1、全球定位系统（Global Positioning System，通常简称 GPS）是一个中距离圆型轨道卫星导航系统。它可以为地球表面绝大部分地区（98%）提供准确的定位、测速和高精度的时间标准。系统由美国国防部研制和维护，可满足位于全球任何地方或近地空间的军事用户连续精确的确定三维位置、三维运动和时间的需要。该系统包括太空中的 24 颗 GPS 卫星；地面上的 1 个主控站、3 个数据注入站和 5 个监测站及作为用户端的 GPS 接收机。最少只需其中 4 颗卫星，就能迅速确定用户端在地球上所处的位置及海拔高度；所能收联接到的卫星数越多，解码出来的位置就越精确。该系统是由美国政府于 20 世纪
2、 70 年代开始进行研制于 1994 年全面建成。使用者只需拥有 GPS 接收机，无需另外付费。GPS 信号分为民用的标准定位服务（SPS，Standard Positioning Service)和军规的精确定位服务（PSS，Precise Positioning Service)两类。由于 SPS无须任何授权即可任意使用，原本美国因为担心敌对国家或组织会利用 SPS 对美国发动攻击，故在民用讯号中人为地加入误差以降低其精确度，使其最终定位精确度大概在 100 米左右；军规的精度在十米以下。2000 年以后，克林顿政府决定取消对民用讯号的干扰。因此，现在民用 GPS 也可以达到十米左右的定位
3、精度。GPS 系统拥有如下多种优点：全天候，不受任何天气的影响；全球覆盖（高达 98%） ；三维定速定时高精度；快速、省时、高效率；应用广泛、多功能；可移动定位；不同于双星定位系统，使用过程中接收机不需要发出任何信号增加了隐蔽性，提高了其军事应用效能。GPS 系统的组成GPS 系统包括三大部分：空间部分GPS 卫星星座；地面控制部分地面监控系统；用户设备部分GPS 信号接收机。 GPS 卫星星座： 由 21 颗工作卫星和 3 颗在轨备用卫星组成 GPS 卫星星座记作（21+3）GPS 星座。24 颗卫星均匀分布在 6 个轨道平面内轨道倾角为 55 度各个轨道平面之间相距 60 度即轨道的升交点
4、赤经各相差 60 度。每个轨道平面内各颗卫星之间的升交角距相差 90 度一轨道平面上的卫星比西边相邻轨道平面上的相应卫星超前 30 度。 在两万公里高空的 GPS 卫星当地球对恒星来说自转一周时它们绕地球运行二周即绕地球一周的时间为 12 恒星时。这样对于地面观测者来说每天将提前 4 分钟见到同一颗 GPS 卫星。位于地平线以上的卫星颗数随着时间和地点的不同而不同最少可见到 4 颗最多可见到 11 颗。在用 GPS 信号导航定位时为了结算测站的三维坐标必须观测 4 颗 GPS 卫星称为定位星座。这 4 颗卫星在观测过程中的几何位置分布对定位精度有一定的影响。对于某地某时甚至不能测得精确的点位坐
5、标这种时间段叫做“间隙段” 。但这种时间间隙段是很短暂的并不影响全球绝大多数地方的全天候、高精度、连续实时的导航定位测量。GPS 工作卫星的编号和试验卫星基本相同。 某时刻，GPS 卫星位置如下图所示，其升交点赤经为 32.8，间隔 60 度，共构成六个轨道平面，某时刻，GPS 卫星纬度分别为32.8升交点赤经轨道：11.68，41.81，161.79，268.1392.8升交点赤经轨道：80.96，173.34，204.38，309.98152.8升交点赤经轨道：111.88,241.56,339.67，d2r = pi/180;theta = 32.85*pi/180;fai1(1) =
6、d2r*11.68;aa(1) = plot3(rsv*sin(fai1(1)*cos(pi-theta)+sin(pi-theta)*cos(55*pi/180)*rsv*cos(fai1(1),-sin(pi-theta)*rsv*sin(fai1(1)+cos(pi-theta)*cos(55*pi/180)*rsv*cos(fai1(1),-sin(55*pi/180)*rsv*cos(fai1(1),color,g,marker,.,markersize,40);hold on% aaa(1) =% text(rsv*sin(fai1(1)*cos(pi-theta)+sin(pi-
