gps原理與應用pdf

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② gps衛星導航原理

GPS的英文全名叫：Global Posting System，中文名字叫全球衛星導航系統，簡稱GPS。
GPS的上一代產品是美國海軍1964年研製的「子午儀」導航衛星，屬於低軌道衛星。主要用途是為核潛艇和水面艦艇的導航之用，兼做大地測量功能。它最重要的功能是為北極星核導彈提供精確的定位，以便迅速發動核打擊。從1960年4月到80年代初共發射30多顆 。第一顆是子午儀1B號，用來對導航衛星方案及其關鍵技術進行試驗鑒定，並驗證雙頻多普勒測速定位導航原理，結果證明衛星導航可行。 「子午儀」的主要用戶——北極星核導彈
「子午儀」衛星主體是八稜柱體，高 25.4厘米，寬45.7厘米，有一根長22.86米的穩定桿，從柱體的頂部伸出，桿子未端帶有一個重約1.36公斤的質量塊。四塊短形太陽電池帆板從稜柱體側面伸出，形成十字形，帆板長167.6厘米，寬25.4厘米。
1963 年12月發射第一顆實用導航衛星子午儀 5B-2號；1964 年 6 月發 射第一顆定型導航衛星子午儀 5C - 1號，並交付海軍使用；1967 年7月子午儀號導航衛星組網實用並允許民用。1972年開始執行子午儀改進計劃（TIP ），共發射3顆衛星，主要試驗擾動補償系統 ，對大氣阻力和太陽輻射壓力等引起的軌道攝動作實時補償，大大提高了軌道預報精度，故稱無阻力衛星。1981 年5月發射經過改進的實用型子午儀號衛星，改名為新星號（NOVA）。 衛星導航的開山之作：「子午儀」衛星
「子午儀」衛星運行在高度約1100公里的近圓極軌道，目的是為了避免多普勒效應減弱。它們在軌道面上均勻分布組成圍繞地球的空間導航網，六顆衛星在軌道上的配置似鳥籠形狀。它可為全球任何地方的水下潛艇、水面船隻、地面車輛和空中飛機等用戶服務，用戶每隔1.5小時左右就可以接收每顆衛星以150兆赫與400兆赫頻率連續播送的無線電信號。地球上的用戶根據發送的信號，便可以確切地知道衛星在太空軌道上的位置。人們根據多普勒效應，用計算機就能確定出地球上運動體（如潛艇等）所在的位置。這樣，即使潛艇在浩瀚的海洋水下航行，時時刻刻都能知道自己在何處，在大海深處航行數月也不會迷失方向。
地球上的用戶，利用「子午儀」導航衛星發送的無線電信號來確定自己所在的位置，一顆衛星的定位精度在20~ 50米。如果在一天內把數顆衛星飛越30多次的數據都收集起來，然後進行平均計算，可以把定位誤差減小到最小，這樣就可以把定位精度提高到幾米。
總體性能方面，「子午儀」系統用於軍事導航的定位精度為6米左右，通過多次定位可達2米以內。整體系統可工作到1996年。子午儀導航系統可以全天候導航，導航信號覆蓋全球；導航精度優於以前任何系統。但不能定高度、速度，不能連續實施導航。
不能連續導航對於用戶來說實在麻煩，固定地點採用衛星多次飛越的數據來提高定位精度，顯然是一個很好的辦法。但是對於航行在水中的潛艇、水面的船舶，它們的導航接收機安在活動的艇、船上，還必須精確地知道它們航行的速度，否則，定位精度將會大大降低。對於翱翔在空中的飛機，由於在兩次導航定位的時間間隔內，飛行距離可達1000公里以上，顯然，不能用「子午儀」導航衛星來進行導航，而需要研製更先進的導航衛星系統。
