正數(shù)和其它一些系統(tǒng)參數(shù)。用戶一般需要利用此導(dǎo)航信息來(lái)計(jì)算某一時(shí)刻GPS衛(wèi)星在地球軌道上的位置，導(dǎo)航信息也被稱為廣播星歷。
六、GPS定位方法
GPS定位的方法是多種多樣的，用戶可以根據(jù)不同的用途采用不同的定位方法。GPS定位方法可依據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，作如下劃分：
l 根據(jù)定位所采用的觀測(cè)值
偽距定位：偽距定位所采用的觀測(cè)值為GPS偽距觀測(cè)值，所采用的偽距觀測(cè)值既可以是C/A代碼偽距，也可以是P代碼偽距。偽距定位的優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)單，對(duì)定位條件的要求低，不存在整周模糊度的問(wèn)題，可以非常容易地實(shí)現(xiàn)立即尋址；其缺點(diǎn)是觀測(cè)值精度低，C/A 代碼偽距觀測(cè)值的精度一般為30米，而P代碼偽距觀測(cè)值的精度一般也在3米左右，從而導(dǎo)致定位成果精度低，另外，若采用精度較高的P代碼偽距觀測(cè)值，還存在AS的問(wèn)題。
載波相位定位：載波相位定位所采用的觀測(cè)值為GPS的載波相位觀測(cè)值，即L1、L2或它們的某種線性組合。載波相位定位的優(yōu)點(diǎn)是觀測(cè)值的精度高，一般優(yōu)于2個(gè)毫米；其缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)處理過(guò)程復(fù)雜，存在整周模糊度的問(wèn)題。
l 根據(jù)定位的模式
絕對(duì)尋址：絕對(duì)尋址又稱為單點(diǎn)定位，這是一種采用一臺(tái)接收機(jī)進(jìn)行定位的模式，它所確定的是接收機(jī)天線的絕對(duì)坐標(biāo)。這種定位模式的特點(diǎn)是作業(yè)方式簡(jiǎn)單，可以單機(jī)作業(yè)。絕對(duì)尋址一般用于導(dǎo)航和精度要求不高的應(yīng)用中。
相對(duì)定位：相對(duì)定位又稱為差分定位，這種定位模式采用兩臺(tái)以上的接收機(jī)，同時(shí)對(duì)一組相同的衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè)，以確定接收機(jī)天線間的相互位置關(guān)系。
l 根據(jù)獲取定位結(jié)果的時(shí)間
立即尋址：立即尋址是根據(jù)接收機(jī)觀測(cè)到的資料，實(shí)時(shí)地解算出接收機(jī)天線所在的位置。
非立即尋址：非立即尋址又稱后處理定位，它是通過(guò)對(duì)接收機(jī)接收到的資料進(jìn)行后處理以進(jìn)行定位得方法。
l 根據(jù)定位時(shí)接收機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)
動(dòng)態(tài)定位：所謂動(dòng)態(tài)定位，就是在進(jìn)行GPS定位時(shí)，認(rèn)為接收機(jī)的天線在整個(gè)觀測(cè)過(guò)程中的位置是變化的。也就是說(shuō)，在數(shù)據(jù)處理時(shí)，將接收機(jī)天線的位置作為一個(gè)隨時(shí)間的改變而改變的量。動(dòng)態(tài)定位又分為Kinematic和Dynamic兩類。
靜態(tài)定位：所謂靜態(tài)定位，就是在進(jìn)行GPS定位時(shí)，認(rèn)為接收機(jī)的天線在整個(gè)觀測(cè)過(guò)程中的位置是保持不變的。也就是說(shuō)，在數(shù)據(jù)處理時(shí)，將接收機(jī)天線的位置作為一個(gè)不隨時(shí)間的改變而改變的量。在測(cè)量中，靜態(tài)定位一般用于高精度的測(cè)量定位，其具體觀測(cè)模式多臺(tái)接收機(jī)在不同的測(cè)站上進(jìn)行靜止同步觀測(cè)，時(shí)間由幾分鐘、幾小時(shí)甚至數(shù)十小時(shí)不等。
