GPS是一种导航技术，它通过使用卫星来告知有关位置的精确信息。 GPS系统基本上由一组卫星和完善的工具（例如接收器）组成。但是，该系统应至少包括四颗卫星。每个卫星和接收器都配备有稳定的原子钟。卫星时钟与地面时钟同步。 GPS接收器也有一个时钟，但它不同步且不稳定（不稳定）。卫星实际时间与地面时钟的任何偏差都应每天进行校正。需要从卫星和接收器的同步网络中计算出四个未知量（三个坐标和与卫星时间的时钟偏差）。GPS接收器的工作是从卫星网络接收信号，以计算三个基本的未知的时间和位置方程。
GPS信号包括伪随机码，传输时间和当时的卫星位置。GPS广播的信号也称为带有调制的载波频率。此外，伪随机码是零和一的序列。实际上，使用导航方程来处理飞行时间（TOF），可以同时计算接收器位置和接收器时钟相对于接收器系统时间的偏移量。TOF是接收机使用信号的到达时间和传输时间形成的四个值。通常将位置转换为相对于大地水准面的纬度，经度和高度（实质上是平均海平面）。然后，坐标显示在屏幕上。
GPS要素
GPS的结构很复杂。它由空间段，控制段和用户段的三个主要段组成。将卫星发射到中地轨道是一项艰巨的工作。该空间部分由24至32颗在同一轨道上的卫星或太空飞行器组成，在三个圆形轨道上各有8颗。至少有六颗卫星始终在地表几乎任何地方都可以看到。
空间段旁边是控制段。在控制段中，有一个主控站，一个备用主控站，地面天线和监视站。用户细分由数千个民用，商业和军事定位服务组成。GPS接收器或装置由天线组成，已调谐至卫星发射的频率。它还包括显示屏，以提供位置和时间。
GPS接收器按其可以同时监视的卫星数（即信道数）进行分类。接收器通常有4到5个频道，但是最近的进展表明，最多也有20个频道。
卫星频率：所有卫星广播频率。频带包括五种类型，例如L1，L2，L3，L4和L5。这些频带的频率范围在1176MHz至1600 M Hz之间。
GPS如何运作
GPS卫星一天两次绕地球旋转。它绕着非常精确的过程旋转，并向地球发出指示和信息。 GPS的接收器获取所有信息，并应用三角测量法发现用户的准确位置。从根本上讲，GPS接收器会比较卫星传播信号的持续时间，并分配接收时间。时间差表示接收器与GPS卫星的距离。它用少得多的卫星来测量准确的距离，并且接收器确定用户的位置并将其显示在电子设备的地图上。
必须使用至少三个卫星将接收器锁定到信号上，以产生二维位置并跟踪用户的运动。通过使用四个或更多的卫星，接收器可以确定用户的三维位置，该三维位置由高度，纬度和经度组成。确定用户位置后，GPS单元会计算其他信息，例如速度，方位，轨迹，距离，目的地，日出和日落时间。
GPS的精度如何？
由于并行多通道设计，GPS的接收器非常精确。尽管某些因素（例如大气噪声和干扰）有时会干扰并影响GPS接收机的精度，但并行通道非常快速且精确。
用户还可以使用差分GPS（DGPS）来提高精度，该技术可以将GPS信号校正为三到五米的规则距离。美国海岸警卫队提供最常见的DGPS校正服务。该系统包含一些塔架，这些塔架可获取GPS信号并通过信标发射机广播精确的信号。为了获得准确的信号，用户除了拥有GPS外，还必须具有差分信标接收器和信标天线。
GPS信号错误的来源
可能破坏GPS信号精度从而影响精度的因素包括以下内容：
- 电离层和对流层延迟-卫星信号越过大气层时速度变慢。GPS系统使用内置模型，该模型用于计算纠正这种类型的误差所需的常规障碍持续时间。
- 信号多径-当信号在到达接收器之前被较高的建筑物和较大的岩石等物体反射时，就会发生此错误。这增加了信号传播的总持续时间，并导致错误和不准确。
- 轨道误差–这些误差也称为星历误差，用于计算卫星位置的不准确性。
- 可见卫星数-准确性取决于GPS接收器可以看到的确切卫星数。诸如建筑物，地形，电子干扰等因素阻碍了信号的准确性和接收，这会导致位置错误，有时甚至无法读取信号。它通常不适用于室内，水下和地下。
应用领域
全球定位系统（GPS）机器不仅用于军事用途，还广泛用于民用和商业服务。一些民用应用是：
1.天文学： 用于天体测量和天体力学计算。
2.自动驾驶汽车：也用于自动驾驶汽车（无人驾驶汽车）中以应用汽车和卡车的位置。
3.蜂窝电话：现代手机配备了GPS跟踪软件。它之所以存在，是因为人们可以知道自己的位置，并且还可以跟踪附近的公用设施，例如自动取款机，咖啡店，约束装置等。第一个具有手机功能的GPS于1990年代推出。在蜂窝电话中，它还用于紧急呼叫和许多其他应用程序的检测。
4.救灾和其他紧急服务：如果发生自然灾害，GPS是识别位置的最佳工具。甚至在飓风之类的灾难发生之前，GPS仍可帮助计算估计时间。
5.舰队追踪：GPS是一种开发工具，以在战争时期追踪军舰的潜力而闻名。
6.汽车位置：启用GPS的汽车可更轻松地跟踪其位置。
7.地理围栏：在地理围栏中，我们使用GPS来追踪人，动物或汽车。该装置固定在车辆，人员或动物的项圈上。它提供了连续的跟踪和更新。
8.地理标记：地理标记的主要应用之一是将局部坐标应用于数字对象。
9.采矿用GPS：使用厘米级的定位精度。
10. GPS游览：有助于确定附近兴趣点的位置。
11.测绘：测量师利用全球定位系统绘制地图。