「子午儀」的誕生在當時具有重大的科學意義，它是人類首次建立的衛星導航系統，它為後來的GPS以及伽利略系統奠定了基礎。另外，「子午儀」也讓軍方充分認識到導航系統的重要性，接下來的時間內，世界主要強國均在衛星導航系統上投下巨資。
GPS的誕生和組成
GPS的誕生
為了解決「子午儀」存在的眾多問題，美國國防部70年代投資100億美元開發新的衛星導航系統，即我們熟悉的GPS，從當時到1993年GPS建成投入使用，共耗資300億美元以上。GPS在當時隸屬於「星球大戰」的組成部分受到了相當高的重視，80年代美國放棄星球大戰計劃後，GPS仍然得以存活發展。 GPS系統示意圖
和早期的「子午儀」相比，GPS提高了衛星的數量，同時應用了最新的計時工具，讓定位精度大為提高。另外GPS可提供實時導航，大大方便了飛行器和艦船的應用。同時GPS解決了「子午儀」不能提供高度數據的缺陷，當GPS接收器能鎖定4顆衛星信號的時候，便可提供實時的高度數據。另外，GPS還提供較高的容錯性，當接收機能接收到5顆衛星的數據時，其中一顆便可提供錯誤信息供參考。除了傳統的導航用途外，GPS還可以提供較為精確的移動信息和時間校正功能。
可以說，GPS相對於「子午儀」有了重大的飛躍，讓衛星導航真正進入大規模應用領域。
GPS的發展階段
GPS系統的組成
GPS主要包括3部分的設備：地面控制中心；導航衛星和GPS接收裝置。GPS主控制站在美國科羅拉多，負責全權控制，另外的三個地面天線，五個監測站，分布在全球。主要是收集數據、計算導航信息、診斷系統狀態、調度衛星這些雜事。太空中共有27顆GPS衛星，距離地面20200公里。27顆衛星有24顆運行、3顆備用。這些衛星已經更新了三代五種型號。衛星發射兩種信號：L1和L2。L1:1575.42MHZ-p.htm" target="_blank" title="1575.42MHZ貨源和PDF資料">1575.42MHZ L2:1227.60MHZ。衛星上的時鍾採用銫原子鍾或銣原子鍾，計劃未來用氫原子鍾。至於接收機就很簡單了，就是我們手頭的GPS設備，包括大米同學的手機。常見的民用手持機接收L1信號，還有雙頻的接收機，做精密定位用的。軍用的要復雜一些，主要更為可靠。 美國的德爾塔火箭發射最新型的GPS衛星
GPS的精度
性能方面，GPS雖然是軍民合用的系統，但它針對軍用和民用提供了不同的定位精度。軍用為3米，民用信號增加了干擾機制，使精度下降到100米。鑒於GPS在民用中發揮越來越重要的作用，美國政府2005年取消了GPS的干擾機制，使民用信號的精度提高到了5米，大大方便了民用用戶的使用，也為現在GPS的普及奠定了基礎。不過據稱經過改進的GPS軍用信號已經達到了1米的精度，但尚未對民用開放。
下面我們來了解GPS的主要工作原理。
GPS的主要原理比較簡單，只涉及基本的地理和數學知識，但由於種種因素的干擾，完全搞明白GPS的原理就比較復雜了。我們這里只講述最基本的知識，以便大多數讀者能夠理解。
首先我們假定GPS衛星的位置為已知，而我們又能准確測定所在地點A至衛星之間的距離，那麼A點一定是位於以衛星為中心、所測得距離為半徑的圓球上。進一步，我們又測得點A至另一衛星的距離，則A點一定處在前後兩個圓球相交的圓環上。我們還可測得與第三個衛星的距離，就可以確定A點只能是在三個圓球相交的兩個點上。根據一些地理知識，可以很容易排除其中一個不合理的位置，因為這兩點相差很遠，可能在地球之外和地心某處，所以通過GPS內置的邏輯系統可以很容易的排除掉。
