GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)，原理與技術(shù)一文全懂

　　全球定位系統(tǒng)（Global PosiTIoning System，通常簡(jiǎn)稱GPS）是一個(gè)中距離圓型軌道衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。它可以為地球表面絕大部分地區(qū)（98%）提供準(zhǔn)確的定位、測(cè)速和高精度的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)由美國(guó)國(guó)防部研制和維護(hù)，可滿足位于全球任何地方或近地空間的軍事用戶連續(xù)精確的確定三維位置、三維運(yùn)動(dòng)和時(shí)間的需要。該系統(tǒng)包括太空中的24顆GPS衛(wèi)星；地面上的1個(gè)主控站、3個(gè)數(shù)據(jù)注入站和5個(gè)監(jiān)測(cè)站及作為用戶端的GPS接收機(jī)。最少只需其中4顆衛(wèi)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(lián)接到的衛(wèi)星數(shù)越多，解碼出來的位置就越精確。

　　該系統(tǒng)是由美國(guó)政府于20世紀(jì)70年代開始進(jìn)行研制于1994年全面建成。使用者只需擁有GPS接收機(jī)，無需另外付費(fèi)。GPS信號(hào)分為民用的標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)（SPS，Standard PosiTIoning Service）和軍規(guī)的精確定位服務(wù)（PSS，Precise PosiTIoning Service）兩類。由于SPS無須任何授權(quán)即可任意使用，原本美國(guó)因?yàn)閾?dān)心敵對(duì)國(guó)家或組織會(huì)利用SPS對(duì)美國(guó)發(fā)動(dòng)攻擊，故在民用訊號(hào)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(guī)的精度在十米以下。2000年以后，克林頓政府決定取消對(duì)民用訊號(hào)的干擾。因此，現(xiàn)在民用GPS也可以達(dá)到十米左右的定位精度。

　　GPS系統(tǒng)擁有如下多種優(yōu)點(diǎn)：全天候，不受任何天氣的影響；全球覆蓋（高達(dá)98%）；三維定速定時(shí)高精度；快速、省時(shí)、高效率；應(yīng)用廣泛、多功能；可移動(dòng)定位；不同于雙星定位系統(tǒng)，使用過程中接收機(jī)不需要發(fā)出任何信號(hào)增加了隱蔽性，提高了其軍事應(yīng)用效能。

　　GPS系統(tǒng)的組成

　　GPS系統(tǒng)包括三大部分：空間部分—GPS衛(wèi)星星座；地面控制部分—地面監(jiān)控系統(tǒng)；用戶設(shè)備部分—GPS信號(hào)接收機(jī)。

　　GPS衛(wèi)星星座：

　　由21顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星組成GPS衛(wèi)星星座記作（21+3）GPS星座。24顆衛(wèi)星均勻分布在6個(gè)軌道平面內(nèi)軌道傾角為55度各個(gè)軌道平面之間相距60度即軌道的升交點(diǎn)赤經(jīng)各相差60度。每個(gè)軌道平面內(nèi)各顆衛(wèi)星之間的升交角距相差90度一軌道平面上的衛(wèi)星比西邊相鄰軌道平面上的相應(yīng)衛(wèi)星超前30度。

　　在兩萬公里高空的GPS衛(wèi)星當(dāng)?shù)厍驅(qū)阈莵碚f自轉(zhuǎn)一周時(shí)它們繞地球運(yùn)行二周即繞地球一周的時(shí)間為12恒星時(shí)。這樣對(duì)于地面觀測(cè)者來說每天將提前4分鐘見到同一顆GPS衛(wèi)星。位于地平線以上的衛(wèi)星顆數(shù)隨著時(shí)間和地點(diǎn)的不同而不同最少可見到4顆最多可見到11顆。在用GPS信號(hào)導(dǎo)航定位時(shí)為了結(jié)算測(cè)站的三維坐標(biāo)必須觀測(cè)4顆GPS衛(wèi)星稱為定位星座。這4顆衛(wèi)星在觀測(cè)過程中的幾何位置分布對(duì)定位精度有一定的影響。對(duì)于某地某時(shí)甚至不能測(cè)得精確的點(diǎn)位坐標(biāo)這種時(shí)間段叫做“間隙段”。但這種時(shí)間間隙段是很短暫的并不影響全球絕大多數(shù)地方的全天候、高精度、連續(xù)實(shí)時(shí)的導(dǎo)航定位測(cè)量。GPS工作衛(wèi)星的編號(hào)和試驗(yàn)衛(wèi)星基本相同。

