GPSG现代化
GPS现代化的内涵
GPS现代化的提法是1999年1月25日由美国副总统以文告的形式发表的。当时文告中只讲到了几项民用GPS导航技术的改进和发展，但其整个GPS现代化的目的，却是要加强GPS对美军现代化战争中的支撑和保持全球民用导航领域中领导地位。随后媒体发表的有关文章中均阐明了它的内涵：一是保护，即GPS现代化是为了更好的保护美方和友好方的使用，因此要发展军用M码，强化军用M码的保密性能，加强抗干扰能力；二是阻止，即阻挠敌对方的使用，施加干扰；三是保持，即是保持在有威胁地区以外的民用用户有更精确更安全的使用。
GPS的标准定位服务SPS是指在世界范围内，免费为民用、商用和科研等和平利用的用户提供卫星信号。目前，GPS标准服务只由L1信号上的C/A码提供。在取消SA（Selective Aviability，选择有效性）后，将增加民用信号。大幅度提高受控民用服务的精度、稳定性和可靠性。
GPS的精确定位服务PPS则专为美军及其盟军提供服务。在民用有SA的情况下，PPS的精度远远高于SPS。在民用系统增强后，为了不致使得益于GPSPPS的美国及其盟军的军事优势受到削弱，美国确立了GPS现代化的军用目标：既能使军用服务信号及系统不受敌方的干扰和破坏，确保美国及其盟军的军事行动区的军用服务，又能对民用信号进行控制，防止敌方利用GPS及其增强系统，并保证不会不适当的使合法的和平利用的民用中断或降级。这就是美方通常所谓的三个目标：
确保军事行动区的军用服务；
防止敌方利用GPS；
维持军事行动区以外的民用服务。
GPS联合执行部门的首席会议于1997年召开，会议的主要议题是：为广大的民间和商业用户改善服务，需要增加GPS民用信号。会议最后同意在一年之内确定一种民用频率。美国军方已经努力把民用和军用的需求结合起来，修改GPS运作规程ORD（Operational Requirements Docum-
ent），这为当今GPS现代化计划奠定了基础。
GPS现代化的背景
1、美国GPS的世界霸权地位受到威胁
1995年底，俄罗斯的GLONASS星座宣告布置完备。该系统虽然本质上仍是属于一种军事系统，但同时也可提供民用服务。然而与GPS所不同的是，该系统没有实施类似于GPSSA那样的政策，因此，其民用精度要高于GPSSPS在有SA情况下所提供的精度。虽然民用GPS接收机已在全世界范围内大量的推广并占有了绝对优势的市场，但由于GPS的SA及AS（Anti-Spfooing，反电子欺骗）政策的负面影响，不仅为卫星定位用户选择GLONASS提供了难得的机遇，而且也动摇了GPS的霸权地位。与此同时，欧盟也从自身利益的角度考虑，曾筹建民用卫星导航系统GNSS。尽管受到美国的重重阻挠，但还是最终提出了伽利略（Galileo）计划。这是打破美国对卫星导航系统的垄断地位并且向民用发展的又一重要步骤。
2、导航战的需要
GPS在海湾战争中的实际表现及新近出现的信息战争的学说改变了美国军方以前对GPS作用传统的看法。他们现在认为，GPS的定位和授时资源，不仅可用于交通运输，而且对军事战争中的目标瞄准以及精密武器投放，指挥与控制和通信系统尤为重要。同时这些作战手段对GPS的精度和反电子对抗能力提出了更高要求。为此，1996年美国建立了GPS导航战计划（GPS Navagiation Warfare Program）。事实上，美国军方认为：GPS可视为被敌方利用来反对美国及其盟国的利器，并且GPS特别容易受到敌方的干扰；SA政策是用来粉碎和瓦解敌方利用GPS来对美国及其盟国造成威胁的措施，但差分GPS系统可使其失效。
因此，美国国防部需要开发一些手段，防止敌方利用GPS及其增强系统，以确保美国在军事方面的绝对优势，但又不能中断或降级民用服务。
从上述分析可以进一步充分证明美国实施的GPS现代化计划，实质上是顺应卫星导航技术及系统的发展形势，更新已经失效的SA政策，并为谋求卫星导航的世界霸权地位和确保其军事优势，从导航战的要求出发进行的一场GPS导航战技术革命。
