所謂“GPS”，就是英文“全球定位系統(tǒng)”三個詞的詞頭縮寫．它由24顆人造地球衛(wèi)星（即圍繞地球的6個圓形軌道上平均分布的導航衛(wèi)星），設(shè)在美軍基地上的空控站、注入站、監(jiān)視站、以及廣泛裝備于飛機、艦艇、坦克乃至單兵的GPS接收機等組成．

 

　　GPS全球定位系統(tǒng)可實時連續(xù)地為用戶提供三維空間的位置信息、測定用戶的運動速度，并可提供精確的授時勤務(wù)，其定位誤差不大于10米，授時誤差不大于0.1秒，授時精度優(yōu)于0.000001秒，且其電波信號還具有一定的抗干擾的能力．

 

　　GPS如何定位?

 

　　GPS采用“時間同步、單程測距”的原理來實現(xiàn)定位，簡單地說就是用戶同時向已知位置的3個導航衛(wèi)星分別進行距離測量，然后再以該衛(wèi)星為球心，以所測得的距離為半徑，在空間畫3個球面，則該3個球面的相交點，就是用戶的所位置了．所謂“時間同步”是指衛(wèi)星上的時鐘與用戶設(shè)備內(nèi)的時鐘是精確同步的（譬如說校準到兩者之間幾萬年才差1秒鐘）；而“單程測距”則是指從導航衛(wèi)星上發(fā)出的無線電測信號在傳播到用戶設(shè)備的這一單向行程中，就可以把它們之間的距離測量出來．

 

　　1999年3月27日，北約部隊一架F-117A隱形戰(zhàn)斗機被南聯(lián)盟防空部隊擊落．飛行員跳傘后在腳觸地的一剎那，通過手持式GPS全球定位信號發(fā)射器發(fā)出緊急呼救信號，當間諜衛(wèi)星把呼救信號傳送到北約空襲南聯(lián)盟指揮所后，美軍立即安排了救援行動．6小時后，當一架EA-6B電子干擾機發(fā)現(xiàn)飛行員的準確位置時，一架MH-60G搜索與救援直升機降落在飛行員面前，把飛行員接上直升機并安全返回基地．

 

　　什么是GPS全球定位系統(tǒng)？

 

1．衛(wèi)星多普勒定位技術(shù) 

 

　　多普勒效應(yīng)是1842年奧地利物理學家多普勒（Chritian Doppler）首先發(fā)現(xiàn)的，其可以表述為：當波源與觀察者做相對運動時，觀察者接收到的頻率與波源發(fā)射的頻率不同．波源相對于測站運動所引起的多普勒效應(yīng)可用下式表示： 

 

　　式中c為真空中的光速，v為衛(wèi)星相對于測站的瞬時速度，fs為波源發(fā)射頻率，fr為測站接收到的頻率，a為波源瞬時速度方向與波源至測站連線的夾角．如果波源是衛(wèi)星上已知發(fā)射頻率的無線電信號發(fā)射源，衛(wèi)星到測站的距離為r，則  為衛(wèi)星的徑向速度．(1)式經(jīng)過整理得：

 

　　觀測站就可根據(jù)所測量的接收頻率而得出多普勒頻移，再經(jīng)過技術(shù)處理，算出衛(wèi)星在某一瞬時與測站的距離差，從而確定測站的地心坐標．實際應(yīng)用時，為了精確地測量多普勒頻移Δf，通常在地面接收機內(nèi)增加一個固定的頻率，即“本征頻率”，將接收到的頻率與“本征頻率”混頻，得出差拍頻率，最后用積分的方法導出多普勒頻移或直接進行定位計算．

 

　　1957年10月4日，前蘇聯(lián)發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星，美國霍普金斯大學應(yīng)用物理實驗室的韋芬巴赫（G.C.Weiffenbach）和吉爾（W.H.Guier）等人根據(jù)多普勒效應(yīng)的原理，在已知坐標的地面點x跟蹤前蘇聯(lián)衛(wèi)星播發(fā)的無線電信號，測得其多普勒頻移，確定了前蘇聯(lián)衛(wèi)星的軌道參數(shù)．隨后，當時任該實驗室研究中心主席的麥克雷（F.T.Meclure）等人設(shè)想了一個“反方案”，通過測量已知軌道參數(shù)的衛(wèi)星播發(fā)的無線電信號的多普勒頻移來測定測站的坐標，這就是衛(wèi)星多普勒定位技術(shù)．

 

　　GPS全球定位系統(tǒng)

 

2．GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)

 

　　1973年12月美國國防部為了滿足美國陸?？杖姷男枰?，開始研制“導航衛(wèi)星定時和測距全球定位系統(tǒng)”（navigation satellite timing and ranging global positioning system），簡稱GPS全球定位系統(tǒng)．

 

　　GPS系統(tǒng)由太空系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及用戶系統(tǒng)組成．太空部分由21顆衛(wèi)星和3顆備份衛(wèi)星組成，衛(wèi)星均勻分布在2萬km高的6個軌道平面上，其運行周期為12小時，傾角為63°，可完全覆蓋全球．衛(wèi)星以1575.42兆赫和1227.6兆赫的頻率發(fā)送導航信號．該系統(tǒng)的控制系統(tǒng)由1個主控站、1個上行數(shù)據(jù)傳輸站和4個監(jiān)控站組成，其任務(wù)是保證衛(wèi)星導航數(shù)據(jù)的質(zhì)量．用戶系統(tǒng)的設(shè)備由天線、接收機、帶有軟件的數(shù)據(jù)處理設(shè)備和“控制/顯示”裝置組成．

 

　　GPS系統(tǒng)主要執(zhí)行導航、氣象觀測之類的任務(wù)，平時如遇營救等任務(wù)則就成為了搜索和營救衛(wèi)星系統(tǒng)．目前搜索和營救衛(wèi)星技術(shù)已趨于完善，能夠提供24小時連續(xù)覆蓋的實用型GPS系統(tǒng)已研制成功，它能監(jiān)聽到任何時刻由地球上任何地方的遇難者發(fā)出的呼救聲，為營救部隊指點迷津．

3．GPS系統(tǒng)的營救范例

 

　　GPS系統(tǒng)在營救F-117A隱形戰(zhàn)斗機飛行員之前，曾成功地營救過美國F-16戰(zhàn)斗機的飛行員，1993年4月還曾營救過阿拉法特．

 

　　1993年4月，巴勒斯坦解放組織領(lǐng)導人阿拉法特的座機在飛行途中不幸遇上沙暴，飛機被迫降落在撒哈拉大沙漠里．與阿拉法特失去聯(lián)系的巴勒斯坦解放組織總部使盡渾身解數(shù)尋找未果，最后只好借助美國的偵察衛(wèi)星．十幾小時之后，才在茫茫沙漠中找到了迫降飛機的準確位置，使阿拉法特獲救．美國使用的這種衛(wèi)星救援系統(tǒng)正是屢見奇功的“導航星”全球定位系統(tǒng)，即GPS．由于它全球定位及時準確，被稱為“當代觀音”