七、GPS應(yīng)用
GPS最初為美國(guó)軍方所專用，由其控制和操作。海灣戰(zhàn)爭(zhēng)后，開(kāi)放了C/A代碼，并且降低了它的精度。盡管如此，GPS全天候向全球瞬時(shí)提供高精度定位及時(shí)間信息，引起了全世界的強(qiáng)烈興趣。各國(guó)科技工作者研究出種種方法，如相位法、差分測(cè)量法等等，大大提高了測(cè)量結(jié)果的精度，滿足了各國(guó)廣泛應(yīng)用的要求，同時(shí)也推動(dòng)了GPS導(dǎo)航定位技術(shù)的迅速發(fā)展，下面是GPS在一些典型應(yīng)用：
n 高空科學(xué)氣球GPS跟蹤定位系統(tǒng)
n 移動(dòng)車輛GPS自動(dòng)定位技術(shù)
n 3GPS精密計(jì)時(shí)
n 利用GPS技術(shù)確定地球衛(wèi)星軌道
n 艦船、飛機(jī)的導(dǎo)航定位
n 導(dǎo)彈的精確制導(dǎo)
目前，全球定位系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于軍事和民用等眾多領(lǐng)域中。下面以它在交通運(yùn)輸系統(tǒng)中的運(yùn)用為例，簡(jiǎn)要說(shuō)明一下：
1、 GPS在道路工程中的應(yīng)用
GPS在道路工程中的應(yīng)用，目前主要是用于建立各種道路工程控制網(wǎng)及測(cè)定航測(cè)外控點(diǎn)等。隨著高等級(jí)公路的迅速發(fā)展，對(duì)勘測(cè)技術(shù)提出了更高的要求，由于線路長(zhǎng)，已知點(diǎn)少，因此，用常規(guī)測(cè)量手段不僅布網(wǎng)困難，而且難以滿足高精度的要求。目前，國(guó)內(nèi)已逐步采用GPS技術(shù)建立線路首級(jí)高精度控制網(wǎng)，如滬寧、滬杭高速公路的上海段就是利用GPS建立了首級(jí)控制網(wǎng)，然后用常規(guī)方法布設(shè)導(dǎo)線加密。實(shí)踐證明，在幾十公里范圍內(nèi)的點(diǎn)位誤差只有2cm左右，達(dá)到了常規(guī)方法難以實(shí)現(xiàn)的精度，同時(shí)也大大提前了工期。
2、 GPS在汽車導(dǎo)航和交通管理中的運(yùn)用
三維導(dǎo)航是GPS的首要功能，飛機(jī)、船舶、地面車輛以及步行者都可利用GPS導(dǎo)航接收器進(jìn)行導(dǎo)航。汽車導(dǎo)航系統(tǒng)是在全球定位系統(tǒng)GPS基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一門新型技術(shù)。汽車導(dǎo)航系統(tǒng)由GPS導(dǎo)航、自律導(dǎo)航、微處理器、車速傳感器、陀螺傳感器、CD—ROM驅(qū)動(dòng)器、LCD顯示器組成。
GPS導(dǎo)航是由GPS接收機(jī)接收GPS衛(wèi)星信號(hào)（三顆以上），求出該點(diǎn)的經(jīng)緯度坐標(biāo)、速度、時(shí)間等信息。為提高汽車導(dǎo)航定位精度，通常采用差分GPS技術(shù)。當(dāng)汽車行駛到地下隧道、高層樓群、高速公路等遮掩物而與捕獲不到GPS衛(wèi)星信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)可自動(dòng)導(dǎo)入自律導(dǎo)航系統(tǒng)，此時(shí)由車速傳感器檢測(cè)出汽車的行進(jìn)速度，通過(guò)微處理單元的數(shù)據(jù)處理，從速度和時(shí)間中直接算出前進(jìn)的距離，陀螺傳感器直接檢測(cè)出前進(jìn)的方向，陀螺儀還能自動(dòng)存儲(chǔ)各種資料，即使在更換輪胎暫時(shí)停車時(shí)，系統(tǒng)也可以重新設(shè)定。
