2.1 GPS定位系统组成
GPS 采用“多星、高轨、测时、测距”体制，实现了全球覆盖、全天候、高精度、实时连续导航定位。GPS全球定位系统主要由三大部分构成：空间部分----GPS卫星星座、控制部分----地面监控系统、用户设备部分----GPS信号接收机。 2.1.1 空间部分
GPS空间卫星星座由24颗卫星组成，其中包括3颗备用卫星。卫星均匀分布在6个轨道平面内，每个轨道面上分布有4颗卫星。轨道倾角约为55°，各轨道平面升交点的赤经相差60°，在相邻轨道上卫星的升交距角相差30°，轨道平均高度约为20200km，运行周期为11小时58分。GPS卫星星座的分布使得同一观测站上每天出现的卫星分布图形相同，保证了在地球表面和近地空间任一点、任何时刻至少可以同时观测到4颗GPS卫星，最多可同时观测到11颗。GPS卫星在空间的分布情况如图2-1所示。
图2-1 GPS卫星星座
Figure 2-1 GPS satellite constellation GPS卫星的基本功能：
（1）提供精密的时间基准。
（2）向用户发送导航和定位信息。
（3）卫星上设有微处理机，可以进行部分必要的数据处理工作。 （4）在地面监控站指令下，调整卫星姿态和启用备用卫星。
（5）接收并存储地面监控站发出的导航信息，并执行监控站的控制指令。 2.1.2 地面监控系统
GPS地面监控部分由分布在全球的5个地面站组成，其中包括1个主控站、3个注入站和5个监测站。
主控站位于美国科罗拉多的的联合空间执行中心；3个注入站分别设在大西洋的阿松森群岛、印度洋的迭各加西亚和太平洋的卡瓦加兰；5个监控站分别设在主控站、3个注入站和夏威夷岛。GPS地面监控系统各站的分布如图2-2所示。
图2-2 GPS地面监控站
Figure 2-2 GPS control station
主控站是地面监控系统的中心，它作为整个地面系统的数据的采集、计算、处理、诊断和传输中枢，采集5个监控站提供的卫星和气象数据。其主要任务是： （1） 协调和管理地面监控系统。 （2） 提供全球定位系统的时间基准。
（3） 计算各卫星的星历、大气层的修正参数、时钟修正参数， 并按一定格式编辑成导航电文。
（4） 对地面监控系统和卫星工作状况进行故障诊断，及时进行 卫星调度，启用备用卫星取代失效的工作卫星。
（5） 将计算、处理和编辑的卫星导航电文传输到三个注入站。 注入站的主要功能是在主控站的控制下，将主控站编制推算的导航电文、卫星星历、卫星时钟钟差等参数和其他控制指令定时注入到各个卫星。
监测站是在主控站的控制下进行数据采集、处理和发送站。每个监测站都配有GPS接收机，对空间每个GPS卫星进行连续不断地跟踪、观测、采集数据和监测
卫星的工作状况，在一定时间间隔进行一次伪距测量和多普勒频移进行测量；另外，每个监测站都配备环境大气数据测量仪，定时采集当地气象数据；即时提供每个监测站自身工作状态的数据等。将所有观测数据进行处理，并传递给主控站。
2.1.3 用户设备部分
用户设备部分是一种能够接收、跟踪、变换和测量GPS卫星信号的无线电设备，是实现GPS导航定位的用户终端，例如车载设备、手持设备、航空和航海设备等（如图2-3所示）。用户设备一般包括GPS接收天线、用户接收处理机、GPS数据处理软件和控制显示设备等部分。核心部分是接收处理机，简称GPS接收机。