实现GPS现代化
美国为了实现GPS现代化达到预期设想的目的，必须改善军用和民用的定位、导航和授时能力，使GPS不断地现代化。在完成作为现代化进程的第一步之后，紧接着将有一系列的现代化措施，这些措施包括：
修订最新的GPS、SPS信号标准；
在L1上增加C/A码，在L1和L2上增加M码；
增加为航空和其他救生而设计的第三民用频率信号L5；
更新地面控制网络，以改善系统的精度并且使其运作稳定而强有力；
GPS BlockⅢ计划对军用M 码增加功率，并提供当前系统未能满足的军用民用定位、导航以及授时的要求。
这些措施将把GPSSPS 100m的水平精度提高到优于6米的精度，对于全世界接受标准服务的用户来说，的确令人欢欣鼓舞并且具有巨大的诱惑力。但庆幸之余，还是希望非美国盟友的用户清醒地认识到，现代化计划仍然具有鲜明的军事战略色彩和浓厚的霸权主义思维，对于军事战略色彩，用美国人的形象的描述———“GPS是军事力量的乘法器”也许最恰当不过了。
GPS应用分析
GPS目前应用状况
GPS系统的建立给导航和定位技术带来了巨大的变化，它从根本上解决了人类在地球上的导航和定位问题，可以满足不同用户的需要。
用GPS信号可以进行海、陆、空的导航，导弹的制导，大地测量和工程测量的精密定位，时间的传递和速度的测量等。对于测绘领域，GPS卫星定位技术已经用于建立高精度的全国性的大地测量控制网，测定全球性的地球动态参数；用于建立陆地、海洋、大地测量基准，进行高精度的海岛陆地联测以及海洋测绘；用于监测地球板块运动状态和地壳形变；用于工程测量，成为建立城市与工程控制网的主要手段；用于测定航空航天摄影瞬间的相机位置，实现仅有少量地面控制或无地面控制的航测快速成图，导致地理信息系统、全球环境遥感监测的技术革命。
总之，GPS技术已发展成多领域（陆地、海洋、航空航天）、多模式（GPS、DGPS、LADGPS、WADGPS等）、多用途（在途导航、精密定位、精确定时、卫星定轨、灾害监测、资源调查、工程建设、市政规划、海洋开发、交通管制等）、多机型（测地型、定时型、手持型、集成型、车载式、船载式、机载式、星载式、弹载式等）的高新技术国际性产业。GPS的应用领域，上至航空航天器，下至捕鱼、导游和农业生产，已经无所不在了，正如人们所说的“今后GPS的应用，将只受人类想象力的制约”。
GPS发展趋势与创新思路
1991年的海湾战争中，装在大衣口袋中的GPS接收机为无地图沙漠作战发挥了巨大作用。在“盟军行动”中，把惯导/GPS集成系统装入导弹和制导导弹，使命中精度达到9m，而且使机载炸弹具备了在夜间和恶劣天气条件下的精确打击能力。由此可见，GPS早已成为高技术武器平台不可缺少的关键组成部分。
在新世纪以及未来军事战争中GPS将发挥更加巨大的作用。这样的形势下迫使GPS技术必须要有新的突破。经过不懈的努力钻研，如今已经取得些成绩。就导航定位卫星技术主要发展趋势如下：
1、采用创新轨道设计
欧洲多年来从未中断对导航定位卫星的研究、论证。在第一代中，有“全球导航卫星系统”（GNSS）以及“欧洲静止轨道导航重叠业务系统”（EGNOS）等，它们都是结合利用GPS和静止轨道通信卫星的方案。在第二代中，目前采用创新轨道设计的“伽利略”方案被认为是能够实现最少投入而达到理想应用目的的最佳方案。它既是独立系统，又有开放性特点，可与GPS兼容。这种系统还将在民航选择最佳航线、飞机安全进场着陆等领域有新的应用突破。
2、美国大力开发抗干扰和干扰技术
GPS集成到高技术武器平台，使GPS应用概念发生全新变化。
为防止地方干扰，美国在将从2005年发射的第7颗GPS-2F卫星上开始使用新型信号结构。这样，除更加保密外，还可实现6dB的信号/干扰比的改善。为此，正在研制不受干扰和欺骗的GPS接收机应用模块（GRAM）和选择利用抗欺骗模块（SAASM），同时装有这两种模块的接收机被称为“国防部高级GPS接收机”（DARG）。