由GPS衛(wèi)星導(dǎo)航和自律導(dǎo)航所測(cè)到的汽車位置坐標(biāo)資料、前進(jìn)的方向都與實(shí)際行駛的路線軌跡存在一定誤差，為修正這兩者的誤差，與地圖上的路線統(tǒng)一，需采用地圖匹配技術(shù)，加一個(gè)地圖匹配電路，對(duì)汽車行駛的路線與電子地圖上道路誤差進(jìn)行實(shí)時(shí)相關(guān)匹配作自動(dòng)修正，此時(shí)地圖匹配電路是通過(guò)微處理單元的整理程序進(jìn)行快速處理，得到汽車在電子地圖上的正確位置，以指示出正確行駛路線。CD-ROM用于存儲(chǔ)道路資料等信息，LCD顯示器用于顯示導(dǎo)航的相關(guān)信息。
GPS導(dǎo)航系統(tǒng)與電子地圖、無(wú)線電通信網(wǎng)絡(luò)及計(jì)算機(jī)車輛管理信息系統(tǒng)相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)車輛跟蹤和交通管理等許多功能，這些功能包括：
l 車輛跟蹤
l 提供出行路線規(guī)劃和導(dǎo)航
l 信息查詢
l 話務(wù)指揮
l 緊急援助
GPS除了用于導(dǎo)航、定位、測(cè)量外，由于GPS系統(tǒng)的空間衛(wèi)星上載有的精確時(shí)鐘可以發(fā)布時(shí)間和頻率信息，因此，以空間衛(wèi)星上的精確時(shí)鐘為基礎(chǔ)，在地面監(jiān)測(cè)站的監(jiān)控下，傳送精確時(shí)間和頻率是GPS的另一重要應(yīng)用。全球定位系統(tǒng)GPS是近年來(lái)開(kāi)發(fā)的最具有開(kāi)創(chuàng)意義的高新技術(shù)之一，其全球性、全能性、全天候性的導(dǎo)航定位、定時(shí)、測(cè)速優(yōu)勢(shì)必然會(huì)在諸多領(lǐng)域中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。
八、導(dǎo)航的概念
導(dǎo)航是一個(gè)技術(shù)門類的總稱，它是引導(dǎo)飛機(jī)、船舶、車輛以及個(gè)人（總稱作運(yùn)載體）安全、準(zhǔn)確地沿著選定的路線，準(zhǔn)時(shí)到達(dá)目的地的一種手段。導(dǎo)航的基本功能是回答：我現(xiàn)在在哪里？我要去哪里？如何去？
九、導(dǎo)航系統(tǒng)概念
導(dǎo)航應(yīng)由導(dǎo)航系統(tǒng)完成，包括裝在運(yùn)載體上的導(dǎo)航設(shè)備以及裝在其它地方與導(dǎo)航設(shè)備配合使用的導(dǎo)航臺(tái)。從導(dǎo)航臺(tái)的位置來(lái)看，主要有：
陸基導(dǎo)航系統(tǒng)： 即導(dǎo)航臺(tái)位于陸地上，導(dǎo)航臺(tái)與導(dǎo)航設(shè)備之間用無(wú)線電波聯(lián)系。
星基導(dǎo)航系統(tǒng)：導(dǎo)航臺(tái)設(shè)在人造衛(wèi)星上，擴(kuò)大覆蓋范圍。
GPS導(dǎo)航系統(tǒng)屬于星基導(dǎo)航系統(tǒng)。
十、主要導(dǎo)航系統(tǒng)簡(jiǎn)介
在衛(wèi)星定位系統(tǒng)出現(xiàn)之前，遠(yuǎn)程導(dǎo)航與定位主要用無(wú)線導(dǎo)航系統(tǒng)。
1、 無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)
Ø 羅蘭--C：工作在100KHZ，由三個(gè)地面導(dǎo)航臺(tái)組成，導(dǎo)航工作區(qū)域2000KM，一般精度200-300M。
Ø Omega（奧米茄）：工作在十幾千赫。由八個(gè)地面導(dǎo)航臺(tái)組成，可覆蓋全球。精度幾英里。
Ø 多卜勒系統(tǒng)：利用多卜勒頻移原理，通過(guò)測(cè)量其頻移得到運(yùn)動(dòng)物參數(shù)（地速和偏流角），推算出飛行器位置，屬自備式航位推算系統(tǒng)。誤差隨航程增加而累加。