為了擔保不會有意外發生，GPS通常會測量第4顆衛星的位置，這樣4個虛擬的圓形相交的點就是我們的精確位置了。
綜合所述，想GPS定位需要具備兩個重要條件：
1、其一是要確知衛星的准確位置
2、其二是要准確測定衛星至地球上我們所在地點的距離
具體來講，實現第一點的方法是通過精確的控制。首先要優化設計衛星運行軌道，而且，要由監測站通過各種手段，連續不斷監測衛星的運行狀態，適時發送控制指令，使衛星保持在正確的運行軌道。將正確的運行軌跡編成星歷（相當於火車時刻表），注入衛星，且經由衛星發送給GPS接收機。正確接收每個衛星的星歷，就可確知衛星的准確位置。 導航衛星的飛行軌跡有嚴格的限制，每顆都必須按照時刻表運行
第二點解決原理，只要知道衛星發射的信號到地面的距離就能准確知道衛星的距離，其中原理是最簡單的物理公式：距離=速度*時間。GPS接收機計算衛星信號之間的間隔時間，乘上電磁波的速度就是准確的距離樂。但是這其中涉重要問題：衛星時間和GPS時間要同步，GPS系統在每顆衛星上裝置有十分精密的原子鍾，並由監測站經常進行校準。衛星發送導航信息，同時也發送精確時間信息。GPS接收機接收此信息，使與自身的時鍾同步，就可獲得准確的時間（GPS自身的時鍾採用廉價的石英鍾）。所以，GPS接收機除了能准確定位之外，還可產生精確的時間信息。 GPS的核心裝配——原子鍾（非GPS用）
知道了距離和衛星的位置後GPS就可以開始工作了。當然這其中還涉及相當復雜的知識，包括大氣的干擾；時間的校對；衛星的控制；容錯功能；提高精度的差分技術等等，足可以讓你學上好幾年。當然，作為普通用戶，我們只知道簡單原理就成了。
最後，我們來模擬一次衛星導航，就說大米同學吧。此人在外HAPPY後夜間迷路，怎麼也會不了家，突然一掏兜想起自己還有GPS。慌亂中，大米啟動GPS導航，系統開始自動尋找可用的GPS衛星，大米運氣不錯，有4顆衛星能用，信號清晰。GPS開始接收衛星傳輸的無線電波，首先計算出4顆衛星的距離，然後通過「衛星運行時刻表」，知道了4顆衛星的位置。條件具備後，GPS開始對比內置地圖，根據經緯度坐標確定目前的方位，最後根據大米的指示開始導航，甜美的語音告訴使用者出前方5米掏開門的提示——敢情大米在家門口轉悠了一個晚上！
如何，相信您對GPS的整個系統和運作方法有了大概的了解。
系統構成與工作原理 北斗衛星導航定位系統的系統構成有：兩顆地球靜止軌道衛星、地面中心站、用戶終端。 北斗衛星導航定位系統的基本工作原理是「雙星定位」：以2顆在軌衛星的已知坐標為圓心，各以測定的衛星至用戶終端的距離為半徑，形成2個球面，用戶終端將位於這2個球面交線的圓弧上。地面中心站配有電子高程地圖，提供一個以地心為球心、以球心至地球表面高度為半徑的非均勻球面。用數學方法求解圓弧與地球表面的交點即可獲得用戶的位置。
由於在定位時需要用戶終端向定位衛星發送定位信號，由信號到達定位衛星時間的差值計算用戶位置，所以被稱為「有源定位」而其他幾種定位系統都是接收機被動接受信號，成為無源系統。北斗星除了能作導航用途外，還可以進行簡單的通訊功能，這是其他系統所不具備的。
