我在哪？
现在是什么时间？
要达到目的地该怎么走？
说到GPS，大多数人的第一反应就是定位和导航，这是GPS设计的初衷，也是其最典型的应用 。
并且，由于GPS免费、公开，并且性能可靠，全球的形形色色的大量用户已经为其开发出了数百种用途，几乎影响到我们生活的方方面面 。
空中，飞机借助GPS导航在云中穿梭；路上，无数的汽车通过GPS来规划行驶路线；甚至，在你的手机后台，一个个APP在贪婪地记录着你的位置，在提供便利服务的同时，个人行踪也被默默地上传，作为大数据和所谓人工智能的食粮 。
最关键的是，5G基站需要高精度的时间同步才能正常工作，这也要依赖于GPS 。当然，随着中国的北斗系统的发展，GPS的重要性有所下降 。
什么是GPS ？
GPS的全称是Global Positionsing System，也就是全球定位系统 。这个看似如此全球化的名字，实际上掌握在美国国防部手中，最初是作为军用的，开放给民用之后，在全球形成了一个巨大的产业链 。
上世纪中叶，随着美国在全球的扩张，海陆空三军都亟需一个可靠的卫星定位系统 。海军和空军各自提出了各自的实现方案，甚至已经开始了实验 。国防部一看，这些系统的复杂度很大，各家自行研发的话太费钱了，既然大家的目标是一致的，何不集中力量一起搞呢？
于是，在1973年，GPS计划在国防部下辖的卫星导航定位联合计划局的领导下诞生了 。
经过了十几年的方案论证，初步设计，全面研制以及系统实验，终于在1989年，第一颗GPS工作卫星发射成功，宣告GPS系统进入工程建设状态 。到了1994年，规模为24个的GPS星座已经建成 。至此，GPS计划共花掉了50亿美元 。
最初，耗费了巨资的GPS系统完全由美国军方使用，后来开放给民用，但给信号加入了选择性误差（增加干扰），用来降低定位精度 。直到2000年5月，克林顿下令取消干扰，终于，民用信号也可以达到和军用相同的精度了 。
虽然美国已经将这个先进的系统免费开放给全球民用，但其所有权依然属于美国政府，因此美国随时可以在一些地方关闭GPS服务 。这样的基础服务一旦被掐断，必然是痛彻心扉 。在1999年，美国就对印巴冲突中的印度这么干过 。
其实毛爷爷早就教导过我们：“自己动手，丰衣足食 。嗟来之食，吃下去肚子要痛的 。”其他国家自然也不愿看人眼色，纷纷着手研制自己的卫星定位系统 。
于是，俄罗斯搞出来了个GLONASS系统（GLobal NAvigation Satellite System，格洛纳斯）；欧盟也自食其力大力研发伽利略系统（Galileo）；中国的北斗（Beidou）导航卫星系统也在2020年得以建成 。
上述这些卫星导航系统，连带GPS被统称做GNSS（Global Navigation Satellite System，全球导航卫星系统） 。GNSS看着和俄罗斯GLONASS的全称是一样的？还真一样，不过由于缩写不同，想要区分开还是很容易的 。
GPS系统的组成
GPS系统主要由天上飞的卫星（空间星座），地面监控部分，以及用户设备部分组成 。
2.1 星座：
GPS卫星星座原本设计由24颗卫星组成，其中21颗为工作卫星，3颗为备用卫星 。24颗卫星均匀分布在6个轨道平面上，即每个轨道面上有4颗卫星 。
这些卫星位于中地球轨道，平均高度为20200千米 。卫星轨道相对地球赤道面的倾角是55°，各轨道平面升交点的赤经相差60°，卫星的运行周期是11小时58分钟 。
经过对卫星轨道布局的精心设计，可以保证在全球任何地点、任何时刻至少可以观测到4颗卫星 。为什么是4颗呢？这和定位的实现方式有关，在下文会详细介绍 。
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