7、theta)*cos(55*pi/180)*rsv*cos(% fai1(1),-sin(pi-theta)*rsv*sin(fai1(1)+cos(pi-theta)*cos(55*pi/180)*rsv*cos(fai1(1),-sin(55*pi/180)*rsv*cos(fai1(1),1);fai1(2) = d2r*41.81;aa(2) = plot3(rsv*sin(fai1(2)*cos(pi-theta)+sin(pi-theta)*cos(55*pi/180)*rsv*cos(fai1(2),-sin(pi-theta)*rsv*sin(fai1(2)+cos(pi-th
8、eta)*cos(55*pi/180)*rsv*cos(fai1(2),-sin(55*pi/180)*rsv*cos(fai1(2),color,g,marker,.,markersize,40);hold onfai1(3) = d2r*161.79;aa(3) = plot3(rsv*sin(fai1(3)*cos(pi-theta)+sin(pi-theta)*cos(55*pi/180)*rsv*cos(fai1(3),-sin(pi-theta)*rsv*sin(fai1(3)+cos(pi-theta)*cos(55*pi/180)*rsv*cos(fai1(3),-sin(55
9、*pi/180)*rsv*cos(fai1(3),color,g,marker,.,markersize,40);hold onfai1(4) = d2r*268.13;aa(4) = plot3(rsv*sin(fai1(4)*cos(pi-theta)+sin(pi-theta)*cos(55*pi/180)*rsv*cos(fai1(4),-sin(pi-theta)*rsv*sin(fai1(4)+cos(pi-theta)*cos(55*pi/180)*rsv*cos(fai1(4),-sin(55*pi/180)*rsv*cos(fai1(4),color,g,marker,.,m
10、arkersize,40);hold ontheta = theta+pi/3;fai2(1) = d2r*80.96;bb(1) = plot3(rsv*sin(fai2(1)*cos(pi-theta)+sin(pi-theta)*cos(55*pi/180)*rsv*cos(fai2(1),-sin(pi-theta)*rsv*sin(fai2(1)+cos(pi-theta)*cos(55*pi/180)*rsv*cos(fai2(1),-sin(55*pi/180)*rsv*cos(fai2(1),color,k,marker,.,markersize,40);hold onfai2
11、(2) = d2r*173.34;bb(2) = plot3(rsv*sin(fai2(2)*cos(pi-theta)+sin(pi-theta)*cos(55*pi/180)*rsv*cos(fai2(2),-sin(pi-theta)*rsv*sin(fai2(2)+cos(pi-theta)*cos(55*pi/180)*rsv*cos(fai2(2),-sin(55*pi/180)*rsv*cos(fai2(2),color,k,marker,.,markersize,40);hold onfai2(3) = d2r*204.38;bb(3) = plot3(rsv*sin(fai2
12、(3)*cos(pi-theta)+sin(pi-theta)*cos(55*pi/180)*rsv*cos(fai2(3),-sin(pi-theta)*rsv*sin(fai2(3)+cos(pi-theta)*cos(55*pi/180)*rsv*cos(fai2(3),-sin(55*pi/180)*rsv*cos(fai2(3),color,k,marker,.,markersize,40);hold onfai2(4) = d2r*309.98;bb(4) = plot3(rsv*sin(fai2(4)*cos(pi-theta)+sin(pi-theta)*cos(55*pi/1