北斗星顯然是應急的產物，系統只有3顆衛星，造價和同類系統相比非常便宜，它的主要作用是確保戰爭時期和特殊用途時不受GPS的限制，有很強的戰備目的。從性能上看，北斗星定位等功能和GPS相比也稍微不及，並且「有源定位」的工作方法很容易暴露用戶的位置，保密性差，在軍用方面是個不小的缺點。
總體來看，北斗星是我國在衛星導航的試水產品，很多地方還不完善，還有很長的路要走。出於戰備目的，市面很少有北斗星的接收機出售，且價格昂貴，使用者基本是軍隊等國家用戶。雖有少數零售產品，但都是應付事的面子工程，基本沒有商業價值。 GPS和摩托羅拉「銥」系統的區別
在小編完成此文的時候，大米同學突出說出「銥」系統這個名詞，並且將「銥」和GPS弄混了。為了解釋這個問題，我們最後再介紹一下摩托羅拉的「銥」系統，看看它和GPS有和區別。
「銥」系統簡單介紹
「銥」星系統是由美國摩托羅拉公司衛星通信部設計、籌建的通過低地球軌道運行的衛星組成的通信系統，與現有通信網結合，可實現全球數字化個人通信。於「銥」星系統包括66顆衛星，有部分是由中國長城工業公司的長征2C/SD火箭承擔發射任務的。
這個系統最初設計中是模擬化學元素銥的原子結構，銥的原子核外有77個電子繞核旋轉，所以設計的「銥」星系統也由77顆衛星在太空中的7條太陽同步軌道上繞地球運行，可以覆蓋地球表面的任一點，構成「天衣無縫」的通信覆蓋區，後來，這一系統改為66顆衛星圍繞6個極度地圓軌道運行，但仍用原來注冊的名稱。
「銥」星系統於1994年開始發射了7顆衛星。1998年11月1日，「銥」星系統正式投入運行，開創了人類電信史上的新篇章。美國的副總統戈爾成為「銥」星的第一位用戶，他將第一個電話打給了美國地理學會主席(此人是電話的發明人亞歷山大·貝爾的曾孫)並告知他這個振奮人心的好消息。
「銥」星系統是一個非常龐大的低軌道衛星網路，共計72顆通信衛星(66顆組網衛星和6顆在軌的備用衛星)，運行在距離地面780公里高的軌道上，構成了6個傾角為86.4度的軌道面，衛星在軌道上繞地球運行的周期是100分鍾又28秒。每顆衛星的質量約700千克。在每顆衛星上有48個發射點用來傳送通訊信號。整個「銥」星系統和「銥」星本身都是由Motorola公司負責設計的，「銥」星系統的用戶端的手持設備(「銥」星手機)是由Motorola公司和日本的專業手持電話製造商京瓷(Kyocera)提供，「銥」星手機分為只用於Iridium系統通信單功能機和GSM移動網/Iridium復合模式兩種。後者既能用作衛星電話，又能用作蜂窩無線電話使用。當一個「銥」星用戶呼叫另一個「銥」星用戶時，「銥」星系統將會通過整個「銥」星網路定位被呼叫的「銥」星用戶。如果被呼叫用戶位於一個地面GSM系統的呼叫范圍內的話，則信號將通過該地面GSM網路接通該用戶的GSM信道(如果該用戶使用兼容GSM的「銥」星電話)，就如同上面的情形。而如果無法在地面電話網內定位，則信號將直接在衛星與衛星之間傳送，直到傳送到被呼叫的「銥」星系統用戶的「銥」星電話上。所以，只要通話雙方都使用「銥」星電話，則無論用戶在南極還是北極，該次通話肯定能夠建立，體現出了「銥」星在個人通信方面的強大能力。 衛星愛好者拍攝的「銥」星掠過的照片