缺點(diǎn)：覆蓋的工作區(qū)域小；電波傳播受大氣影響；定位精度不高。
2、 衛(wèi)星定位系統(tǒng)
Ø 最早的衛(wèi)星定位系統(tǒng)是美國(guó)的子午儀系統(tǒng)（Transit），1958年研制，64年正式投入使用。由于該系統(tǒng)衛(wèi)星數(shù)目較?。?-6顆），運(yùn)行高度較低（平均1000KM），從地面站觀測(cè)到衛(wèi)星的時(shí)間隔較長(zhǎng)（平均1.5h），因而它無(wú)法提供連續(xù)的實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航，而且精度較低。
Ø 全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GLONASS：GLONASS是GLObal NAvigation Satellite System(全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng))的字頭縮寫(xiě)，是前蘇聯(lián)從80年代初開(kāi)始建設(shè)的與美國(guó)GPS系統(tǒng)相類似的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，也由衛(wèi)星星座、地面監(jiān)測(cè)控制站和用戶設(shè)備三部分組成?，F(xiàn)在由俄羅斯空間局管理。GLONASS系統(tǒng)從理論上有24顆衛(wèi)星，但由于衛(wèi)星使用壽命和資金緊張等問(wèn)題，實(shí)際上的可用衛(wèi)星遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于24，目前有8顆供使用的衛(wèi)星。GLONASS系統(tǒng)的衛(wèi)星星座由24顆衛(wèi)星組成，均勻分布在3個(gè)近圓形的軌道平面上，每個(gè)軌道面8顆衛(wèi)星，軌道高度19100公里，運(yùn)行周期11小時(shí)15分，軌道傾角64.8°。與美國(guó)的GPS系統(tǒng)不同的是GLONASS系統(tǒng)采用頻分多址(FDMA)方式，根據(jù)載波頻率來(lái)區(qū)分不同衛(wèi)星（GPS是碼分多址（CDMA），根據(jù)調(diào)制碼來(lái)區(qū)分衛(wèi)星）。每顆GLONASS衛(wèi)星發(fā)播的兩種載波的頻率分別為L(zhǎng)1=1,602+0.5625k(MHz)和L2=1,246+0.4375k(MHz)，其中k=1～24為每顆衛(wèi)星的頻率編號(hào)。所有GPS衛(wèi)星的載波的頻率是相同，均為L(zhǎng)1=1575.42MHz和L2=1227.6MHz。GLONASS衛(wèi)星的載波上也調(diào)制了兩種偽隨機(jī)噪聲碼：S代碼和P代碼。俄羅斯對(duì)GLONASS系統(tǒng)采用了軍民合用、不加密的開(kāi)放政策。GLONASS系統(tǒng)單點(diǎn)定位精度水平方向?yàn)?6m，垂直方向?yàn)?5m。另外，俄計(jì)劃將系統(tǒng)發(fā)播頻率改為GPS的頻率，并得到美羅克威爾公司的技術(shù)支持。下表是GPS與GLONASS的比較：
項(xiàng)目 GPS系統(tǒng) GLONASS系統(tǒng)
星座衛(wèi)星數(shù) 24 24
軌道面?zhèn)€數(shù) 6 3
軌道高度 20183公里 19100公里
運(yùn)行周期 11小時(shí)58分 11小時(shí)15分
軌道傾角 55度 65度
載波頻率 L1:1575.42MHz L1:1602.56-1615.50MHz
L2:1227.60MHz L2:1246.44-1256.50MHz
傳輸方式 碼分多址 頻分多址
調(diào)制碼 C/A代碼和P代碼 S代碼和P代碼
