壹、簡介：
全球衛星定位系統(Globle Positioning System) 是壹種結合衛星及通訊發展的技術,利用導航衛星進行測時和測距。全球衛星定位系統(簡稱GPS) 是美國從上世紀70 年代開始研制,歷時20 余年,耗資200 億美元,於1994 年全面建成。具有海陸空全方位實時三維導航與定位能力的新壹代衛星導航與定位系統。經過近十年我國測繪等部門的使用表明,全球衛星定位系統以全天候、高精度、自動化、高效益等特點,成功地應用於大地測量、工程測量、航空攝影、運載工具導航和管制、地殼運動測量、工程變形測量、資源勘察、地球動力學等多種學科,取得了好的經濟效益和社會效益。
現有的衛星導航定位系統有美國的全球衛星定位系統(GPS) 和俄羅斯的全球衛星定位系統( Globle Naviga2tion Satellite System) ,簡稱GLONASS，以及中國北鬥星，歐洲伽利略。
A、美國的GPS系統
GPS全球衛星定位系統由三部分組成:空間部分—GPS星座;地面控制部分—地面監控系統; 用戶設備部分—GPS 信號接收機。
1.空間部分
GPS的空間部分是由24 顆工作衛星組成,它位於距地表20 200km的上空,均勻分布在6 個軌道面上(每個軌道面4 顆) ,軌道傾角為55°。此外,還有4 顆有源備份衛星在軌運行。衛星的分布使得在全球任何地方、任何時間都可觀測到4 顆以上的衛星,並能保持良好定位解算精度的幾何圖象。這就提供了在時間上連續的全球導航能力。GPS 衛星產生兩組電碼, 壹組稱為C/ A 碼( Coarse/ Acquisition Code11023MHz) ;壹組稱為P 碼(Procise Code 10123MHz) ,P 碼因頻率較高,不易受幹擾,定位精度高,因此受美國軍方管制,並設有密碼,壹般民間無法解讀,主要為美國軍方服務。C/ A 碼人為采取措施而刻意降低精度後,主要開放給民間使用。
2.地面控制部分
地面控制部分由壹個主控站,5 個全球監測站和3 個地面控制站組成。監測站均配裝有精密的銫鐘和能夠連續測量到所有可見衛星的接受機。監測站將取得的衛星觀測數據,包括電離層和氣象數據,經過初步處理後,傳送到主控站。主控站從各監測站收集跟蹤數據,計算出衛星的軌道和時鐘參數,然後將結果送到3 個地面控制站。地面控制站在每顆衛星運行至上空時,把這些導航數據及主控站指令註入到衛星。這種註入對每顆GPS 衛星每天壹次,並在衛星離開註入站作用範圍之前進行最後的註入。如果某地面站發生故障,那麽在衛星中預存的導航信息還可用壹段時間,但導航精度會逐漸降低。
3.用戶設備部分
用戶設備部分即GPS 信號接收機。其主要功能是能夠捕獲到按壹定衛星截止角所選擇的待測衛星,並跟蹤這些衛星的運行。當接收機捕獲到跟蹤的衛星信號後,即可測量出接收天線至衛星的偽距離和距離的變化率,解調出衛星軌道參數等數據。根據這些數據,接收機中的微處理計算機就可按定位解算方法進行定位計算,計算出用戶所在地理位置的經緯度、高度、速度、時間等信息。接收機硬件和機內軟件以及GPS 數據的後處理軟件包構成完整的GPS 用戶設備。GPS 接收機的結構分為天線單元和接收單元兩部分。接收機壹般采用機內和機外兩種直流電源。設置機內電源的目的在於更換外電源時不中斷連續觀測。在用機外電源時機內電池自動充電。關機後,機內電池為RAM存儲器供電,以防止數據丟失。目前各種類型的接受機體積越來越小,重量越來越輕,便於野外觀測使用。
B、俄羅斯GLONASS系統
俄羅斯GLONASS系統系統也由衛星星座、地面支持系統和用戶設備三部分組成。
1.GLONASS星座