13、80)*rsv*cos(fai2(4),-sin(pi-theta)*rsv*sin(fai2(4)+cos(pi-theta)*cos(55*pi/180)*rsv*cos(fai2(4),-sin(55*pi/180)*rsv*cos(fai2(4),color,k,marker,.,markersize,40);hold ontheta = theta+pi/3;fai3(1) = d2r*111.88;cc(1) = plot3(rsv*sin(fai3(1)*cos(pi-theta)+sin(pi-theta)*cos(55*pi/180)*rsv*cos(fai3(1),-sin
14、(pi-theta)*rsv*sin(fai3(1)+cos(pi-theta)*cos(55*pi/180)*rsv*cos(fai3(1),-sin(55*pi/180)*rsv*cos(fai3(1),color,y,marker,.,markersize,40);hold onfai3(2) = d2r*241.56;cc(2) = plot3(rsv*sin(fai3(2)*cos(pi-theta)+sin(pi-theta)*cos(55*pi/180)*rsv*cos(fai3(2),-sin(pi-theta)*rsv*sin(fai3(2)+cos(pi-theta)*co
15、s(55*pi/180)*rsv*cos(fai3(2),-sin(55*pi/180)*rsv*cos(fai3(2),color,y,marker,.,markersize,40);hold onfai3(3) = d2r*339.67;cc(3) = plot3(rsv*sin(fai3(3)*cos(pi-theta)+sin(pi-theta)*cos(55*pi/180)*rsv*cos(fai3(3),-sin(pi-theta)*rsv*sin(fai3(3)+cos(pi-theta)*cos(55*pi/180)*rsv*cos(fai3(3),-sin(55*pi/180
16、)*rsv*cos(fai3(3),color,y,marker,.,markersize,40);hold onfai3(4) = d2r*11.80;cc(4) = plot3(rsv*sin(fai3(4)*cos(pi-theta)+sin(pi-theta)*cos(55*pi/180)*rsv*cos(fai3(4),-sin(pi-theta)*rsv*sin(fai3(4)+cos(pi-theta)*cos(55*pi/180)*rsv*cos(fai3(4),-sin(55*pi/180)*rsv*cos(fai3(4),color,y,marker,.,markersiz
17、e,40);hold ontheta = theta+pi/3;fai4(1) = d2r*155.23;dd(1) = plot3(rsv*sin(fai4(1)*cos(pi-theta)+sin(pi-theta)*cos(55*pi/180)*rsv*cos(fai4(1),-sin(pi-theta)*rsv*sin(fai4(1)+cos(pi-theta)*cos(55*pi/180)*rsv*cos(fai4(1),-sin(55*pi/180)*rsv*cos(fai4(1),color,b,marker,.,markersize,40);hold onfai4(2) = d
18、2r*167.36;dd(2) = plot3(rsv*sin(fai4(2)*cos(pi-theta)+sin(pi-theta)*cos(55*pi/180)*rsv*cos(fai4(2),-sin(pi-theta)*rsv*sin(fai4(2)+cos(pi-theta)*cos(55*pi/180)*rsv*cos(fai4(2),-sin(55*pi/180)*rsv*cos(fai4(2),color,b,marker,.,markersize,40);hold onfai4(3) = d2r*256.45;dd(3) = plot3(rsv*sin(fai4(3)*cos
