全球定位系统（GPS-Global Positioning System）是美国于1973年底开始研制的供陆海空三军共用的一种高精度卫星导航定位系统。目前虽然它还处在研制试验阶段，但它的使用价值和科学价值已越来越引起世界各国的密切关注。

海湾战争期间，美军利用GPS系统定位的制导武器准确地击穿伊拉克地下掩体的通风口，还从茫茫沙漠中，准确地营救被击落的美军飞行员。据海湾战争期间美军空中指挥部负责人Donald Kutyna将军说，在沙漠风暴行动中，美军和多国部队在战斗机、轰炸机、直升机、远程陆地攻击导弹、坦克、战车上装备了约7000台GPS接收机。在GPS系统的帮助下，飞行员攻击关键目标的精度大大提高，有效地减少了对民用设施的破坏；它还协助空军与前线空中指挥部保持联系；在地面作战中，由于每队坦克都安装了至少2台GPS接收机，1台装在前导坦克，1台装在殿后坦克上，有效地帮助了美军和多国部队在茫茫沙漠中寻找道路，为赢得沙漠风暴作战的胜利提供了技术保障。海湾战争以后，美国及北约各国海陆空三军开始迅速装备GPS接收机。他们说GPS能改变以往海战的概念，使空、海、潜艇部队可共用一个高精度的数据来交换关于目标的战术数据，便于多军种多兵种的协同作战。

GPS系统到底是个什么样的系统呢？

GPS是由空间星座、地面监视控制和用户接收设备三部分组成。

1. 空间星座。GPS的空间星座是由21颗基本工作卫星和3颗备份卫星所组成。21颗基本工作卫星均匀地分布在6个不同的轨道平面上，倾角近似63度。3颗备份卫星也在轨道上运行。

目前GPS空间系统已有17颗卫星在轨道正常运行，包括4颗还能工作的早期样星和13颗Block Ⅱ型工作卫星。卫星上装备了原子钟、伪码发生器、导航电文存储器、接收机和发射机。每颗卫星不断地向地面与空中发射一对L波段的伪码扩频调制信号。载频L₁为1575.42 MHz，L₂为1227.60 MHz。它们载有导航信号和导航电文信号。

导航信号分C/A码和P码两种，C/A码的码速率为1.023 MB/S，每毫秒重复一次，用来快速捕获导航信号。C/A码为民用服务，属于标准定位（SPS），定位精度一般为15~40 m（2dRMS）。为了防止未经许可的用户将它用于军事目的，美国国防部要求限制其对民用的精度，他们采用使卫星播发的信号频率或相位产生抖动和扰乱卫星的星历参数的方法，使其定位精度被限制在100 m（2dRMS），垂直精度为156 m（2σ）。P码的码速率为10.23 MB/S，码长7天，P码结构复杂，不易捕获，能用于精密定位（PPS）。目前P码仅为军用服务。军用用户设备有一种钥匙，它能从伪距测量中去除误差，使其精度达到15 m（2 d RMS），采用差分技术可使其定位精度达5 m，测速精度达0.1 m/s。

导航电文信号是同时用50 bit/s的速率加在P码和C/A码上播发。导航电文的内容主要有卫星星历参数、时钟修正参数、电离层传播延时修正参数等。

2. 地面监视控制站

地面监视控制站的任务是对GPS星座的卫星实施遥测、遥控、监视、跟踪。它由1个主控站、5个监控站、3个加载站组成，每天至少注入一次导航数据，为第二天的运转提供卫星星历和时钟参数。由卫星发送的参数每小时更新一次。目前美国的地面控制设备已经建成并投入正常运行。它能纠正卫星工作姿态、工作特性和运行轨道，保证整个GPS系统始终处于良好的工作状况。

3. GPS接收机

GPS接收机一般采用被动式双频或单频伪随机测距，也就是用收发信号的时差乘以无线电电波的速度进行导航定位。用户的GPS接收机以自己的时钟为基准，单向测出用户接收机到4颗GPS卫星的距离，结合各导航卫星发给的导航信号。求解4个联立方程，得到并显示出用户的三维位置和用户时钟偏差数据。用户接收机根据从4颗GPS卫星所接收的载波信号频率，还可求解并显示出用户的运动速度及用户接收机的频率偏差数据。

由于GPS全球定位系统能提供全球、全天候、三维立体、实时连续和高精度的卫星导航定位，而且保密性好、成本低、使用方便。所以美国、英国、法国、德国、日本、加拿大、瑞士、丹麦、挪威、以色列等国家已开始大规模地研制和生产GPS的用户设备，并使其向小型化、低功耗、低成本的方向发展。据美国商业部预测，如果1994年GPS的工作星座全部完成，GPS接收机的商业销售额将从1990年的8000万美元上升至1996年的70亿美元。手持式GPS接收机将广泛用于步行者、徒步旅游者和野外露营者。

根据GPS系统的功能，这就有可能将GPS系统用于道路的交通管理、交通诱导和车辆调度，以缓解道略交通的拥挤与阻塞。还可用于执行紧急任务的警车、消防车、救护车、工程抢险车的定位。如果在需要定位和诱导的汽车上设置以GPS接收机为核心的车辆跟踪传感器，就可自动进行定位星组的选择，将从4颗卫星接收到的位置、速度、时间七维信号数据处理后推算出车辆的行程和方向。对由于隧道、桥梁、建筑物遮挡引起的信号偏差，可研究采用辅助传感器予以补偿。这样一般定位精度在15~100 m，速度精度在0.1~0.2 m/s可以满足使用需要。如有特殊需要，采用差分方式工作，水平位置定位精度可达5 m。

车辆定位信号和交通诱导中心或车辆调度中心之间的通信，可采用蜂窝集群无线通信或调频负载波数字通信。

交通诱导中心或车辆调度中心可设置GPS基准接收机、高性能的计算机、商分辨率的大屏幕彩色图形监视器、GIS地理信息系统。并在电子地图上标出车辆的实时位置。该系统如能和道路交通信息自动采集系统相结合，就能自动选择最佳行驶路线，使交通延误减至最小。在车辆和驾驶员遇到危急状态时，还能提供报警功能。这对充分利用路网、缩短行程时间、降低行车延误、减少车辆空驶、保障行车安全，将会发挥很大的作用。据美国商业部预测，1994年GPS工作星座全部定位完成后，GPS可能会成为汽车的标准优选设备。日本预测1995年将有160万辆汽车安装GPS接收机。

我国在GPS测量定位理论和方法的研究方面虽然还刚刚起步，但已研制出了GPS接收机和GPS转发器及GPS卫星模拟器。目前已有可能也有条件研究GPS在道路交通管理领域的应用，它不但可缓解道路交通难，还可缩小我们与世界卫星导航定位技术水平的差距。