　　地面監(jiān)控系統(tǒng)：

　　對(duì)于導(dǎo)航定位來說GPS衛(wèi)星是一動(dòng)態(tài)已知點(diǎn)。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工作衛(wèi)星的地面監(jiān)控系統(tǒng)包括一個(gè)主控站、三個(gè)注入站和五個(gè)監(jiān)測(cè)站。

　　GPS信號(hào)接收機(jī)：

　　GPS信號(hào)接收機(jī)的任務(wù)是：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)算出測(cè)站的三維位置位置甚至三維速度和時(shí)間。

　　GPS衛(wèi)星發(fā)送的導(dǎo)航定位信號(hào)是一種可供無數(shù)用戶共享的信息資源。對(duì)于陸地、海洋和空間的廣大用戶只要用戶擁有能夠接收、跟蹤、變換和測(cè)量GPS信號(hào)的接收設(shè)備即GPS信號(hào)接收機(jī)。可以在任何時(shí)候用GPS信號(hào)進(jìn)行導(dǎo)航定位測(cè)量。根據(jù)使用目的的不同用戶要求的GPS信號(hào)接收機(jī)也各有差異。目前世界上已有幾十家工廠生產(chǎn)GPS接收機(jī)產(chǎn)品也有幾百種。這些產(chǎn)品可以按照原理、用途、功能等來分類。

　　靜態(tài)定位中GPS接收機(jī)在捕獲和跟蹤GPS衛(wèi)星的過程中固定不變接收機(jī)高精度地測(cè)量GPS信號(hào)的傳播時(shí)間利用GPS衛(wèi)星在軌的已知位置解算出接收機(jī)天線所在位置的三維坐標(biāo)。而動(dòng)態(tài)定位則是用GPS接收機(jī)測(cè)定一個(gè)運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)行軌跡。GPS信號(hào)接收機(jī)所位于的運(yùn)動(dòng)物體叫做載體（如航行中的船艦空中的飛機(jī)行走的車輛等）。載體上的GPS接收機(jī)天線在跟蹤GPS衛(wèi)星的過程中相對(duì)地球而運(yùn)動(dòng)接收機(jī)用GPS信號(hào)實(shí)時(shí)地測(cè)得運(yùn)動(dòng)載體的狀態(tài)參數(shù)（瞬間三維位置和三維速度）。

　　接收機(jī)硬件和機(jī)內(nèi)軟件以及GPS數(shù)據(jù)的后處理軟件包構(gòu)成完整的GPS用戶設(shè)備。GPS接收機(jī)的結(jié)構(gòu)分為天線單元和接收單元兩大部分。對(duì)于測(cè)地型接收機(jī)來說兩個(gè)單元一般分成兩個(gè)獨(dú)立的部件觀測(cè)時(shí)將天線單元安置在測(cè)站上接收單元置于測(cè)站附近的適當(dāng)?shù)胤接秒娎|線將兩者連接成一個(gè)整機(jī)。也有的將天線單元和接收單元制作成一個(gè)整體觀測(cè)時(shí)將其安置在測(cè)站點(diǎn)上。

　　GPS接收機(jī)一般用蓄電池做電源。同時(shí)采用機(jī)內(nèi)機(jī)外兩種直流電源。設(shè)置機(jī)內(nèi)電池的目的在于更換外電池時(shí)不中斷連續(xù)觀測(cè)。在用機(jī)外電池的過程中機(jī)內(nèi)電池自動(dòng)充電。關(guān)機(jī)后機(jī)內(nèi)電池為RAM存儲(chǔ)器供電以防止丟失數(shù)據(jù)。

　　近幾年國(guó)內(nèi)引進(jìn)了許多種類型的GPS測(cè)地型接收機(jī)。各種類型的GPS測(cè)地型接收機(jī)用于精密相對(duì)定位時(shí)其雙頻接收機(jī)精度可達(dá)5MM+1PPM.D單頻接收機(jī)在一定距離內(nèi)精度可達(dá)10MM+2PPM.D。用于差分定位其精度可達(dá)亞米級(jí)至厘米級(jí)。

　　目前各種類型的GPS接收機(jī)體積越來越小重量越來越輕便于野外觀測(cè)。GPS和GLONASS兼容的全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)接收機(jī)已經(jīng)問世。