19、(pi-theta)+sin(pi-theta)*cos(55*pi/180)*rsv*cos(fai4(3),-sin(pi-theta)*rsv*sin(fai4(3)+cos(pi-theta)*cos(55*pi/180)*rsv*cos(fai4(3),-sin(55*pi/180)*rsv*cos(fai4(3),color,b,marker,.,markersize,40);hold onfai4(4) = d2r*55.16;dd(4) = plot3(rsv*sin(fai4(4)*cos(pi-theta)+sin(pi-theta)*cos(55*pi/180)*rsv*
20、cos(fai4(4),-sin(pi-theta)*rsv*sin(fai4(4)+cos(pi-theta)*cos(55*pi/180)*rsv*cos(fai4(4),-sin(55*pi/180)*rsv*cos(fai4(4),color,b,marker,.,markersize,40);hold ontheta = theta+pi/3;fai5(1) = d2r*197.05;ee(1) = plot3(rsv*sin(fai5(1)*cos(pi-theta)+sin(pi-theta)*cos(55*pi/180)*rsv*cos(fai5(1),-sin(pi-thet
21、a)*rsv*sin(fai5(1)+cos(pi-theta)*cos(55*pi/180)*rsv*cos(fai5(1),-sin(55*pi/180)*rsv*cos(fai5(1),color,r,marker,.,markersize,40);hold onfai5(2) = d2r*302.60;ee(2) = plot3(rsv*sin(fai5(2)*cos(pi-theta)+sin(pi-theta)*cos(55*pi/180)*rsv*cos(fai5(2),-sin(pi-theta)*rsv*sin(fai5(2)+cos(pi-theta)*cos(55*pi/
22、180)*rsv*cos(fai5(2),-sin(55*pi/180)*rsv*cos(fai5(2),color,r,marker,.,markersize,40);hold onfai5(3) = d2r*333.69;ee(3) = plot3(rsv*sin(fai5(3)*cos(pi-theta)+sin(pi-theta)*cos(55*pi/180)*rsv*cos(fai5(3),-sin(pi-theta)*rsv*sin(fai5(3)+cos(pi-theta)*cos(55*pi/180)*rsv*cos(fai5(3),-sin(55*pi/180)*rsv*co
23、s(fai5(3),color,r,marker,.,markersize,40);hold onfai5(4) = d2r*66.07;ee(4) = plot3(rsv*sin(fai5(4)*cos(pi-theta)+sin(pi-theta)*cos(55*pi/180)*rsv*cos(fai5(4),-sin(pi-theta)*rsv*sin(fai5(4)+cos(pi-theta)*cos(55*pi/180)*rsv*cos(fai5(4),-sin(55*pi/180)*rsv*cos(fai5(4),color,r,marker,.,markersize,40);ho
24、ld ontheta = theta+pi/3;fai6(1) = d2r*238.89;ff(1) = plot3(rsv*sin(fai6(1)*cos(pi-theta)+sin(pi-theta)*cos(55*pi/180)*rsv*cos(fai6(1),-sin(pi-theta)*rsv*sin(fai6(1)+cos(pi-theta)*cos(55*pi/180)*rsv*cos(fai6(1),-sin(55*pi/180)*rsv*cos(fai6(1),color,m,marker,.,markersize,40);hold onfai6(2) = d2r*345.2