1998年11月「銥」星公司的全球衛星通訊系統全面建成並正式投入商業運營後，「銥」星公司在世界各地廣設分公司，並撥出龐大的財務預算在全球范圍內進行大規模的廣告宣傳活動，以紀念這一重大的技術創舉，可謂聲勢浩大。不過，隨著時間的推移，「銥」星公司在項目論證上存在的嚴重問題就逐漸暴露出來了。「銥」星公司所吸收的衛星電話用戶的數量遠遠低於原來的預期，甚至達不到當初預計數字的一個零頭。
同時，由於「銥」星公司的有息負債額高達44億美元，占投資總額的80%，嚴重的入不敷出導致資金迅速枯竭，財務上陷入困境，該公司不得不在1999年8月向法院申請破產保護，在2000年3月17日，「銥」星公司被宣布破產，耗資57億美元的「銥」系統最終走向失敗。據最新消息，「銥」衛星公司(Iridium Satellite LLC，不是「銥」星公司)只花了2500萬美元就完成了對「銥」星公司(Iridium LLC)及其子公司所屬資產的收購，並剛從美國國防部獲得了一份為期兩年，價值7200萬美元的合同，給大約20000名官員提供不限時間的無線通信服務。目前幾十顆「銥」星委託波音公司管理和維護。 「銥」星電話，和普通GSM手機差不多
雖然走向大眾的「銥」星系統失敗了，但衛星移動通信系統仍存在廣闊市場。因為目前，陸地蜂窩移動通信系統只能覆蓋地球2%的面積，而且受用戶和通信量制約，在一些地廣人稀的區域長期運營蜂窩網得不償失，加之海事衛星系統幾十年來的成功運營，均表明衛星移動通信市場前景廣闊。目前衛星通信系統仍在發展，除已投入使用的全球星系統外，還有ICO系統、奧德賽系統、日本的NTT系統、歐洲的RACE系統，都有著廣闊的發展前景。
「銥」星系統通信裝置在國內有出售價格與通話費用驚人也只有少數政府部門采購的起，普通老百姓是無緣享受了。
「銥」星系統和GPS的區別顯而易見，「銥」星系統功能是通信，打電話用的；GPS是負責導航的，看地圖用的。二者不能混淆。 衛星導航展望
講了半天衛星導航，大家肯定有點累了，咱們最後說點實際的。
衛星導航在我國還出於尚在發展的產物，產品主要是以美國的GPS為主，價格說實話還比較昂貴，一般的產品的售價在2000元左右，而且還需要繳納每年的使用費用，以更新地理數據等，否則設備會作廢或過期。從實際使用上來看，小編覺得還有不少問題需要解決，首先是地圖精度實在不足，信息少的可憐，只能給你大概的走法，並且精度不能保證。
其次，GPS的使用稍有復雜，尤其是行車期間絕不能使用，否則復雜的操作很可能令你出交通事故。因此GPS在易用性方面還需要進行較大的改進。
目前可用的導航系統只有GPS一家，沒有其他替代品。不過隨著2008年歐洲「伽利略」的投入使用，相信導航系統競爭加劇，價格會進一步下調。預計今後的導航系統很可能內置GPS和伽利略兩套系統，互為備份並且還能提高使用精度。至於俄羅斯的GLONASS和我國的北斗星，由於種種原因，很可能不足以進入市場。
總之，小小的GPS別看樣子簡單，但其中蘊含的科技卻是普通人難以想像的，從早期的羅盤指南針路到現在的衛星導航，其中經歷了數千年的發展歷程，背後經過了無數人的艱辛勞動，所以別小看您的GPS! 轉載附錄：衛星導航的核心設備—原子鍾