時(shí)間系統(tǒng) UTC UTC
坐標(biāo)系統(tǒng) WGS-84 SGS-E90
SA 有（2000年5月1日取消） 無(wú)
AS 有 無(wú)
GPS系統(tǒng)的建立給導(dǎo)航和定位技術(shù)帶來(lái)了巨大的變化，它從根本上解決了人類在地球上的導(dǎo)航和定位問(wèn)題，可以滿足不同用戶的需要。
十、GPS優(yōu)點(diǎn)
GPS的問(wèn)世標(biāo)志著電子導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展到了一個(gè)更加輝煌的時(shí)代。GPS系統(tǒng)與其它導(dǎo)航系統(tǒng)相比，主要特點(diǎn)有如下六個(gè)方面。
1、定位精度高
GPS可為各類用戶連續(xù)地提供高精度的三維位置、三維速度和時(shí)間信息。
2、觀測(cè)時(shí)間短
隨著GPS系統(tǒng)的不斷完善，軟件的不斷更新，目前，20km以內(nèi)相對(duì)靜態(tài)定位，僅需15～20min；快速靜態(tài)相對(duì)定位測(cè)量時(shí)，當(dāng)每個(gè)流動(dòng)站與基準(zhǔn)站相距在15km以內(nèi)時(shí)，流動(dòng)站觀測(cè)時(shí)間只需1～2min，然后可隨時(shí)定位，每站觀測(cè)只需幾秒鐘，立即尋址速度快。目前GPS接收機(jī)的一次定位和測(cè)速工作在1s甚至更小的時(shí)間內(nèi)便可完成，這對(duì)高動(dòng)態(tài)用戶來(lái)講尤其重要。
3、執(zhí)行操作簡(jiǎn)便
隨著GPS接收機(jī)不斷改進(jìn)，自動(dòng)化程度越來(lái)越高，有的已達(dá)“傻瓜化”的程度；接收機(jī)的體積越來(lái)越小，重量越來(lái)越輕，極大地減輕測(cè)量工作者的工作緊張程度和勞動(dòng)強(qiáng)度。使野外工作變得輕松愉快。
4、全球、全天候作業(yè)
由于GPS衛(wèi)星數(shù)目較多且分布合理，所以在地球上任何地點(diǎn)均可連續(xù)同步地觀測(cè)到至少4顆衛(wèi)星，從而保障了全球。全天候連續(xù)實(shí)時(shí)導(dǎo)航與定位的需要。目前GPS觀測(cè)可在一天24h內(nèi)的任何時(shí)間進(jìn)行，不受陰天黑夜、起霧刮風(fēng)、下雨下雪等氣候的影響。
5、功能多、應(yīng)用廣
GPS系統(tǒng)不僅可用于測(cè)量、導(dǎo)航，還可用于測(cè)速、測(cè)時(shí)。測(cè)速的精度可達(dá)0.1m/s，測(cè)時(shí)的精度可達(dá)幾十毫微秒。其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。
十一、汽車GPS導(dǎo)航系統(tǒng)與汽車GPS防盜系統(tǒng)
GPS防盜車安全系統(tǒng)是GPS與通信技術(shù)結(jié)合，對(duì)移動(dòng)的車輛進(jìn)行監(jiān)控，通過(guò)中心控制臺(tái)確定車輛的移動(dòng)方位。當(dāng)汽車失竊時(shí)，可以報(bào)由中心控制臺(tái)來(lái)發(fā)現(xiàn)其逃跑路線，進(jìn)而實(shí)施截獲，也是GPS的一種實(shí)際運(yùn)用，目前國(guó)內(nèi)有多家從事GPS防盜系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)的廠家。
汽車GPS導(dǎo)航系統(tǒng)則是GPS與GIS（地理信息系統(tǒng)）、語(yǔ)音技術(shù)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)、多媒體技術(shù)及多種測(cè)量技術(shù)等相結(jié)合的產(chǎn)物。移動(dòng)車輛接收來(lái)自GPS的定位信號(hào)，并在數(shù)字化的電子地圖上顯示出來(lái)，并通過(guò)語(yǔ)音提示，對(duì)駕駛者進(jìn)行道路指引。