美国还在开发抗干扰的军事伪系统（Millitary Pseudolites），它可为地域发射GPS差分信号，以改进信号捕获并提高质量。为保护军用飞机使用GPS，美国还在开发微带自适应天线阵列。
为使敌方不能使用GPS，美国已开发出GPS干扰机，只有可口可乐瓶大小的干扰机可使敌方无法接收GPS信号。
3、提高GPS导航信号性能的技术措施
目前使用的模拟铯钟，其性能预测困难，而且输出频率会随着卫星运行过程
温度和磁场变化而变化，因此正在开发计算机控制的数字化铯钟，通过调整内部参数和补偿环境影响使铯钟性能达到最佳化。
GPS新世纪应用前景广阔
进入21世纪，GPS在各方面的应用都将加强和发展。本文对GPS走向21世纪时的最新发展情况有选择的作一介绍。
GPS在综合服务系统中的应用
在全球地基GPS连续运行站（约200个）的基础上所组成的IGS（International GPS），是GPS连续运行站网和综合服务系统的范例。它无偿向全球用户提供GPS各种信息，如GPS精密星历、快速星历、预报星历、IGS站坐标及其运动速率、IGS站所接收的GPS信号的相位和伪距数据、地球自转速率等。这些信息在大地测量和地球动力学方面支持了无数的科学项目，包括电离层、气象、参考框架、精密时间传递、高分辨的推算地球自转速率及其变化、地壳运动等。
GPS在电离层监测中的应用
GPS在监测电离层方面的应用，也是GPS空间气象学的开端。太空中充满了等离子体、宇宙射线粒子、各种波段的电磁辐射，由于太阳常在1秒钟内抛出百万吨量级的带电物，电离层由此而受到强烈的干扰，这是空间气象学研究的一个对象。通过测定电离层对GPS信号的延迟来确定在单位体积内总自由电子含量（TEC），以建立全球的电离层数字模型。
GPS在对流层监测中的应用
GPS在监测对流层方面的应用，早期主要是由于轨道误差影响定位精度，而且早期的GPS基线相对来说比较短，高差（亦称“比高”，即两点间的高度之差。）不大，因此对对流层的研究没有给予很大的重视。直到近期由于GPS轨道精度大大提高后，当对流层折射已经成为限制GPS定位精度提高的一个重要障碍时，才开始认真的对对流层的监测研究。我们可以假设在一个高程（也叫“海拔”，一般指由平均海水平面算起的地面点高度。）基本为零的地区，并且如果接收机所接收的GPS信号是从天顶方向传来的话，那么其延迟就可以达到2.2-2.6m这一量级，而2小时内这一延迟变化可达10cm不是少见的（所以IGS分析中心所提供的对流层参数是采用2小时间隔一次）。也正是由于这个实际情况，对流层折射要顾及其随机过程的变化来加以模型化。
GPS在卫星测高仪中的应用
多路径效应是GPS定位中的一种噪音，至今仍是高精度GPS定位中一个很不容易解决的“干扰”。过去几年利用大气对GPS信号延迟的噪声发展了GPS大气学，目前也正在利用GPS定位中的多路径效应发展GPS测高技术，即利用空载GPS作为测高仪进行测高。它是通过利用海面或冰面所反射的GPS信号，求定海面或冰面地形，测定波浪形态，洋流速度和方向。通常卫星测高或空载测高所测的是一个点，连续测量结果在反向面上是一个截面，而GPS测高则是测量有一定宽度的带，因此可以测定反射表面的起伏（地形）。据报告，试验时空载平面安装2台GPS接收机，1台天线向上用于对载体的定位，1台天线向下，用于接收GPS在反射面上的信号。美国在海上作了测定洋流和波浪的试验。丹麦在格凌兰作了测定冰面地形及其变化的试验。
GPS在卫星追踪技术中的应用
卫星对卫星的追踪（SST）技术的实质是高分辨率的测定两颗卫星间的距离变化，一般它分为两类，即高低卫星追踪和低低卫星追踪。前一类是高轨卫星（如对地静止卫星，GPS卫星等）追踪低轨（LEO）卫星或空间飞行器，后一类是处于大体为同一低轨道上的两颗卫星之间的追踪，两颗卫星间可以相距数百千米，这两类SST技术都将LEO卫星作为地球重力场的传感器，以卫星间单向或双向的微波测距系统测定卫星间的相对速度及其变率。这一速度的不规则变化所反映的信息中，就包含了地球重力场信息。卫星轨道愈低，这一速度变化受重力场的影响愈明显，所反映重力场的分辨率也愈高。