GPS系統操作原理其實是很簡單的:每一顆衛星不斷發射包含其位置和精確到十億分之一秒的時間的數字無線電信號。GPS的接收裝置接收到來自於四顆衛星的信號，然後計算出在地球上的位置，誤差僅為幾百英尺。接收裝置將接收時間與衛星發射的時間進行比較，通過二者之差計算出遠離衛星的距離(光線的速度為每秒186000英里，假如衛星發射時間比接收時間晚千分之一秒，那麼接受裝置離衛星的距離就為186英里)。通過比較這個時間與其他三個已知位置的衛星的時間，接收裝置便能夠確定經緯度及海拔高度。
從以上論述可以看出精確計時及其計時工具在整個GPS系統中的重要地位。
說到原子鍾，它最初本是由物理學家創造出來用於探索宇宙本質的;他們從來沒有想過這項技術有朝一日竟能應用於全球的導航系統上。
根據量子物理學的基本原理，原子是按照不同電子排列順序的能量差，也就是圍繞在原子核周圍不同電子層的能量差，來吸收或釋放電磁能量的。這里電磁能量是不連續的。當原子從一個「能量態」躍遷至低的「能量態」時，它便會釋放電磁波。這種電磁波特徵頻率是不連續的，這也就是人們所說的共振頻率。同一種原子的共振頻率是一定的—例如銫133的共振頻率為每秒9192631770周。因此銫原子便用作一種節拍器來保持高度精確的時間。
30年代，拉比和他的學生們在哥倫比亞大學的實驗室里研究原子和原子核的基本特性。也就是在這里，他們在依靠這種原子計時器來製造時鍾方面邁出了有價值的第一步。在其研究過程中，拉比發明了一種被稱為磁共振的技術。依靠這項技術，他便能夠測量出原子的自然共振頻率。為此他還獲得了1944年諾貝爾獎。同年，他還首先提出「要討論討論這樣一個想法」(他的學生這樣說道)，也就是這些共振頻率的准確性如此之高，完全可以用來製作高精度的時鍾。他還特別提出要利用所謂原子的「超精細躍遷」的頻率。這種超精細躍遷指的是隨原子核和電子之間不同的磁作用變化而引起的兩種具有細微能量差別的狀態之間的躍遷。
在這種時鍾里，一束處於某一特定「超精細狀態」的原子束穿過一個振盪電磁場。當原子的超精細躍遷頻率越接近磁場的振盪頻率，原子從磁場中吸收的能量就越多，從而產生從原始超精細狀態到令一狀態的躍遷。通過一個反饋迴路，人們能夠調整振盪場的頻率直到所有的原子完成了躍遷。原子鍾就是利用振盪場的頻率即保持與原子的共振頻率完全相同的頻率作為產生時間脈沖的節拍器。
兩位科學家先驅的工作為全球定位系統的發展奠定了基礎:左圖:拉比對原子和原子核的基本性質所做的研究引導他發明了磁共振的技術，為第一台原子鍾的出現奠定基礎。右圖:拉比以前的學生諾曼·蘭姆賽為銫原子束「噴泉」鍾的發展奠定了基礎。他還發明了氫微波激射儀器，從而為時間記錄的概念重新下了定義。
拉比本人並沒有深入到製造這種時鍾的工作，但其他的研究者繼續工作改進這個想法和技術。1949年，拉比的學生諾曼?蘭姆賽所做的研究表明如果讓原子束通過振盪場兩次的話便能得到更精確的時鍾。為此，蘭姆賽於1989年獲得了諾貝爾獎。 幾十年來，銫束鍾、氫微波激射鍾和銣鍾這三種時鍾在空間領域發揮著重要作用，要麼是被安裝在衛星上，要麼是安裝在地面控制系統里。GPS系統的衛星最終必須依賴這些和拉比六十年前所構想出的時鍾相似的銫鍾。
1993年也就是五角大樓構思GPS系統的20年後，隨著第二十四顆衛星的升空，GPS系統終於成為一個實用的系統了。美國空軍操縱著這些衛星，並從遍布全世界的五個地面站監視著它們。收集到的數據將送到位於科羅拉多的空軍聯合空間行動中心進行分析，該中心每天將這些最新數據傳送回每顆衛星上，校正時鍾及軌道數據。

