1957年，当人类第一次将人造卫星送上太空并使其围绕地球旋转时，当时在美国霍普金斯大学应用物理研究室工作的郭赤尔博士和魏森拜克博士在观测卫星所发射的无线电信号中的多普勒频移位时，发现多普勒曲线与卫星的运动轨迹之间存在十分密切的联系，于是设置了一个地面跟踪站，通过测量卫星信号的多普勒频移来测试卫星的轨道位置，结果很成功。
1958年实验了头一代卫星导航定位系统，即所谓“子午仪”系统，实验取得了很大成功。该系统可自动显示出船舶位置的经纬度，解决了核潜艇的导航定位问题，且因工作时只需收信号不必发信号，保密性很好，这点在军事上很有意义。另外测量精度也高于以前的罗兰C等导航仪器。但尚有因轨道低卫星少而造成的测量等待时间及所用时间长等不足。总结了“子午仪”系统的经验，为了其军事和经济的巨大利益，美国于1973年又投资90亿美元开始研制新一代的卫星定位导航系统，即GPS定位导航系统。现在，此系统已投入使用，显示出巨大的优越性。
1．GPS定位导航系统
GPS是英文Global Posittioning System的缩写，译成中文意即全球卫星定位系统。它由三大部分组成，即空间部分、地面控制部分和用户部分，如图1所示。
空间部分是发射24颗位于地球上空20183公里轨道上的卫星组成卫星网，如图2所示。每颗卫星重464公斤，直径1.5米，采用三轴稳定系统。卫星运行采用圆形轨道，运行周期为11小时58分。卫星分布于6个轨道面上，6个轨道面与赤道平面成55°角，轨道互相间隔120°，相邻轨道面邻星相位差为40°，每条轨道上有4颗卫星。GPS卫星发射三种信号：即精密的P码，非精密的捕获码C／A码和导航电文。
地面部分包括一个主控站、五个监控站。主控站设在美国的范登堡基地，负责对地面监控站的全面控制。监控站则分别设在夏威夷、阿拉斯加、关岛、加利福尼亚。监控站内装备有用户接收机、原子钟、气象传感器及数据处理计算机。主控站收集各监控站对GPS卫星的全部观测数据，并利用它计算出每颗GPS卫星的轨道等数据，并通过上行注入站注入到卫星上的存储器上去。
用户部分则是适用于各种用途的GPS接收机，其主要功能是接收卫星播发的信号并利用本机产生的伪随机噪声码取得观测量以及内含卫星位置和钟差改正信息的导航电文，然后计算出并显示出接收机（即用户）所在的准确方位。它主要由一个高灵敏度的天线及接收前端、以CPU为核心的微处理器及通常是液晶的数据显示部分等组成。
2．GPS的广泛用途
（1）舰船、飞机的导航定位
在浩瀚海洋中航行和潜航的各种军用、民用船只都可以利用GPS系统进行导航定位，这将对海洋测量、海上石油勘探、海上作业、管道铺设、海港邻航、海上协同作战以及远洋渔业等都有重要意义。
GPS可对飞机实行连续导航。为其提供高精度的三维定位和测速信息，这对缩短航线、节约燃料、引导飞机进行着陆、提高武器的命中准确率，以及进行空中管制都有重要作用。
（2）导弹的精确制导
弹载接收机可在高运动的条件下提供精确的三维位置、速度和时间，这将有效地解决惯性制导系统的累积误差问题，极大地提高了制导精度，这对反导弹更具有重要意义。
（3）地面用户的用途
在陆海空这三部分用户中，地面用户最多，用途最广泛。单站定位将大量用于军用、民用的各种车辆，如在汽车上装备小型GPS接收机并与数字化电子地图和移动通信联合使用。我国的银行运钞车的保卫及矿山等的车辆调度上已开始运用，已显示出其特有的优越性。
另外GPS的联测定位方式将主要应用于需高精度相对定位的测绘部门、石油系统、地震监测、地质调查、工程测量等领域。在我国海上和沙漠石油勘探中就成功地应用了GPS技术。在科学考察探险中如应用了GPS技术，将不会再发生探险家失踪的悲剧。GPS不但可通过预置航路点引路，而且还可自动记住探险的路径。
在海湾战争中美军大量装备了GPS接收机，从而保证了美军在异国的茫茫大沙漠成功地组织作战并挽救了不少美国军事人员的生命，从而使GPS大出风头。
3．GPS应用的特点
综上所述，GPS具有重大而有广泛的用途，但GPS首先是美国为其军事目的而研制的，故只开放C／A码。并且降低了它的精度。虽然如此GPS系统的免费全天候可向全球瞬时提供高精度定位及时间信息的特点，引起了全世界的强烈兴趣。为此除直接加以利用外，各国科技人员还研究出种种方法，如相位法、差分测量法等等，大大地提高了测量结果的精度，满足了各国广泛应用的要求，同时也推动了GPS的广泛应用。（李正义）