GIS概述
一、GIS的定義
GIS是地理信息系統(tǒng) (Geographic information System)的簡(jiǎn)寫(xiě)，它是一套可以整合各項(xiàng)相關(guān)地理資料的信息化操作系統(tǒng),其架構(gòu)于一完整豐富的地理數(shù)據(jù)庫(kù)之上,并具有資料擷取、編修、更新、儲(chǔ)存、查詢、處理、分析及展示等不同功能。
舉例如都市信息系統(tǒng)、土地監(jiān)控系統(tǒng)、地籍信息系統(tǒng)、交通信息系統(tǒng)及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、流域管理系統(tǒng)等等,皆屬于地理信息系統(tǒng)的一環(huán)。
就GIS系統(tǒng)所處理的資料來(lái)說(shuō),我們可以簡(jiǎn)單的將其分類為空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)二種。
空間資料(Spatial Data)是與地理位置有關(guān)的資料,一般來(lái)說(shuō)是以坐標(biāo)的方式來(lái)表示,如經(jīng)緯度坐標(biāo)、世界橫麥卡托坐標(biāo)皆是。
屬性資料(Attribute Data)則是與地理位置無(wú)關(guān)的資料,如街道名稱、河川名稱/長(zhǎng)度、或與地籍有關(guān)的地號(hào)、地目、所有人等等均屬此類。
在空間資料中的各個(gè)對(duì)象,彼此之間有其空間關(guān)聯(lián)性,再加上空間資料與屬性資料之間的連結(jié)關(guān)系,也就構(gòu)成一個(gè)GIS系統(tǒng)兼具查詢、顯示、分析、數(shù)據(jù)管理等之多功能、效率高之整合性系統(tǒng)。
二、地圖的本質(zhì)
地圖是一種儲(chǔ)存地理資料的工具，目前保留下來(lái)的最早期地圖，就是為了記錄土地的所有權(quán)而制作的。
我們可以由地圖上量取地面的一些性質(zhì)或是一組地理現(xiàn)象之間彼此的關(guān)聯(lián)性；地圖是一種以圖像的方式，來(lái)呈現(xiàn)地球上的現(xiàn)象；地圖是一個(gè)地方的圖畫(huà)，而這個(gè)圖畫(huà)顯示了物體在哪里；地圖可以表現(xiàn)房間里的物；地圖可以表現(xiàn)城鎮(zhèn)中的房子、建筑 物和街道；地圖可以表現(xiàn)縣市或國(guó)家中的城鎮(zhèn)、湖泊和山脈；地圖還可以表現(xiàn)我們居住地方許多其它的東西。
地圖是許多決策支持分析時(shí)的重要工具，有許多作業(yè)是野外的現(xiàn)場(chǎng)所無(wú)法進(jìn)行分析的，例如：坡度的計(jì)算、視域圖的計(jì)算等，都有賴于圖面上的分析。在進(jìn)行環(huán)境影響評(píng)估的時(shí)候，我們可以由圖面上的作業(yè)來(lái)分析那些地區(qū)是沖擊比較大；那些是沖擊比較小的。隨著環(huán)境問(wèn)題的日益嚴(yán)重，有關(guān)于自然環(huán)境的分析及研究成為眾所矚目的問(wèn)題，地圖的使用是自然環(huán)境分析時(shí)的利器，可以解決許多問(wèn)題，所以地圖的使用也日形重要，不再是地理學(xué)者的專利，可以預(yù)見(jiàn)的是地圖的分析功能越來(lái)越重要。
不論在旅行、航海、儲(chǔ)存資料、研究、環(huán)境規(guī)劃、野外實(shí)習(xí)等都可使用地圖來(lái)作為輔助的工具。
三、地圖的分類
每一張地圖都是一種真實(shí)世界的縮影，在地圖和真實(shí)世界之間也就存在著一個(gè)比例，依據(jù)這一個(gè)比例的大小，可以將地圖分成大比例、中比例和小比例地圖。
