GPS (Global Positioning System)

to globalny amerykański system pozycyjny stworzony przez Departament Obrony USA, który służy do określania współrzędnych punktów w dowolnym miejscu na Ziemi, przy wykorzystaniu współczesnych technik: satelitarnej, radiowej, komputerowej itp. Początkowo system ten był tworzony dla wojska oraz nawigacji morskiej i lotniczej. Okazało się jednak, że może być bardzo przydatny również w geodezji. W systemie tym uzyskuje się współrzędne punktów w jednolitym, globalnym, trójwymiarowym układzie współrzędnych WGS 84, którego początek znajduje się w centrum masy Ziemi. Uzyskuje się to przez pomiar odległości do czterech lub większej liczby satelitów, poruszających się na znanych orbitach i wysyłających sygnały radiowe.

Podstawowe części systemu, nazywane powszechnie segmentami, to: segment kosmiczno-satelitarny, segment naziemnych stacji korygujących oraz segment użytkowników posługujących się odbiornikami satelitarnymi.

Segment kosmiczno-satelitarny

Składa się z 31 satelitów rozmieszczonych na sześciu orbitach, nieznacznie różniących się od kół nachylonych 55° w stosunku do równika, umieszczonych na wysokości bliskiej 20 200 km nad Ziemią. Czas obiegu każdego z satelitów wokół Ziemi wynosi 12 godzin, w tym czas przebywania satelity nad horyzontem to 5 godzin. W każdym punkcie Ziemi istnieje możliwość odbierania sygnałów z co najmniej 4 satelitów, a okresowo nawet 10-12. Każdy z satelitów systemu nadaje pewne, bardzo stabilne częstotliwości pomiarowe, transmituje wskazania czasu własnego zegara, przekazuje informacje niezbędne do identyfikacji satelity oraz ustalenia jego położenia na orbicie.

Segment stacji kontrolnych

Składa się z 12 stacji możliwie równomiernie rozłożonych wokół Ziemi. Główną stacją jest Colorado Springs w Stanach Zjednoczonych. Pozostałe to: Ascension – na Wyspie Wniebowstąpienia na południowym Atlantyku, Hawaje, Diego Garcia na Oceanie Indyjskim oraz atol Kwajalein na zachodnim Pacyfiku. Dla stacji tych określono różnymi precyzyjnymi technikami pomiarowymi współrzędne geocentryczne w układzie WGS’84. Zespół stacji kontrolnych ma za zadanie śledzenie satelitów, prowadzenie kontroli prawidłowości wskazań zegarów na satelitach, obliczenie elementów orbit i danych do ich aktualizacji oraz przekazywanie tych parametrów do pamięci satelitów. Obserwacje satelitów z poszczególnych stacji kontrolnych są przekazywane do stacji podstawowej w Colorado Springs, gdzie wyznacza się przewidywane elementy orbity każdego satelity i poprawki pozwalające na wyznaczenie pozycji satelity w momencie obserwacji. Dokonuje się tu synchronizowania zegarów zainstalowanych na poszczególnych satelitach do jednolitego czasu GPS. Dane te, w tym poprawki do wskazań zegara danego satelity, stanowią zasadniczą część tzw. depeszy satelitarnej, która 2-3 razy dziennie jest przekazywana do pamięci komputera pokładowego satelity.

Segment użytkowników

Są to wszyscy posiadacze i użytkownicy odbiorników GPS, którzy rejestrują odbierane od kilku satelitów sygnały, a następnie obliczają na tej podstawie odległości. Zostaje w ten sposób zrealizowane przestrzenne, liniowe wcięcie wstecz do punktów, których pozycję w przestrzeni można określić na podstawie znajomości parametrów ich orbit.