25、3;ff(2) = plot3(rsv*sin(fai6(2)*cos(pi-theta)+sin(pi-theta)*cos(55*pi/180)*rsv*cos(fai6(2),-sin(pi-theta)*rsv*sin(fai6(2)+cos(pi-theta)*cos(55*pi/180)*rsv*cos(fai6(2),-sin(55*pi/180)*rsv*cos(fai6(2),color,m,marker,.,markersize,40);hold onfai6(3) = d2r*105.21;ff(3) = plot3(rsv*sin(fai6(3)*cos(pi-thet
26、a)+sin(pi-theta)*cos(55*pi/180)*rsv*cos(fai6(3),-sin(pi-theta)*rsv*sin(fai6(3)+cos(pi-theta)*cos(55*pi/180)*rsv*cos(fai6(3),-sin(55*pi/180)*rsv*cos(fai6(3),color,m,marker,.,markersize,40);hold onfai6(4) = d2r*155.55;ff(4) = plot3(rsv*sin(fai6(4)*cos(pi-theta)+sin(pi-theta)*cos(55*pi/180)*rsv*cos(fai
27、6(4),-sin(pi-theta)*rsv*sin(fai6(4)+cos(pi-theta)*cos(55*pi/180)*rsv*cos(fai6(4),-sin(55*pi/180)*rsv*cos(fai6(4),color,m,marker,.,markersize,40);hold on地面监控系统： 对于导航定位来说 GPS 卫星是一动态已知点。星的位置是依据卫星发射的星历描述卫星运动及其轨道的的参数算得的。每颗 GPS 卫星所播发的星历是由地面监控系统提供的。卫星上的各种设备是否正常工作以及卫星是否一直沿着预定轨道运行都要由地面设备进行监测和控制。地面监控系统另一重要作用是
28、保持各颗卫星处于同一时间标准GPS 时间系统。这就需要地面站监测各颗卫星的时间求出钟差。然后由地面注入站发给卫星卫星再由导航电文发给用户设备。GPS 工作卫星的地面监控系统包括一个主控站、三个注入站和五个监测站。 GPS 信号接收机： GPS 信号接收机的任务是：能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号并跟踪这些卫星的运行对所接收到的 GPS 信号进行变换、放大和处理以便测量出 GPS 信号从卫星到接收机天线的传播时间解译出 GPS 卫星所发送的导航电文实时地计算出测站的三维位置位置甚至三维速度和时间。 GPS 卫星发送的导航定位信号是一种可供无数用户共享的信息资源。对于陆地、海洋
29、和空间的广大用户只要用户拥有能够接收、跟踪、变换和测量 GPS 信号的接收设备即 GPS 信号接收机。可以在任何时候用 GPS 信号进行导航定位测量。根据使用目的的不同用户要求的GPS 信号接收机也各有差异。目前世界上已有几十家工厂生产 GPS 接收机产品也有几百种。这些产品可以按照原理、用途、功能等来分类。 静态定位中 GPS 接收机在捕获和跟踪 GPS 卫星的过程中固定不变接收机高精度地测量 GPS信号的传播时间利用 GPS 卫星在轨的已知位置解算出接收机天线所在位置的三维坐标。而动态定位则是用 GPS 接收机测定一个运动物体的运行轨迹。GPS 信号接收机所位于的运动物体叫做载体（如航行中
30、的船舰空中的飞机行走的车辆等） 。载体上的 GPS 接收机天线在跟踪 GPS 卫星的过程中相对地球而运动接收机用 GPS 信号实时地测得运动载体的状态参数（瞬间三维位置和三维速度） 。接收机硬件和机内软件以及 GPS 数据的后处理软件包构成完整的 GPS 用户设备。GPS 接收机的结构分为天线单元和接收单元两大部分。对于测地型接收机来说两个单元一般分成两个独立的部件观测时将天线单元安置在测站上接收单元置于测站附近的适当地方用电缆线将两者连接成一个整机。也有的将天线单元和接收单元制作成一个整体观测时将其安置在测站点上。 GPS 接收机一般用蓄电池做电源。同时采用机内机外两种直流电源。设置机内电池
