全球定位系统(GPS)

全球定位系统(GPS)，全文全球定位系统这是一种基于太空的无线电导航系统，广播精度很高导航向地球上或地球附近的用户发送脉冲。在美国的导航星GPS系统中，24颗主卫星在6个轨道上每12小时绕地球一圈。此外,俄罗斯维护一个星座被称为GLONASS(全球导航卫星系统)，并在2007年欧盟批准了用于发射30颗卫星的融资，以形成自己的GPS版本，即伽利略，该系统于2016年开始运行。中国2000年发射了两颗卫星，2003年发射了另一颗卫星，作为当地导航系统北斗(“北斗七星”)的一部分。2006年，曾有限参与伽利略计划的中国宣布，计划将北斗系统扩展为全面的GPS服务，即北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统2007年，中国开始发射一系列14颗第二代卫星，即北斗2号，为中国提供服务。由30颗卫星组成的第三代星座“北斗三号”于2020年建成，并提供全球服务。

由地球上的用户操作的GPS接收器测量无线电信号从四颗或更多卫星传播到其位置所花费的时间，计算出到每颗卫星的距离，并从这个计算确定用户的经度、纬度和位置高度．的美国国防部Navstar最初是为军事用途而开发的，但一种不太精确的服务形式免费提供给全球的民用用户。基本民用服务将定位接收器的真实位置在10米(33英尺)内，尽管各种增强技术可以用于精确定位不到1厘米(0.4英寸)的位置。GPS的精度如此之高，服务无处不在，它的发展已经远远超出了最初的军事用途，并在个人和商业导航领域引发了一场革命。战场导弹和炮弹使用GPS信号来确定它们的位置和速度，但美国也这样做航天飞机和国际空间站还有商业喷气客机和私人飞机。救护车舰队GPS定位还适用于农用拖拉机、远洋客轮、徒步旅行者，甚至高尔夫球手。许多GPS接收器不比袖珍计算器大，由一次性电池供电，而婴儿指甲大小的GPS电脑芯片已经安装在手表、移动电话和个人数字助理中。

三角测量

GPS前所未有的导航能力背后的原理是三角测量。为了进行三角测量，GPS接收器精确地测量卫星信号到达地球所需的时间——不到十分之一秒。然后用这个时间乘以无线电波的速度——每秒30万公里(18.6万英里)——得到它与卫星之间的相应距离。这将接收器置于一个假想球体表面的某处，其半径等于它与卫星的距离。当来自其他三颗卫星的信号经过类似处理后，接收器内置的计算机会计算出这四个球体相交的点，从而有效地确定用户当前的经度、纬度和海拔高度。(理论上，三颗卫星通常可以提供明确的三维定位，但在实践中，至少要用四颗卫星来抵消接收机时钟的误差。)此外，接收机通过测量瞬时电流来计算当前速度(速度和方向)多普勒效应由相同的四颗卫星的联合运动产生的位移。

在导航星系统中，每颗卫星在两个频率上广播其导航信号——1575.42兆赫(军用/民用)和1227.6兆赫(军用)。这些载波由两个伪随机二进制脉冲串调制:一个每秒1兆比特的民用C/ a码(粗采集码)和一个每秒10兆比特的军用p码(精确码)。计划新增三个民用信号，频率分别为1176.45、1227.6和1575.42 MHz。直到2000年，一个被称为选择性可用性(S/A)退化民用信号的精度;S/A终止的部分原因是民用海上船只和飞机越来越多地使用GPS所涉及的安全问题。未经增强的民用GPS现在给出的水平距离误差方差为30米(100英尺)，概率为95%，也就是说，95%的情况下报告的位置与真实位置在30米以内。典型的水平精度约为10米(30英尺;而垂直精度(或海拔高度)大约是前者的一半。多普勒效应使接收器能够确定用户的速度，精度约为每秒1米(3英尺)。与此同时，未增强的军事信号水平误差方差小于3米(10英尺)。