GPS是英文Global Positioning System（全球定位系統(tǒng)）的簡稱。GPS起始于1958年美國軍方的一個(gè)項(xiàng)目，1964年投入使用。20世紀(jì)70年代，美國陸海空三軍聯(lián)合研制了新一代衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS 。主要目的是為陸?？杖箢I(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)搜集、核爆監(jiān)測和應(yīng)急通訊等一些軍事目的，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)星星座己布設(shè)完成。在機(jī)械領(lǐng)域GPS則有另外一種含義：產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范(Geometrical Product Specifications, 簡稱GPS)。另外一種含義為G/s（GB per second）。GPS(Generalized Processor Sharing)廣義為處理器分享，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量控制中的專用術(shù)語。
概述
定義
利用GPS定位衛(wèi)星，在全球范圍內(nèi)實(shí)時(shí)進(jìn)行定位、導(dǎo)航的系統(tǒng)，稱為全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，簡稱GPS。
簡介
GPS可以提供車輛定位、防盜、反劫、行駛路線監(jiān)控及呼叫指揮等功能。要實(shí)現(xiàn)以上所有功能必須具備GPS終端、傳輸網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控平臺三個(gè)要素。
發(fā)展
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)，1958年研制，1964年正式投入使用。該系統(tǒng)用5到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的研制埋下了鋪墊。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)。
為此，美國海軍研究實(shí)驗(yàn)室(NRL)提出了名為Tinmation的用12到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)。而美國空軍則提出了621-B的以每星群4到5顆衛(wèi)星組成3至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，其強(qiáng)大的功能，當(dāng)信號密度低于環(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態(tài)的2維定位，空軍的計(jì)劃能供提供高動態(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)會造成巨大的費(fèi)用而且這里兩個(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2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。該機(jī)構(gòu)成員眾多，包括美國陸軍、海軍、海軍陸戰(zhàn)隊(duì)、交通部、國防制圖局、北約和澳大利亞的代表。[1]?
最初的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度的三個(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至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度的6個(gè)軌道上，然而這一方案使得衛(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度的6條軌道上。這也是GPS衛(wèi)星所使用的工作方式。
GPS導(dǎo)航系統(tǒng)是以全球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、三維速度等信息的一種無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)。它由三部分構(gòu)成，一是地面控制部分，由主控站、地面天線、監(jiān)測站及通訊輔助系統(tǒng)組成。二是空間部分，由24顆衛(wèi)星組成，分布在6個(gè)軌道平面。三是用戶裝置部分，由GPS接收機(jī)和衛(wèi)星天線組成。民用的定位精度可達(dá)10米內(nèi)。
工作原理
定位原理
GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的基本原理是測量出已知位置的衛(wèi)星到用戶接收機(jī)之間的距離，然后綜合多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)就可知道接收機(jī)的具體位置。要達(dá)到這一目的，衛(wèi)星的位置可以根據(jù)星載時(shí)鐘所記錄的時(shí)間在衛(wèi)星星歷中查出。而用戶到衛(wèi)星的距離則通過記錄衛(wèi)星信號傳播到用戶所經(jīng)歷的時(shí)間，再將其乘以光速得到（由于大氣層電離層的干擾，這一距離并不是用戶與衛(wèi)星之間的真實(shí)距離，而是偽距（PR，）：當(dāng)GPS衛(wèi)星正常工作時(shí)，會不斷地用1和0二進(jìn)制碼元組成的偽隨機(jī)碼（簡稱偽碼）發(fā)射導(dǎo)航電文。GPS系統(tǒng)使用的偽碼一共有兩種，分別是民用的C/A碼和軍用的P(Y)碼。C/A碼頻率1.023MHz，重復(fù)周期一毫秒，碼間距1微秒，相當(dāng)于300m；P碼頻率10.23MHz，重復(fù)周期266.4天，碼間距0.1微秒，相當(dāng)于30m。而Y碼是在P碼的基礎(chǔ)上形成的，保密性能更佳。導(dǎo)航電文包括衛(wèi)星星歷、工作狀況、時(shí)鐘改正、電離層時(shí)延修正、大氣折射修正等信息