31、的目的在于更换外电池时不中断连续观测。在用机外电池的过程中机内电池自动充电。关机后机内电池为 RAM 存储器供电以防止丢失数据。 近几年国内引进了许多种类型的 GPS 测地型接收机。各种类型的 GPS 测地型接收机用于精密相对定位时其双频接收机精度可达 5MM+1PPM.D 单频接收机在一定距离内精度可达10MM+2PPM.D。用于差分定位其精度可达亚米级至厘米级。目前各种类型的 GPS 接收机体积越来越小重量越来越轻便于野外观测。GPS 和 GLONASS 兼容的全球导航定位系统接收机已经问世。GPS 系统发展历程自 1978 年以来已经有超过 50 颗 GPS 和 NAVSTAR 卫星进入
32、轨道.前身GPS(又称全球卫星导航系统或全球卫星定位系统) 系统的前身为美军研制的一种子午仪卫星定位系统(Transit） ，1958 年研制，1964 年正式投入使用。该系统用 5 到 6 颗卫星组成的星网工作，每天最多绕过地球 13 次，并且无法给出高度信息，在定位精度方面也不尽如人意。然而，子午仪系统使得研发部门对卫星定位取得了初步的经验，并验证了由卫星系统进行定位的可行性，为 GPS 系统的研制埋下了铺垫。由于卫星定位显示出在导航方面的巨大优越性及子午仪系统存在对潜艇和舰船导航方面的巨大缺陷。美国海陆空三军及民用部门都感到迫切需要一种新的卫星导航系统。为此,美国海军研究实验室(NRL)
33、 提出了名为Tinmation 的用 12 到 18 颗卫星组成 10000km 高度的全球定位网计划，并于 67 年、69 年和74 年各发射了一颗试验卫星，在这些卫星上初步试验了原子钟计时系统，这是 GPS 系统精确定位的基础。而美国空军则提出了 621-B 的以每星群 4 到 5 颗卫星组成 3 至 4 个星群的计划，这些卫星中除 1 颗采用同步轨道外其余的都使用周期为 24h 的倾斜轨道 该计划以伪随机码(PRN)为基础传播卫星测距信号，其强大的功能，当信号密度低于环境噪声的时也能将其检测出来。伪随机码的成功运用是 GPS 系统得以取得成功的一个重要基础。海军的计划主要用于为舰船提供低
34、动态的 2 维定位，空军的计划能供提供高动态服务，然而系统过于复杂。由于同时研制两个系统会造成巨大的费用，而且这里两个计划都是为了提供全球定位而设计的，所以 1973 年美国国防部将 2 者合二为一，并由国防部牵头的卫星导航定位联合计划局（JPO) 领导，还将办事机构设立在洛杉矶的空军航天处。该机构成员众多，包括美国陆军、海军、海军陆战队、交通部、国防制图局、北约和澳大利亚的代表。计划最初的 GPS 计划在联合计划局的领导下诞生了，该方案将 24 颗卫星放置在互成 120 度的三个轨道上。每个轨道上有 8 颗卫星，地球上任何一点均能观测到 6 至 9 颗卫星。这样，粗码精度可达 100m，精码
35、精度为 10m。 由于预算压缩，GPS 计划不得不减少卫星发射数量，改为将 18 颗卫星分布在互成 60 度的 6 个轨道上。然而这一方案使得卫星可靠性得不到保障。1988 年又进行了最后一次修改：21 颗工作星和 3 颗备份星工作在互成 30 度的 6条轨道上。这也是现在 GPS 卫星所使用的工作方式。计划实施GPS 计划的实施共分三个阶段：第一阶段为方案论证和初步设计阶段。从 1978 年到 1979 年，由位于加利福尼亚的范登堡空军基地采用双子座火箭发射 4 颗试验卫星，卫星运行轨道长半轴为 26560km，倾角 64 度。轨道高度 20000km。这一阶段主要研制了地面接收机及建立地面
36、跟踪网，结果令人满意。第二阶段为全面研制和试验阶段。从 1979 年到 1984 年，又陆续发射了 7 颗称为 BLOCK I 的试验卫星，研制了各种用途的接收机。实验表明，GPS 定位精度远远超过设计标准，利用粗码定位，其精度就可达 14 米。第三阶段为实用组网阶段。1989 年 2 月 4 日第一颗 GPS 工作卫星发射成功，这一阶段的卫星称为 BLOCK II 和 BLOCK IIA。此阶段宣告 GPS 系统进入工程建设状态。1993 年底使用的 GPS 网即（21+3）GPS 星座已经建成，今后将根据计划更换失效的卫星。GPS 卫星在测试架上的 GPS 卫星GPS 卫星是由洛克菲尔国际
37、公司空间部研制的，卫星重 774kg，使用寿命为 7 年。卫星采用蜂窝结构，主体呈柱形，直径为 1.5m。卫星两侧装有两块双叶对日定向太阳能电池帆板(BLOCK I)，全长 5.33m 接受日光面积为 7.2m2。对日定向系统控制两翼电池帆板旋转，使板面始终对准太阳，为卫星不断提供电力，并给三组 15Ah 镉镍电池充电，以保证卫星在地球阴影部分能正常工作。在星体底部装有 12 个单元的多波束定向天线，能发射张角大约为 30 度的两个 L 波段（19cm 和 24cm 波）的信号。在星体的两端面上装有全向遥测遥控天线，用于与地面监控网的通信。此外卫星还装有姿态控制系统和轨道控制系统，以便使卫星保
