現(xiàn)在，我們可以通過(guò)智能手機(jī)輕松確定位置和方向，如果回想古代探險(xiǎn)家繞著圈子找路，尤其是在遠(yuǎn)離陸地的海上時(shí)，就會(huì)感到現(xiàn)在的導(dǎo)航技術(shù)更加神奇。早期導(dǎo)航依賴(lài)于星座，然后利用六分儀測(cè)量緯度。到19世紀(jì)末期，天文鐘被廣泛用于天文觀測(cè)，以確定海上經(jīng)度。衛(wèi)星進(jìn)入導(dǎo)航應(yīng)用始于1964年，即Transit系統(tǒng)（稱(chēng)為NAVSAT或NNSS）?，F(xiàn)在，在20，000km高空地球軌道上運(yùn)行的31顆衛(wèi)星組成了美國(guó)的全球定位系統(tǒng)（GPS），為全球任何持有GPS接收機(jī)的人提供導(dǎo)航。 GPS系統(tǒng)的基本原理是衛(wèi)星發(fā)射無(wú)線(xiàn)電信號(hào)，在地球或接近地球的位置接收。衛(wèi)星在任何時(shí)刻的位置是已知的，根據(jù)衛(wèi)星發(fā)射無(wú)線(xiàn)電信號(hào)的傳輸延遲，可計(jì)算出接收機(jī)距離每顆衛(wèi)星的距離或“行程”。知道距離各個(gè)參考點(diǎn)（即衛(wèi)星）的距離后，即可計(jì)算得到接收機(jī)的空間坐標(biāo)。

　　GPS系統(tǒng)包括三個(gè)部分：空間（衛(wèi)星）、控制（地面站）和用戶(hù)（接收機(jī)）?？臻g部分是衛(wèi)星星座。GPS核心星座為24顆衛(wèi)星組成的基線(xiàn)，每顆衛(wèi)星大約12小時(shí)繞地球一周。該系統(tǒng)有6個(gè)軌道平面，每個(gè)平面4顆衛(wèi)星，以及軌道上的備用衛(wèi)星。在控制部分，地面站負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)衛(wèi)星，收集其在軌道上的位置、衛(wèi)星時(shí)鐘誤差以及大氣造成的信號(hào)延遲等信息。收集的信息被注入到衛(wèi)星，然后再以導(dǎo)航消息的形式發(fā)送到地面接收機(jī)。衛(wèi)星為定位提供參考點(diǎn)，需要知道衛(wèi)星在地球軌道上的準(zhǔn)確位置。衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的橢圓軌跡取決于地球引力。而由于月球和太陽(yáng)的引力作用、太陽(yáng)輻射壓力以及地球的不均勻密度等因素，存在一定的影響。在估算衛(wèi)星位置時(shí)，為了獲得足夠精度，需要準(zhǔn)確測(cè)量軌道攝動(dòng)。 GNSS接收機(jī)確定三個(gè)空間坐標(biāo)和接收機(jī)時(shí)鐘偏差。三邊測(cè)量定位技術(shù)利用圓和球面的幾何學(xué)，根據(jù)測(cè)得的與每顆可見(jiàn)（地平面以上）軌道衛(wèi)星的距離，確定絕對(duì)和相對(duì)位置點(diǎn)。例如，如果計(jì)算得到與某顆衛(wèi)星的距離為20，450Km，就知道接收機(jī)一定位于以該衛(wèi)星為中心、半徑為20，450Km的球面上的某個(gè)位置。如果計(jì)算得到與第二顆衛(wèi)星的距離為19，760Km，就知道接收機(jī)也一定位于以第二顆衛(wèi)星為中心、半徑為19，760Km的球面上的某個(gè)位置。因此，由于兩個(gè)條件同時(shí)成立，接收機(jī)一定位于兩個(gè)球面的交匯處。根據(jù)幾何學(xué)，兩個(gè)球面的交點(diǎn)是一個(gè)圓，所以這就把接收機(jī)的位置限定在圓上的某個(gè)位置。將本例擴(kuò)展到第三顆衛(wèi)星，即可將位置限定在兩個(gè)圓的交點(diǎn)，即兩個(gè)點(diǎn)。如果其中一個(gè)點(diǎn)是無(wú)意義的，例如地球內(nèi)部400Km，那么即可將其排除，接收機(jī)就必定位于另一個(gè)點(diǎn)。衛(wèi)星軌道可通過(guò)一組軌道參數(shù)表示。例如橢圓離心率就是其中一個(gè)參數(shù)。如果沒(méi)有隨機(jī)攝動(dòng)，可根據(jù)軌道參數(shù)計(jì)算得到衛(wèi)星任何時(shí)刻在軌道上的位置。表示軌道數(shù)據(jù)的通用術(shù)語(yǔ)是星歷。NAV包含星歷，以及獲得星歷數(shù)據(jù)時(shí)的時(shí)間（epoch）。地面監(jiān)測(cè)站定期測(cè)量每個(gè)衛(wèi)星的星歷，并將該數(shù)據(jù)注入到每顆衛(wèi)星。每顆衛(wèi)星在NAV中廣播其星歷數(shù)據(jù)和epoch。由于攝動(dòng)的原因，軌道參數(shù)存在一定的不準(zhǔn)確性。所以NAV包括其軌道攝動(dòng)的修正因子。每個(gè)衛(wèi)星發(fā)射一個(gè)唯一的偽隨機(jī)噪聲（PRN）碼，隨機(jī)碼是一個(gè)重復(fù)的序列碼，重復(fù)周期足夠長(zhǎng)，具有與真隨機(jī)序列類(lèi)似的統(tǒng)計(jì)特性。憑借PRN碼，接收機(jī)就能夠?qū)⑿盘?hào)與衛(wèi)星關(guān)聯(lián)起來(lái)。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，假設(shè)接收機(jī)知道接收的是哪顆衛(wèi)星的PRN，接收機(jī)即計(jì)算本地產(chǎn)生的PRN副本與接受到的PRN的自相關(guān)函數(shù)。通過(guò)重復(fù)移位本地隨機(jī)碼副本并計(jì)算自相關(guān)，接收機(jī)最終將找到最大相關(guān)系數(shù)1.0。為了解析從衛(wèi)星接收的數(shù)據(jù)，接收機(jī)必須將本地隨機(jī)碼副本與接收到的隨機(jī)碼同步。一旦接收機(jī)知道必須將本地測(cè)距碼副本移多少位才能獲得與接收代碼的最大相關(guān)系數(shù)，也就知道了信號(hào)傳輸延遲（模1ms）。有一個(gè)“1%分辨率”經(jīng)驗(yàn)法則，說(shuō)明實(shí)測(cè)延時(shí)的分辨率可達(dá)到1%。GPS L1 C/A碼是最常用的民用GPS信號(hào)，所有民用接收機(jī)都能解碼，PRN碼的碼片率為1.023 Mcps。相關(guān)處理支持測(cè)量延遲精度為1%碼片，對(duì)應(yīng)于0.01/1.023x106 = 9.8 ns。在光速下，對(duì)應(yīng)的距離精度為 2.9m。 PRN碼的另一作用是擴(kuò)頻調(diào)制。由于所有衛(wèi)星都同時(shí)以相同的頻率發(fā)射信號(hào)，必須有一種方法防止這些信號(hào)彼此干擾。所選的PRN碼使任意兩個(gè)碼之間的互相關(guān)系數(shù)非常低。對(duì)于兩個(gè)不同的PRN碼，兩者之間的滯后為任意值時(shí)，將這兩個(gè)PRN碼相乘，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行積分，將產(chǎn)生一個(gè)非常小的值。