　　GPS系統(tǒng)發(fā)展歷程

　　自1978年以來已經(jīng)有超過50顆GPS和NAVSTAR衛(wèi)星進(jìn)入軌道。

　　前身

　　GPS（又稱全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)或全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)）系統(tǒng)的前身為美軍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(duì)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系統(tǒng)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(duì)潛艇和艦船導(dǎo)航方面的巨大缺陷。美國(guó)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(guó)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67年、69年和74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系統(tǒng)精確定位的基礎(chǔ)。而美國(guó)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(cè)距信號(hào)，其強(qiáng)大的功能，當(dāng)信號(hào)密度低于環(huán)境噪聲的１％時(shí)也能將其檢測(cè)出來。偽隨機(jī)碼的成功運(yùn)用是GPS系統(tǒng)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(dòng)態(tài)的2維定位，空軍的計(jì)劃能供提供高動(dòng)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(huì)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(guó)國(guó)防部將2者合二為一，并由國(guó)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(guó)陸軍、海軍、海軍陸戰(zhàn)隊(duì)、交通部、國(guó)防制圖局、北約和澳大利亞的代表。

　　計(jì)劃

　　最初的GPS計(jì)劃在聯(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(cè)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顆備份星工作在互成30度的6條軌道上。這也是現(xiàn)在GPS衛(wèi)星所使用的工作方式。

　　計(jì)劃實(shí)施

　　GPS計(jì)劃的實(shí)施共分三個(gè)階段：

　　第一階段為方案論證和初步設(shè)計(jì)階段。

　　從1978年到1979年，由位于加利福尼亞的范登堡空軍基地采用雙子座火箭發(fā)射4顆試驗(yàn)衛(wèi)星，衛(wèi)星運(yùn)行軌道長(zhǎng)半軸為26560km，傾角64度。軌道高度20000km。這一階段主要研制了地面接收機(jī)及建立地面跟蹤網(wǎng)，結(jié)果令人滿意。

　　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顆稱為BLOCK I的試驗(yàn)衛(wèi)星，研制了各種用途的接收機(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)，利用粗碼定位，其精度就可達(dá)14米。

　　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，這一階段的衛(wèi)星稱為BLOCK II 和 BLOCK IIA。此階段宣告GPS系統(tǒng)進(jìn)入工程建設(shè)狀態(tài)。1993年底使用的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。

　　GPS衛(wèi)星

　　在測(cè)試架上的GPS衛(wèi)星

　　GPS衛(wèi)星是由洛克菲爾國(guó)際公司空間部研制的，衛(wèi)星重774kg，使用壽命為7年。衛(wèi)星采用蜂窩結(jié)構(gòu)，主體呈柱形，直徑為1.5m。衛(wèi)星兩側(cè)裝有兩塊雙葉對(duì)日定向太陽能電池帆板（BLOCK I），全長(zhǎng)5.33m接受日光面積為7.2m2。對(duì)日定向系統(tǒng)控制兩翼電池帆板旋轉(zhuǎn)，使板面始終對(duì)準(zhǔn)太陽，為衛(wèi)星不斷提供電力，并給三組15Ah鎘鎳電池充電，以保證衛(wèi)星在地球陰影部分能正常工作。在星體底部裝有12個(gè)單元的多波束定向天線，能發(fā)射張角大約為30度的兩個(gè)L波段（19cm和24cm波）的信號(hào)。在星體的兩端面上裝有全向遙測(cè)遙控天線，用于與地面監(jiān)控網(wǎng)的通信。此外衛(wèi)星還裝有姿態(tài)控制系統(tǒng)和軌道控制系統(tǒng)，以便使衛(wèi)星保持在適當(dāng)?shù)母叨群徒嵌龋瑴?zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星的可見地面。

　　由GPS系統(tǒng)的工作原理可知，星載時(shí)鐘的精確度越高，其定位精度也越高。早期試驗(yàn)型衛(wèi)星采用由霍普金斯大學(xué)研制的石英振蕩器，相對(duì)頻率穩(wěn)定度為10 ？ 11/秒。誤差為14米。1974年以后，gps衛(wèi)星采用銣原子鐘，相對(duì)頻率穩(wěn)定度達(dá)到10 ？ 12/秒，誤差8m。1977年，BOKCK II型采用了馬斯頻率和時(shí)間系統(tǒng)公司研制的銫原子鐘后相對(duì)穩(wěn)定頻率達(dá)到10 ？ 13/秒，誤差則降為2.9m。1981年，休斯公司研制的相對(duì)穩(wěn)定頻率為10 ？ 14/秒的氫原子鐘使BLOCK IIR型衛(wèi)星誤差僅為1m。

