全球定位系统（GPS）介绍

全球定位系统（Global Positioning System，简称GPS）是美国布设的第二代卫星无线电导航系统。它是在地球上空布设24颗 GPS专用卫星，卫星轨道即每时刻的精确位置由地面监控站测定，并通过卫星用无线电波向地面发播；地面上用GPS接收机同时接收4颗以上卫星信号，根据卫星的精确位署以求得地面点位置。它能为用户提供全球性、全天候、连续、实时、高精度的三维坐标、三向速度和时间信息。
　　GPS具有精度高、速度快、全天候、距离远等特点，促使大地测量的作用大大向外扩展延伸。其作用可归纳如下一些：
　　（1）为飞机、船舶、运载体提供定位和导航信息；
　　（2）布设城市、矿山、海洋等各类控制网，不需造标观测，可灵活方便又廉价的满足经济建设和国防建设的需要；
　　（3）布设地面监测网，可监测地壳形变、板块运动、固体潮、海平面升降等地球动力学现象；
　　（4）可用于标定国界、海疆和联测沿海岛屿；
　　（5）用于建立以地球质心为坐标系原点的地心坐标系，为建立大地测量参考框架提供资料；
　　（6）利用GPS和水准测量资料精化大地水准面；
　　（7）应用在已知点上的GPS观测资料，可反求大气对流层的气象元素等。

1、GPS发展的背景
1957年世界上第一颗人造卫星发射成功后，利用卫星导航定位的研究提到了议事日程。1973年12月，美国陆、海、空三军继“海军导航卫星系统”（简称“NNSS”，1958年开始研制，1964年正式运行）后，开始联合研制新一代空间卫星导航定位系统，历时20多年，耗资300亿美元。其目的主要是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等军事目的，是美国独霸全球战略的重要组成部分。

2、GPS的工作原理
GPS是目前世界公认最先进的被动式卫星导航定位系统。即卫星全天时地发射包含自身三维速度、三维坐标和准确时间等信息的导航电文，设在代定点上的接收机通过接受导航电文进行测时、测距，利用空间后方距离交会技术反算出代定点的三维速度和三维坐标，实现导航定位的目的。

3、GPS的组成部分
①空间部分：由分布在6个轨道面上的24颗卫星组成（21颗工作卫星和三颗备用卫星），卫星上安置了精确的原子钟、发射和接受系统等装置；
②地面控制部分：由主控站（负责管理、协调整个地面系统的工作）、注入站（即地面天线，在主控站的控制下向卫星注入导航电文和其他命令）、监测站（数据自动收集中心）和通讯辅助系统（数据传输）组成；
③用户装置部分：由天线、接收机、微处理机和输入输出设备组成。

4、SA和AS技术及对策
美国为了维护其军事利益和国家安全，分别对GPS实施了AS和SA技术。AS（Anti-Spoofing）技术也叫反电子欺骗技术，他是一种GPS保护技术，是为了防止敌方和黑客对GPS信息的破坏和干扰以及防止非授权用户（民用用户）使用精密导航信息（军用码）。SA（Selective Availability）技术即选择可用技术，是通过在非精密导航信息（民用码）里人为地加入高频干扰信号和降低卫星星历精度，从而降低了普通用户的定位精度，使民用单点定位误差达到100米。SA政策是影响民用定位精度的主要原因。
为了应对美国SA政策，提高定位精度，世界各国纷纷采用差分技术。即利用多台接收机同时接受同一颗卫星信号，采用一次或多次求差的方法，抵消同一颗卫星的各种人为干扰误差和大气误差，从而提高定位精度。在此基础上又发展了的广域差分、实时差分等定位技术，有效的减弱了SA和AS政策的影响。

5、GPS技术的发展方向
为了促进GPS的发展，1998年美国政府提出了GPS现代化计划，总体上可归纳为以下三个方面：
①保护。采用各种措施保护GPS不受敌方和黑客的干扰，增加军用讯好的强度，增强抗干扰能力。
②阻止。阻止敌方利用GPS军用讯号，设计新的信号结构，将军用频道和民用频道彻底分开。
③改善。改善GPS定位和导航精度，增加2个民用频道，提前结束SA政策。
为了促进GPS产业发展，2000年5月1日，克林顿总统宣布取消SA干扰，使GPS单点定位精度提高了10倍。为了不给美国国家安全带来威胁，美军升级了军用GPS系统并声称在其认为国家安全受到威胁时，还将增加地区性的认为干扰。