GPS发展史及其在现实中的应用
一．国内外卫星导航系统的发展与现状
前苏联在1957年10月4日发射了世界上第一个人造卫星，冷战时期的太空竞赛就此拉开序幕，20世纪6，70年代，美苏之间的军事竞争逐步升级，对此，美国急切地希望能够在世界范围内实施精确，快速的定位与导航技术，从而能够掌握制空权，借此在军事竞赛中取得优势，在这样的现实需求下，美国人首次提出了“反向观测”的设想，奠定了现代全球定位系统的理论基础。1958年美国开始研制并于1963年终于建成了世界上第一代卫星导航系统，这个系统把卫星作为空间中的已知点，通过测量卫星的多普勒频移，能够解出观测者的坐标，由于这个系统的卫星经过地球的南北极上空，即运行在子午圈轨道，又被称为子午卫星导航系统。第一代子午卫星导航系统在导航技术发展史中具有里程碑式的意义，但这个导航系统最初的设计主要是为了核潜艇，有着很多的弊端，无法满足实时连续三维导航的要求，更无法满足飞机和导弹等高速目标的更加苛刻的导航要求。有需求就有发展的动力，美国国防部为此斥巨资研发了全球第一种能够在陆，海，空进行全方位高精度的实时定位，测速，授时的新一代卫星导航系统（GPS）。[1]
前苏联紧跟着美国也开发了第二代导航系统GLONASS，该系统星座由24颗卫星组成，这24颗卫星分布在3个轨道平面上，3个轨道分别相隔120°，同平面内的卫星相隔45°。[3]GLONASS系统与GPS系统最大的不同在于采用了频分多址，卫星发射的伪随噪声码师相同的，但发射的频率不同以此来区分不同的卫星。前苏联导航卫星系统的继承者俄罗斯对GLONASS系统采用了军民合用，不加密的开放政策，这也打破了美国GPS系统对全球导航系统的垄断。[6]后来居上的欧洲伽利略系统和我国的北斗导航系统也正在快速发展中，但设计时更加先进的伽利略系统目前仍未完成全球组网，而中国现有的北斗导航卫星也只是覆盖了亚太地区，[10]所以目前GPS系统仍然是当今世界上应用最为广泛的全球定位导航系统。[4]
二．GPS的应用
GPS系统的三个主要功能是导航，测量和授时而GPS定位和测速功能是GPS测量应用中的一个分支，GPS系统在确定用户的瞬时位置的同时也能确定接收端的瞬时速度。卫星导航系统对用户的定位原理与无线电导航原理、卫星激光测距原理相似，都是根据空间测距交会原理。
无线电定位导航时，三个已知坐标的无线电信号发射台同时向用户接收端发射无线电信号，根据这三个无线电信号可以分别测得三个距离d1，d2，d3，以这三个发射台为球心，以d1，d2，d3位半径作出三个定位球面，根据测距交会原理，该接收端用户的空间位置就在这三个定位球面的交汇处。
卫星激光测距也应用了空间测距交会定位原理，固定在地面上得三个已知测距台可以利用激光没冲测量出此时距离卫星的三个距离d1，d2，d3，根据这三个距离可以确定出此时空间中卫星的坐标。
GPS定位就是这两种技术的综合应用，由三个以上的已知的激光测距站台交会测量出卫星的位置，然后由多个已知位置的卫星再次交会出地面未知的接受用户端的位置，这就是GPS卫星定位的基本原理。