　　GPS系統(tǒng)原理

　　當(dāng)蘇聯(lián)發(fā)射了第一顆人造衛(wèi)星后，美國(guó)約翰·霍布斯金大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室的研究人員提出既然可以已知觀測(cè)站的位置知道衛(wèi)星位置，那么如果已知衛(wèi)星位置，應(yīng)該也能測(cè)量出接收者的所在位置。這是導(dǎo)航衛(wèi)星的基本設(shè)想。GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的基本原理是測(cè)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)星的距離則通過紀(jì)錄衛(wèi)星信號(hào)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(huì)不斷地用1和0二進(jìn)制碼元組成的偽隨機(jī)碼（簡(jiǎn)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。它是從衛(wèi)星信號(hào)中解調(diào)制出來，以50b/s調(diào)制在載頻上發(fā)射的。導(dǎo)航電文每個(gè)主幀中包含5個(gè)子幀每幀長(zhǎng)6s。前三幀各10個(gè)字碼；每30秒重復(fù)一次，每小時(shí)更新一次。后兩幀共15000b。導(dǎo)航電文中的內(nèi)容主要有遙測(cè)碼、轉(zhuǎn)換碼、第1、2、3數(shù)據(jù)塊，其中最重要的則為星歷數(shù)據(jù)。當(dāng)用戶接受到導(dǎo)航電文時(shí)，提取出衛(wèi)星時(shí)間并將其與自己的時(shí)鐘做對(duì)比便可得知衛(wèi)星與用戶的距離，再利用導(dǎo)航電文中的衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)推算出衛(wèi)星發(fā)射電文時(shí)所處位置，用戶在WGS-84大地坐標(biāo)系中的位置速度等信息便可得知?？梢奊PS導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星部分的作用就是不斷地發(fā)射導(dǎo)航電文。然而，由于用戶接受機(jī)使用的時(shí)鐘與衛(wèi)星星載時(shí)鐘不可能總是同步，所以除了用戶的三維坐標(biāo)x、y、z外，還要引進(jìn)一個(gè)Δt即衛(wèi)星與接收機(jī)之間的時(shí)間差作為未知數(shù)，然后用4個(gè)方程將這4個(gè)未知數(shù)解出來。所以如果想知道接收機(jī)所處的位置，至少要能接收到4個(gè)衛(wèi)星的信號(hào)。

　　差分技術(shù)

　　為了使民用的精確度提升，科學(xué)界發(fā)展另一種技術(shù)，稱為差分全球定位系統(tǒng)（Differential GPS）， 簡(jiǎn)稱DGPS。亦即利用附近的已知參考坐標(biāo)點(diǎn)（由其它測(cè)量方法所得）， 來修正 GPS 的誤差。再把這個(gè)即時(shí)（real time）誤差值加入本身坐標(biāo)運(yùn)算的考慮， 便可獲得更精確的值。

　　GPS有2D導(dǎo)航和3D導(dǎo)航分，在衛(wèi)星信號(hào)不夠時(shí)無法提供3D導(dǎo)航服務(wù)，而且海拔高度精度明顯不夠，有時(shí)達(dá)到10倍誤差。但是在經(jīng)緯度方面經(jīng)改進(jìn)誤差很小。衛(wèi)星定位儀在高樓林立的地區(qū)撲捉衛(wèi)星信號(hào)要花較長(zhǎng)時(shí)間。

　　GPS的功能

　　精確定時(shí)：廣泛應(yīng)用在天文臺(tái)、通信系統(tǒng)基站、電視臺(tái)中

　　工程施工：道路、橋梁、隧道的施工中大量采用GPS設(shè)備進(jìn)行工程測(cè)量

　　勘探測(cè)繪：野外勘探及城區(qū)規(guī)劃中都有用到

　　導(dǎo)航：

　　武器導(dǎo)航：精確制導(dǎo)導(dǎo)彈、巡航導(dǎo)彈

　　車輛導(dǎo)航：車輛調(diào)度、監(jiān)控系統(tǒng)

　　船舶導(dǎo)航：遠(yuǎn)洋導(dǎo)航、港口/內(nèi)河引水

　　飛機(jī)導(dǎo)航：航線導(dǎo)航、進(jìn)場(chǎng)著陸控制

　　星際導(dǎo)航：衛(wèi)星軌道定位

　　個(gè)人導(dǎo)航：個(gè)人旅游及野外探險(xiǎn)

　　定位：

　　車輛防盜系統(tǒng)

　　手機(jī)，PDA，PPC等通信移動(dòng)設(shè)備防盜，電子地圖，定位系統(tǒng)