大小比例尺并沒(méi)有一定的定義，根據(jù)每一個(gè)國(guó)家的幅員大小、社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件而有不同的定義。
一般而言，大于1：50,000的地圖，都可以稱為大比例尺地圖，亦即一般普通目的地圖都落在這一類。相對(duì)的，主題地圖大都是小比例尺的地圖，如臺(tái)灣地區(qū)的氣候圖等。
四、地圖學(xué)的數(shù)學(xué)問(wèn)題
地圖是用來(lái)表現(xiàn)地理現(xiàn)象的一種模型，所以繪制地圖的第一個(gè)工作是調(diào)查地面現(xiàn)象的實(shí)際情形，諸如這些現(xiàn)象分布的位置、形狀、面積、距離等等，都是所要調(diào)查的空間特性資料。
地理現(xiàn)象的位置是所有空間特性的基礎(chǔ)，有了位置資料我們就可以進(jìn)一步求算距離、面積、形狀等，和地圖繪制非常相關(guān)的一個(gè)工作就是測(cè)量，測(cè)量工作的目的在于調(diào)查和記錄空間資料的位置。
為了記錄測(cè)量的結(jié)果，我們必須要有一套坐標(biāo)系統(tǒng)，使得地表上的任一個(gè)地點(diǎn)都有獨(dú)特的坐標(biāo)值，如此我們才可以明確地記錄各種地理現(xiàn)象的位置，如：海岸線位置、國(guó)界、測(cè)站的位置等，然后才可以進(jìn)一步將這些現(xiàn)象繪制在地圖上。
五、投影
繪圖之前，地圖學(xué)者必須依據(jù)所欲繪制地區(qū)的范圍和圖面的大小來(lái)決定一個(gè)比例尺，這個(gè)比例尺可以視為繪圖所依據(jù)的地球儀和實(shí)際地球之間的比例。
比例尺決定之后，繪圖者必須想辦法將地球儀上面的球面位置轉(zhuǎn)繪成地圖上的平面坐標(biāo)。這是一個(gè)比較棘手的問(wèn)題，因?yàn)榈厍虻耐庑谓朴谝粋€(gè)球體，無(wú)法原原本本的被轉(zhuǎn)換成平面，必須加以拉扯、變形之后，才可能轉(zhuǎn)換到平面上的坐標(biāo)。以科學(xué)性的敘述而言，這個(gè)工作是將地球儀上的幾何現(xiàn)象投影到一個(gè)平面上，所以我們稱這種轉(zhuǎn)換為地圖投影。
地圖學(xué)者已發(fā)明了三百種左右的投影方法。從球面上轉(zhuǎn)換成平面的過(guò)程，我們沒(méi)有辦法將球面上的所有幾何性質(zhì)都完整地保留至平面上，所以每個(gè)投影方法一定都有一些扭曲或變形，亦即有它的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，繪圖者可以依據(jù)制圖目的和需要來(lái)選擇一個(gè)合適的方法，讀圖的時(shí)候也必須了解各種投影的意義和它的變形程度，才能充分掌握地圖上的信息。
六、經(jīng)度與緯度的定義
根據(jù)地球的形狀和轉(zhuǎn)動(dòng)的方向，古代的希臘人發(fā)明了以經(jīng)線和緯線來(lái)界定地球表面位置的坐標(biāo)系統(tǒng)。
這套系統(tǒng)以南極、北極和赤道作為基準(zhǔn)。南北極則是地球的旋轉(zhuǎn)和地表相交的二個(gè)端點(diǎn)，那么赤道又是什么呢？我們可以想象有一個(gè)很大的平面，它通過(guò)地球的中心，而且與地球的旋轉(zhuǎn)軸垂直，這一個(gè)平面和地球表面切割出來(lái)的圈就是赤道。
如果我們以二個(gè)數(shù)值來(lái)表現(xiàn)地面上任一地點(diǎn)的坐標(biāo)值，那么其中一個(gè)可以由距離赤道的遠(yuǎn)近來(lái)界定，這個(gè)值也就是緯度，我們以赤道的緯度為零，赤道以北為北緯，赤道以南為南緯，距離赤道越近的地方緯度就越小，南北極的緯度最大，各為九十度。
經(jīng)線是和赤道垂直相交的一組線，從南極連接至北極。緯度是用來(lái)界定地面上任一地點(diǎn)的南北方向的值，經(jīng)度則是用來(lái)定義東西向的值，由于地球一圈是360度，所以全世界的經(jīng)度也分成360度。
