子午衛星系統采用的是多譜勒導航的原理，即通過(guò)測定同一顆衛星四個(gè)不同的間隔時(shí)段其信號的多譜勒效應，得出衛星在四段時(shí)間間隔的視向位移，從而獲得四個(gè)旋轉雙曲面，計算這四個(gè)旋轉雙曲面的交點(diǎn)來(lái)進(jìn)行定位。
子午衛星系統存在著(zhù)很多缺陷，特別是：一次定位時(shí)間過(guò)長(cháng)，無(wú)法滿(mǎn)足高速用戶(hù)的需要；衛星出現時(shí)間間隔過(guò)長(cháng)，無(wú)法滿(mǎn)足連續導航的需要；定位精度過(guò)低，無(wú)法滿(mǎn)足現實(shí)應用中的精度要求。
因此，美國國防部不得不著(zhù)手研究下一代衛星導航系統。于是，衛星導航系統的歷史大幕緩緩拉開(kāi)，GPS慢慢走向了舞臺中央。
1973年12月，美國國防部批準陸、海、空三軍聯(lián)合研制第二代衛星導航系統，也就是我們熟知的全球定位系統（GPS）。該系統全稱(chēng)為“衛星測時(shí)測距導航/全球定位系統”（Navigation Satelite Timing And Ranging/Global Position System），是以衛星為基礎的無(wú)線(xiàn)電導航系統，具有全能性、全球性、全天候、連續性和實(shí)時(shí)性的導航、定位和定時(shí)的功能，能為各類(lèi)用戶(hù)提供精密的三維坐標、速度矢量和精確授時(shí)。
GPS計劃經(jīng)歷了方案論證階段（1974-1978年），系統論證階段（1979-1987年），試驗生產(chǎn)階段（1988-1993年），總投資300億美元，并于1993年全部建成。
下面我們就來(lái)了解一下GPS的基本情況：
GPS的定位原理
GPS的定位原理可參考相關(guān)文章《南哥說(shuō)北斗：北斗衛星是如何定位的？》，那篇文章已經(jīng)對GPS系統和BDS系統的定位原理進(jìn)行了比較詳盡的描述。
GPS系統組成
GPS系統主要由空間星座部分、地面監控部分和用戶(hù)設備部分組成。
1、空間星座部分
GPS衛星星座由24顆衛星組成，其中21顆為工作衛星，3顆為備用衛星。24顆衛星均勻分布在6個(gè)軌道平面上，每個(gè)軌道面上有4顆衛星，衛星運行軌道高度為距地表20200千米，運行周期為11小時(shí)58分（12恒星時(shí)）。衛星軌道面相對于地球赤道面的軌道傾角為55°，各軌道平面的升交點(diǎn)的赤經(jīng)相差60°，一個(gè)軌道平面上的衛星比相鄰軌道平面上的相應衛星升交角距超前30°。
GPS衛星采用蜂窩結構，主體呈柱形，直徑為1.5m，重量約774kg，使用壽命為7年。衛星兩側裝有兩塊雙葉對日定向太陽(yáng)能電池帆板，全長(cháng)5.33m，接受日光面積為7.2m2，并配置三組15A的鎳鎘電池為衛星提供所需的電能。
GPS 衛星產(chǎn)生兩組電碼, 一組稱(chēng)為C/ A 碼( Coarse/ Acquisition Code11023MHz) ;一組稱(chēng)為P 碼(Procise Code 10123MHz) , P 碼因頻率較高,不易受干擾, 定位精度高, 因此受美國軍方管制, 并設有密碼, 一般民間無(wú)法解讀, 主要為美國軍方服務(wù)。C/ A 碼人為采取措施而刻意降低精度后,主要開(kāi)放給民間使用。
GPS衛星早期采用銣原子鐘，相對頻率穩定度達到10~12量級/秒，誤差8m。1977年，BOKCK Ⅱ型采用了銫原子鐘，相對穩定頻率達到10~13量級/秒，誤差則降為2.9m。1981年，BLOCK ⅡR型衛星采用了氫原子鐘，相對穩定頻率為10 ～ 14量級/秒，誤差僅為1m。
2、地面監控部分
地面監控部分主要由1個(gè)主控站、3個(gè)注入站和5個(gè)監測站組成。
(1) 主控站
主控站設在美國本土科羅拉多空間中心。它除了協(xié)調管理地面監控系統外，還負責將監測站的觀(guān)測資料聯(lián)合處理推算衛星星歷、衛星鐘差和大氣修正參數，并將這些數據編制成導航電文送到注入站。此外，它還可以調整偏離軌道的衛星，使之沿預定軌道運行或啟用備用衛星。
(2) 注入站
注入站設在阿松森群島、迭哥伽西亞、卡瓦加蘭。其主要任務(wù)是將主控站編制的導航電文，通過(guò)直徑為3.6m的天線(xiàn)注入給相應的衛星。
(3) 監測站
監測站設在科羅拉多、阿松森群島、迭哥伽西亞、卡瓦加蘭和夏威夷。站內設有雙頻GPS接收機、高精度原子鐘、氣象參數測試儀和計算機等設備。主要任務(wù)是完成對GPS衛星信號的連續觀(guān)測，并將搜集的數據和當地氣象觀(guān)測資料經(jīng)處理后傳送到主控站。
3、用戶(hù)設備部分
用戶(hù)設備是指用戶(hù)GPS接收機。其主要任務(wù)是捕獲衛星信號，跟蹤并鎖定衛星信號。對接收的衛星信號進(jìn)行處理，測量出GPS信號從衛星到接收機天線(xiàn)間的傳播時(shí)間。能譯出GPS衛星發(fā)射的導航電文，實(shí)時(shí)計算接收機天線(xiàn)的三維坐標、速度和時(shí)間。
覆蓋范圍
GPS是覆蓋全球的全天候導航系統，衛星通過(guò)天頂附近時(shí)可觀(guān)測時(shí)間為5小時(shí)，在地球表面任何地方、任何時(shí)刻高度15度以上的可觀(guān)測衛星至少有4顆，平均有6顆，最多達到11顆。
1、GPS應用于導航
（1）武器導航：精確制導導彈、巡航導彈；
（2）車(chē)輛導航：車(chē)輛調度、監控系統、汽車(chē)自主導航、地面車(chē)輛跟蹤、城市智能交通管理；
（3）船舶導航：遠洋導航、港口/內河引水；
（4）飛機導航：航線(xiàn)導航、進(jìn)場(chǎng)著(zhù)陸控制；
（5）星際導航：衛星軌道定位；
（6）個(gè)人導航：個(gè)人旅游、野外探險。
2、GPS應用于授時(shí)校頻
（1）電力，郵電，通訊等網(wǎng)絡(luò )的時(shí)間同步；
（2）準確時(shí)間的授入。
3、 GPS應用于高精度測量
（1）各種等級的大地測量，控制測量；
（2）道路和各種線(xiàn)路放樣；
（3）水下地形測量；
（4）工程機械（輪胎吊、推土機等）控制；
（5）精細農業(yè)。
4、GPS應用于定位
（1）車(chē)輛防盜系統；
（2）手機、PDA、PPC等通信移動(dòng)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。
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