衛星導航系統 --- 全球定位系統（GPS）

衛星導航系統為利用衛星來測量物體位置的系統。

已開始運行的衛星導航系統：

• 美國　：全球定位系統（GPS），目前唯一覆蓋全球的系統。
• 俄羅斯：全球導航衛星系統（GLONASS），目前只覆蓋俄羅斯境內。
• 中國　：北斗導航系統，目前只覆蓋中國境內。

正在建立的衛星導航系統：

• 歐盟　：伽利略定位系統

全球定位系統（Global Positioning System，通常簡稱GPS）是一個中距離圓型軌道衛星導航系統。它可以為地球表面絕大部分地區（98%）提供準確的定位、測速和高精度的時間標準。系統由美國國防部研製和維護，可滿足位於全球任何地方或近地空間的軍事用戶連續精確的確定三維位置、三維運動和時間的需要。該系統包括太空中的24顆GPS衛星；地面上的1個主控站、3個數據注入站和5個監測站及作為用戶端的GPS接收機。最少只需其中3顆衛星，就能迅速確定用戶端在地球上所處的位置及海拔高度；所能收聯接到的衛星數越多，解碼出來的位置就越精確。

該系統是由美國政府於20世紀70年代開 始進行研製於1994年全面建成。使用者只需擁有GPS接收機，無需另外付費。GPS信號分為民用的標準定位服務（SPS，Standard Positioning Service)和軍規的精確定位服務（PPS，Precise Positioning Service)兩類。由於SPS無須任何授權即可任意使用，原本美國因為擔心敵對國家或組織會利用SPS對美國發動攻擊，故在民用訊號中人為地加入誤差 以降低其精確度，使其最終定位精確度大概在100米左右；軍規的精度在十米以下。2000年以後，柯林頓政府決定取消對民用訊號的干擾。因此，現在民用GPS也可以達到十米左右的定位精度。

GPS系統擁有如下多種優點：全天候，不受任何天氣的影響；全球覆蓋（高達98%）；三維定速定時高精度；快速、省時、高效率；應用廣泛、多功能；可移動定位；不同於雙星定位系統，使用過程中接收機不需要發出任何信號增加了隱蔽性，提高了其軍事應用效能。

計劃

最初的GPS計劃在聯合計劃局的領導下誕生了，該方案將24顆衛星放置在互成120度的三個軌道上。每個軌道上有8顆衛星，地球上任何一點均能觀測到6至9顆衛星。這樣，粗碼精度可達100m，精碼精度為10m。 由於預算壓縮，GPS計劃不得不減少衛星發射數量，改為將18顆衛星分佈在互成60度的6個軌道上。然而這一方案使得衛星可靠性得不到保障。1988年又進行了最後一次修改：21顆工作星和3顆備份星工作在互成30度的6條軌道上。這也是現在GPS衛星所使用的工作方式。

差分技術

為了使民用的精確度提昇，科學界發展另一種技術，稱為差分全球定位系統(Differential GPS), 簡稱DGPS。亦即利用附近的已知參考座標點(由其它測量方法所得), 來修正 GPS 的誤差。再把這個即時(real time)誤差值加入本身座標運算的考慮, 便可獲得更精確的值。

GPS有2D導航和3D導航分，在衛星信號不夠時無法提供3D導航服務，而且海拔高度精度明顯不夠，有時達到10倍誤差。但是在經緯度方面經改進誤差很小。衛星定位儀在高樓林立的地區捕捉衛星信號要花較長時間。

GPS的功能

1. 精確定時：廣泛應用在天文台、通信系統基站、電視台中
2. 工程施工：道路、橋樑、隧道的施工中大量採用GPS設備進行工程測量
3. 勘探測繪：野外勘探及城區規劃中都有用到
4. 導航：
   1. 武器導航：精確制導飛彈、巡弋飛彈
   2. 車輛導航：車輛調度、監控系統
   3. 船舶導航：遠洋導航、港口/內河引水
   4. 飛機導航：航線導航、進場著陸控制
   5. 星際導航：衛星軌道定位
   6. 個人導航：個人旅遊及野外探險
5. 定位：
   1. 車輛防盜系統
   2. 手機，PDA，PPC等通信移動設備防盜，電子地圖，定位系統
   3. 兒童及特殊人群的防走失系統
   4. 精準農業：農機具導航、自動駕駛，土地高精度平整

GPS的六大特點

• 第一，全天候，不受任何天氣的影響；
• 第二，全球覆蓋（高達98%）；
• 第三，三維定點定速定時高精度；
• 第四，快速、省時、高效率；
• 第五，應用廣泛、多功能；
• 第六，可移動定位。