1.1 卫星定位的由来与发展
1957年10月4日，世界上第一颗人造卫星上天。此后，美国霍普金斯大学应用物理研究室的W.H.高伊尔等人收听人造卫星发来的无线电信号时，发现无线电波的频率随着空间卫星的移动产生变化，出现多普勒频移现象。他们进一步试验，得出一条多普勒频移与运动的卫星在空间位置的关系曲线，从而导致由多普勒频移求解卫星的轨道参数。另外，他们还利用美国的人造卫星“探险者一号”的108MHZ的无线电信号进行同样的试验，得到同样的结果。于是，该实验室的麦克卢尔1958年提出：已知卫星的轨道参数，根据多普勒频移的大小可求得地面上接收点的位置。这样，就把人造卫星和定位联系起来了。
1.2 什么是全球定位系统（GPS）
全球定位系统（Global Positioning System 缩写 GPS）是美国从本世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。它是目前技术最成熟且已真正实用的一种卫星导航和定位系统。
全球定位系统(GPS)是美国第二代卫星导航系统。是在子午仪卫星导航系统的基础上发展起来的，它采纳了子午仪系统的成功经验。和子午仪系统一样，全球定位系统由空间部分、地面监控部分和用户终端设备三大部分组成。
1.2.1 空间部分
空间部分由运行在6个轨道上的24颗卫星组成，24颗Navstar卫星每颗都和一辆大型汽车一般大小，重约1,900磅一直在11000英里高的轨道上围绕地球旋转。这个卫星系统是由洛克威尔公司制造并由美国空军操纵的。本篇论文将详细说明GPS的空间部分。
1.2.2 地面监控部分
控制部分包括设在美国科罗拉多州的主控制站，以及分布世界各地的四个监控站和一个上行注入站。监控站设有GPS用户接收机、原子钟、收集当地气象数据的传感器和进行数据初步处理的计算机。监控站的主要任务是取得卫星观测数据并将这些数据传送至主控站。主控站设在范登堡空军基地，它对地面监控部实行全面控制。主控站主要任务是收集各监控站对GPS卫星的全部观测数据，利用这些数据计算每颗GPS卫星的轨道和卫星钟改正值。上行注入站也设在范登堡空军基地。它的任务主要是在每颗卫星运行至上空时把这类导航数据及主控站的指令注入到卫星。这种注入对每颗GPS卫星每天进行一次，并在卫星离开注入站作用范围之前进行最后的注入。
1.2.3 户终端设备
户终端设备包括GPS接收机、显示器和传感器（GPS—OME板）。它的种类繁多，例如按工作原理可分为伪距法、载波相位法、多普勒法和干涉法接收机，按用途可分为导航、测量、跟踪、授时等接收机。随着大规模集成电路的发展和信号处理技术的提高，GPS用户设备的技术性能指标不断提高，电路结构逐步集成化，体积重量减小，价格逐年下降。GPS系统不需要用户机申请定位服务，只要按几下电钮，用户就能得到GPS的导航信息，然后用户终端设备将自动从可视的导航卫星中选择最有利的4颗卫星，对卫星的信息进行捕获，最后计算出用户的位置、速率和时间。
1.3 GPS发展应用
实践证明，全球定位系统具有性能好、精度高、应用广的特点，是迄今最好的导航定位系统。GPS从根本上解决了定位和导航的问题。早在1990年的海湾战争中，尽管系统还未全部建成，它为美军及其盟军部队轰炸、炮击敌军目标，引导部队穿越沙漠战斗等方面发挥了重大的作用。
随着GPS应用研究的不断深入，大量的GPS用户设备已应用于舰船飞机等运载工具导航和管制、导弹卫星测控、精密授时、大地测量、工程测量、航空摄影测量、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、地球动力学等诸多方面。近几年来，车辆的跟踪和导航、农业、公安、和旅游等也纳入了GPS的应用范围。随着全球定位系统的不断改进，硬、软件的不断完善，应用领域正在不断地开拓， 目前已遍及国民经济各种部门，并开始逐步深入人们的日常生活。