GLONASS星座由24顆工作星和3顆備份星組成， 所以GLONASS星座***由24顆衛星組成。24顆星均勻地分布在3個近圓形的軌道平面上，這三個軌道平面兩兩相隔120度，每個軌道面有8顆衛星，同平面內的衛星之間相隔45度， 軌道高度1.91萬公裏，運行周期11小時15分，軌道傾角64.8度
2 地面支持系統
地面支持系統由系統控制中心、中央同步器、遙測遙控站（含激光跟蹤站）和外場導航控制設備組成。地面支持系統的功能由前蘇聯境內的許多場地來完成。隨著蘇聯的解體，GLONASS系統由俄羅斯航天局管理， 地面支持段已經減少到只有俄羅斯境內的場地了， 系統控制中心和中央同步處理器位於莫斯科， 遙測遙控站位於聖彼得堡、捷爾諾波爾、埃尼謝斯克和***青城。
3 用戶設備
GLONASS用戶設備(即接收機)能接收衛星發射的導航信號，並測量其偽距和偽距變化率，同時從衛星信號中提取並處理導航電文。接收機處理器對上述數據進行處理並計算出用戶所在的位置、速度和時間信息。GLONASS系統提供軍用和民用兩種服務。GLONASS系統絕對定位精度水平方向為16米，垂直方向為25米。目前，GLONASS系統的主要用途是導航定位，當然與GPS系統壹樣，也可以廣泛應用於各種等級和種類的定位、導航和時頻領域等。
C、中國北鬥星
北鬥星導航定位系統(簡稱北鬥系統)由空間星座、地面控制中心系統和用戶終端三部分構成。
1、空間星座
建設中的中國北鬥導航系統(COMPASS)空間段計劃由五顆靜止軌道衛星和三十顆非靜止軌道衛星組成，提供兩種服務方式，即開放服務和授權服務。距離地面36000km,分別位於東經80和140的赤道上空，執行地面控制中心與用戶終端的雙向無線電信號的中繼任務。另外還有壹顆備份衛星定位於東經115.5的赤道上空。衛星重980kg,壽命不少於8年，
2、地面控制中心系統
北鬥系統地面控制中心包括主控、測軌站、測高站、校正站和計算中心，主要用來測量和收集校正導航定位參數，完成測軌和調整衛星的運行軌道，姿態，編制星歷，形成用戶定位修正數據和對用戶進行定位，即負責無線電信號的發送接收及對整個工作系統的監控管理。
3、用戶設備
根據北鬥用戶機和應用環境和功能的不同，通常北鬥用戶機有五種類型：
普通型。該型用戶機只能進行定位和點對點的通信，適合於壹般車輛、船舶及便攜等用戶的定位導航應用，可接收和發送定位及通信信息，與中心站及其它用戶終端雙向通信。
通信型。適合於野外作業，水文測量、環境檢測等各類數據采集和數據傳輸用戶，可接收和發送短信息、報文，與中心站和其它用戶終端進行雙向或單向通信。
授時型。適合於授時、校時、時間同步等用戶，可提供數十納秒級的時間同步精度。
指揮型。指揮型用戶機是供擁有壹定數量用戶的上級集團管理部門所使用，除具有普通用戶機所有功能外，還能夠播發通播信息和接收中心控制系統發給所屬用戶的定位通信信息。指揮型用戶機又可分為壹、二、三級。其中壹級指揮型用戶機，所轄用戶為普通型用戶機；二級指揮用戶機，所轄用戶為壹級指揮機用戶；三級指揮型用戶機，所轄用戶為二級指揮機用戶。
多模型用戶機。此種用戶機既能接收北鬥衛星定位和通信信息，又可利用GPS系統或GPS增強系統導航定位，適合於對位置信息要求比較高的用戶。
D、歐洲伽利略
1、星座系統
“伽利略”計劃是壹種中高度圓軌道衛星定位方案。“伽利略”衛星導航
定位系統的建立將於2007年底之前完成，2008年投入使用，總***發射30顆衛星，其中27顆衛星為工作衛星，3顆為候補衛星。衛星高度為24126公裏，位於3個傾角為56度的軌道平面內。
2、地面控制系統
包括全球地面控制段、全球地面任務段、全球域網、導航管理中心、地面支持設施、地面管理機構
3、用戶系統
用戶端主要就是用戶接收機及其等同產品，伽利略系統考慮將與GPS、GLONASS的導航信號壹起組成復合型衛星導航系統，因此用戶接收機將是多用途、兼容性接收機。