GPS – аббревиатура глобальной системы определения местоположения – Global Positioning System. В настоящее время существует несколько систем, позволяющих определять географические координаты объектов (см. таблицу), но по-настоящему глобальной и доступной каждому пользователю (включая гражданских) стала американская Navstar GPS. Сокращенно – просто GPS.
Система GPS работает при любых погодных условиях в любой точке мира, включая полярные области. С ее помощью можно с высокой степенью точности определять координаты и скорость подвижных объектов.
За пользование услугами системы GPS не взимается ни абонентская плата, ни плата за подключение – все оплачено налогоплательщиками США.
Первоначально система разрабатывалась исключительно как военный проект, но после того, как в 1983 г. из-за навигационной ошибки в воздушном пространстве Советского Союза был сбит самолет Корейских Авиалиний с мирными пассажирами на борту, президент США Рональд Рейган разрешил частичное использование системы навигации для гражданских целей. Во избежание применения системы для военных нужд, была введена функция «изберательной доступности», которая позволяла определять местоположение только с точностью до 100-200 м. В 2000 г. ограничения «избирательной доступности» были сняты, и точность позиционирования для гражданских пользователей возросла до 10-15 м. Тем не менее, американское правительство оставило за собой право локально включать режим «избирательной доступности» – во время военных действий, спецопераций и т.п.
Точность GPS-приемников может быть повышена путем приема дифференциальных поправок. Системы, обеспечивающие передачу поправок – американская WAAS, европейская EGNOS (ее сигналы доступны и в Украине) и японская MSAS. Эти системы улучшают точность позиционирования до 1-3 м. Безусловно, точность позиционирования при применении GPS для военных целей опережает точность позиционирования, доступную гражданским. Используя современные технологии, военные определяют свое местоположение с точностью до нескольких сантиметров.
Система Navstar GPS в целом состоит из космического сегмента – спутников, элементов контроля – наземных станций, и пользовательского сегмента – GPS-приемников.
Растущая зависимость европейской экономики от системы GPS (и, как следствие, от администрации США), вынудила Европу начать разработку собственной навигационной системы – Galilleo.

Принцип действия
Основной принцип работы системы Navstar GPS — определение местоположения путем измерения расстояний от точек с известными координатами (группы спутников) до объекта.
Спутники непрерывно передают навигационные сообщения, которые содержат данные альманаха и эфемерид. Альманах несет информацию о расположении всех спутников, что позволяет при очередном включении GPS-прибора сузить сектор поиска навигационного сигнала, а на основании эфемерид (индивидуальных для каждого спутника) вычисляют точные координаты.
Расстояние вычисляется путем определения времени прохождения сигнала от спутника до приемника. Зная расстояние до трех спутников, можно определить текущее местоположение приемника (как точку пересечение трех окружностей).
Навигационное сообщение модулируется PRN-кодом, соответствующим номеру спутника, аналогичная последовательность генерируется в GPS-приемнике в строгой временной синхронизацией с кодом спутника. Принятый со спутника код сравнивается с кодом приемника, и определяется временной сдвиг одного кода по отношению к другому.
Часы GPS-приемника и спутника должны быть синхронизированы с высокой точностью, что невозможно в «бытовых» приборах. Поэтому для определения точного времени системы используются данные четвертого спутника.
В настоящее время, многоканальные GPS-навигаторы отслеживают одновременно до 8-10 спутников, что позволяет повысить точность и помехоустойчивость.

Космический сегмент
Космический сегмент системы GPS состоит из навигационных спутников, движущихся по шести орбитам (по 4 спутника на каждой), на высоте около 20 180 км. Период обращения спутников составляет 12 часов и скорость около 3 км/c. Таким образом, за сутки, каждый спутник совершает два полных оборота вокруг Земли.
Для приема GPS-сигналов в любой точке Земли достаточно вывести на орбиту 24 спутника, но для того чтобы обеспечить устойчивый прием в сложных условиях (в городе, горах и т.п.) в настоящее время на орбите находится уже 32 спутника.
Спутники системы GPS передают три навигационных сигнала на двух частотах L1 (1575,42 МГц ) и L2 (1227,60 МГц). В последней модификации спутников реализован новый «гражданский» сигнал L2C, ожидается появление сигнала L5 – на частоте 1176,45 МГц.
Для гражданских пользователей без ограничений доступен код стандартной точности (С/А код), передаваемый на частоте L1. Он обладает меньшей точностью, большей подверженностью радиопомехам. Для военных пользователей доступны два сигнала, модулированные помехо- и криптоустойчивым P(Y) кодом – на частотах L1 и L2.

Наземные станции контроля
Управление орбитальной группировкой спутников осуществляется с главной контрольной станции, расположенной на авиабазе ВВС США в Колорадо-Спрингс. Кроме того, функционирует ряд станций мониторинга (также на военных базах США) – в Колорадо-Спрингс, на островах Кваджалейн и Гавайях в Тихом океане, на острове Вознесенья, на острове Диего-Гарсия в Индийском океане.
Станции мониторинга принимают и измеряют навигационные сигналы, поступающие со спутников, вычисляют различного рода ошибки (отклонения траекторий, временные сдвиги и т.п.) и передают на станцию управления, которая передает на спутники корректировочные данные.

Пользовательский сегмент
К пользовательскому сегменту относятся все возможные GPS-приемники. Их выпускают как в виде отдельных приборов (которые делятся по назначению – автомобильные, морские, туристические, ручные и т.п.), так и встраивают в мобильные телефоны, смартфоны, КПК.
Неотъемлемой частью GPS-прибора являются электронные карты местности – они позволяют визуализировать информацию о местоположении – перевести вычисленные величины широты и долготы в реальное положение на карте.
Современные GPS-устройства и программные продукты имеют возможность прокладывать маршруты (и при этом учитывать дорожные знаки, разметку), находить на карте дома и улицы, достопримечательности, кафе и прочее.