　　兒童及特殊人群的防走失系統(tǒng)

　　精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)：農(nóng)機(jī)具導(dǎo)航、自動(dòng)駕駛，土地高精度平整

　　GPS的六大特點(diǎn)

　　第一，全天候，不受任何天氣的影響；

　　第二，全球覆蓋（高達(dá)98%）；

　　第三，三維定點(diǎn)定速定時(shí)高精度；

　　第四，快速、省時(shí)、高效率；

　　第五，應(yīng)用廣泛、多功能；

　　第六，可移動(dòng)定位。

　　定位精度高應(yīng)用實(shí)踐已經(jīng)證明GPS相對(duì)定位精度在50KM以內(nèi)可達(dá)10-6100-500KM可達(dá)10-71000KM可達(dá)10-9。在300-1500M工程精密定位中1小時(shí)以上觀測(cè)的解其平面其平面位置誤差小于1mm與ME-5000電磁波測(cè)距儀測(cè)定得邊長(zhǎng)比較其邊長(zhǎng)較差最大為0.5mm校差中誤差為0.3mm。

　　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15-20分鐘；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1-2分鐘然后可隨時(shí)定位每站觀測(cè)只需幾秒鐘。

　　測(cè)站間無須通視GPS測(cè)量不要求測(cè)站之間互相通視只需測(cè)站上空開闊即可因此可節(jié)省大量的造標(biāo)費(fèi)用。由于無需點(diǎn)間通視點(diǎn)位位置可根據(jù)需要可稀可密使選點(diǎn)工作甚為靈活也可省去經(jīng)典大地網(wǎng)中的傳算點(diǎn)、過渡點(diǎn)的測(cè)量工作。

　　可提供三維坐標(biāo)經(jīng)典大地測(cè)量將平面與高程采用不同方法分別施測(cè)。GPS可同時(shí)精確測(cè)定測(cè)站點(diǎn)的三維坐標(biāo)。目前GPS水準(zhǔn)可滿足四等水準(zhǔn)測(cè)量的精度。

　　操作簡(jiǎn)便隨著GPS接收機(jī)不斷改進(jìn)自動(dòng)化程度越來越高有的已達(dá)“傻瓜化”的程度；接收機(jī)的體積越來越小重量越來越輕極大地減輕測(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。

　　全天候作業(yè)目前GPS觀測(cè)可在一天24小時(shí)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功能多、應(yīng)用廣。

　　從這些特點(diǎn)中可以看出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。GPS系統(tǒng)的應(yīng)用前景當(dāng)初設(shè)計(jì)GPS系統(tǒng)的主要目的是用于導(dǎo)航收集情報(bào)等軍事目的。但是后來的應(yīng)用開發(fā)表明GPS系統(tǒng)不僅能夠達(dá)到上述目的而且用GPS衛(wèi)星發(fā)來的導(dǎo)航定位信號(hào)能夠進(jìn)行厘米級(jí)甚至毫米級(jí)精度的靜態(tài)相對(duì)定位米級(jí)至亞米級(jí)精度的動(dòng)態(tài)定位亞米級(jí)至厘米級(jí)精度的速度測(cè)量和毫微秒級(jí)精度的時(shí)間測(cè)量。因此GPS系統(tǒng)展現(xiàn)了極其廣闊的應(yīng)用前景。

　　目前正在運(yùn)行的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)有美國(guó)的GPS系統(tǒng)和俄羅斯的GLONASS系統(tǒng)。

　　歐盟1999年初正式推出“伽利略”計(jì)劃，部署新一代定位衛(wèi)星。該方案由27顆運(yùn)行衛(wèi)星和3顆預(yù)備衛(wèi)星組成，可以覆蓋全球，位置精度達(dá)幾米，亦可與美國(guó)的GPS系統(tǒng)兼容，總投資為35億歐元。該計(jì)劃預(yù)計(jì)于2010年投入運(yùn)行。

　　中國(guó)還獨(dú)立研制了一個(gè)區(qū)域性的衛(wèi)星定位系統(tǒng)——北斗導(dǎo)航系統(tǒng)。該系統(tǒng)的覆蓋范圍限于中國(guó)及周邊地區(qū)，不能在全球范圍提供服務(wù)，主要用于軍事用途。

　　應(yīng)用

　　軍事 洲際彈道導(dǎo)彈

　　物流管理

　　地理信息系統(tǒng)

　　移動(dòng)電話

　　數(shù)碼相機(jī)

　　航空

　　衛(wèi)星地圖

　　航空