38、持在适当的高度和角度，准确对准卫星的可见地面。由 GPS 系统的工作原理可知，星载时钟的精确度越高，其定位精度也越高。早期试验型卫星采用由霍普金斯大学研制的石英振荡器，相对频率稳定度为 10 ? 11/秒。误差为 14 米。1974 年以后，gps 卫星采用铷原子钟，相对频率稳定度达到 10 ? 12/秒，误差 8m。1977 年，BOKCK II 型采用了马斯频率和时间系统公司研制的铯原子钟后相对稳定频率达到 10 ? 13/秒,误差则降为 2.9m。1981 年，休斯公司研制的相对稳定频率为 10 ? 14/秒的氢原子钟使 BLOCK IIR 型卫星误差仅为 1m。GPS 系统原理当苏联发
39、射了第一颗人造卫星后，美国约翰霍布斯金大学应用物理实验室的研究人员提出既然可以已知观测站的位置知道卫星位置，那么如果已知卫星位置，应该也能测量出接收者的所在位置。这是导航卫星的基本设想。GPS 导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。要达到这一目的，卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。而用户到卫星的距离则通过纪录卫星信号传播到用户所经历的时间，再将其乘以光速得到(由于大气层电离层的干扰，这一距离并不是用户与卫星之间的真实距离，而是伪距（PR）：当GPS 卫星正常工作时，会不断地用 1 和 0 二进制码元
40、组成的伪随机码（简称伪码）发射导航电文。GPS 系统使用的伪码一共有两种，分别是民用的 C/A 码和军用的 P(Y)码。C/A 码频率 1.023MHz,重复周期一毫秒，码间距 1 微秒，相当于 300m；P 码频率 10.23MHz，重复周期 266.4 天，码间距 0.1 微秒，相当于 30m。而 Y 码是在 P 码的基础上形成的，保密性能更佳。导航电文包括卫星星历、工作状况、时钟改正、电离层时延修正、大气折射修正等信息。它是从卫星信号中解调制出来，以 50b/s 调制在载频上发射的。导航电文每个主帧中包含 5 个子帧每帧长 6s。前三帧各 10 个字码；每 30 秒重复一次，每小时更新一
41、次。后两帧共 15000b。导航电文中的内容主要有遥测码、转换码、第 1、2 、3 数据块，其中最重要的则为星历数据。当用户接受到导航电文时，提取出卫星时间并将其与自己的时钟做对比便可得知卫星与用户的距离，再利用导航电文中的卫星星历数据推算出卫星发射电文时所处位置，用户在 WGS-84 大地坐标系中的位置速度等信息便可得知。可见 GPS 导航系统卫星部分的作用就是不断地发射导航电文。然而，由于用户接受机使用的时钟与卫星星载时钟不可能总是同步，所以除了用户的三维坐标 x、y 、z 外，还要引进一个 t 即卫星与接收机之间的时间差作为未知数，然后用 4 个方程将这 4 个未知数解出来。所以如果想知
42、道接收机所处的位置，至少要能接收到 4 个卫星的信号。差分技术为了使民用的精确度提升，科学界发展另一种技术，称为差分全球定位系统(Differential GPS), 简称 DGPS。亦即利用附近的已知参考坐标点(由其它测量方法所得 ), 来修正 GPS 的误差。再把这个即时(real time)误差值加入本身坐标运算的考虑 , 便可获得更精确的值。GPS 有 2D 导航和 3D 导航分，在卫星信号不够时无法提供 3D 导航服务，而且海拔高度精度明显不够，有时达到 10 倍误差。但是在经纬度方面经改进误差很小。卫星定位仪在高楼林立的地区扑捉卫星信号要花较长时间。GPS 的功能精确定时：广泛应用在天文台、通信系统基站、电视台中工程施工：道路、桥梁、隧道的施工中大量采用 GPS 设备进行工程测量勘探测绘：野外勘探及城区规划中都有用到导航：武器导航：精确制导导弹、巡航导弹车辆导航：车辆调度、监控系统船舶导航：远洋导航、港口/内河引水飞机导航：航线导航、进场着陆控制星际导航：卫星轨道定位个人导航：个人旅游及野外探险定位：