③ GPS衛星定位系統的工作原理

GPS模塊定位原理

24顆GPS衛星在離地面1萬2千公里的高空上，以12小時的周期環繞地球運行，使得在任意時刻，在地面上的任意一點都可以同時觀測到4顆以上的衛星。

GPS 模塊就是GPS信號接收器,它是一個可以用無線藍牙或有線方式與電腦或手機連接，將它接收到的GPS信號傳遞給電腦或手機中的GPS軟體進行處理。我們常說的GPS定位模塊稱為用戶部分，它像「收音機」一樣接收、解調衛星的廣播C/A碼信號，中以頻率為1575.42MHz。GPS模塊並不播發信號，屬於被動定位。

GPS模塊的應用關鍵在於串口通信協議的制定，也就是模塊的相關輸入輸出協議格式。它主要包括數據類型與信息格式，其中數據類型主要有二進制信息和NMEA全國海洋電子協會數據信息。這兩類信息可以通過串口與GPS接收機進行通信。

GPS模塊通過運算與每個衛星的偽距離，採用距離交會法求出接收機的得出經度、緯度、高度和時間修正量這四個參數，特點是點位速度快，但誤差大。初次定位的模塊至少需要4顆衛星參與計算，稱為3D定位，3顆衛星即可實現2D定位，但精度不佳。GPS模塊通過串列通信口不斷輸出NMEA格式的定位信息及輔助信息，供接收者選擇應用。

④ 《大規模高精度GPS網平差與分析理論及其應用》pdf下載在線閱讀全文，求百度網盤雲資源

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⑤ gps原理與應用

GPS定位原理

GPS系統包括三大部分：空間部分—GPS衛星星座；
地面控制部分—地面監控系統；
用戶設備部分—GPS信號接收機。

GPS衛星星座
GPS工作衛星及其星座由21顆工作衛星和3顆在軌備用衛星組成GPS衛星星座，記作（21+3）GPS星座。24顆衛星均勻分布在6個軌道平面內，軌道傾角為55度，各個軌道平面之間相距60度，即軌道的升交點赤經各相差60度。每個軌道平面內各顆衛星之間的升交角距相差90度，一軌道平面上的衛星比西邊相鄰軌道平面上的相應衛星超前30度。
在兩萬公里高空的GPS衛星，當地球對恆星來說自轉一周時，它們繞地球運行二周，即繞地球一周的時間為12恆星時。這樣，對於地面觀測者來說，每天將提前4分鍾見到同一顆GPS衛星。位於地平線以上的衛星顆數隨著時間和地點的不同而不同，最少可見到4顆，最多可見到11顆。在用GPS信號導航定位時，為了結算測站的三維坐標，必須觀測4顆GPS衛星，稱為定位星座。

地面監控系統
對於導航定位來說，GPS衛星是一動態已知點。星的位置是依據衛星發射的星歷—描述衛星運動及其軌道的參數算褲畝做得的。每顆GPS衛星所播發的星歷，是由地面監控系統提供的。衛星上的各種設備是否正常工作，以及衛星是否一直沿著預定軌道運行，都要由地面設備進行監測和控制。地面監控系統另一重要作用是保持各顆衛星處於同一時間標准—GPS時間系統。這就需要地面站監測各顆衛星的時間，求出鍾差。然後由地面注入站發給衛星，衛星再由導航電文發給用戶設備。GPS工作衛星的地面監控系統包括一個主控站、三個注入站和五個監測站。

GPS信號接收機
GPS信號接收機的任務是：能夠捕獲到按一定衛星高度截止角所選擇的待測衛星的信號，並跟蹤這些衛星的運行，對所接收到的GPS信號進行變換、放大和處理，以便測量出GPS信號從衛星到接收機天線的傳播時間，解譯出GPS衛星所發送的導航電文，實時地計算出測站的三維位置，位置，甚至三維速度和時間。
靜態定位中，GPS接收機在捕獲和跟蹤GPS衛星的過程中固定不變，接收機高精度地測胡衡量GPS信號的傳播時間，利用GPS衛星在軌的已知位置，解算出接收機天線所在位置的三維坐標。而動態定位則是用GPS接收機測定一個運動物體的運行軌跡。GPS信號接收機所位於的運動物體叫做載體（如航行中的船艦，空中的飛機，行走的車輛等）。載體上的GPS接收機天線在跟蹤GPS衛星的過程中相對地球而運動，接收機用GPS信號實時地測得運動載體的狀態參數（耐伍瞬間三維位置和三維速度）。
接收機硬體和機內軟體以及GPS數據的後處理軟體包，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大部分。對於測地型接收機來說，兩個單元一般分成兩個獨立的部件，觀測時將天線單元安置在測站上，接收單元置於測站附近的適當地方，用電纜線將兩者連接成一個整機。也有的將天線單元和接收單元製作成一個整體，觀測時將其安置在測站點上。

參考資料：http://www.dogps.cn/price/286.html