GPS, eli Global Positioning System, on satelliittipohjainen paikannusjärjestelmä, joka voi tarjota sijainti- ja aikatiedot missä tahansa Maan päällä tai sen läheisyydessä kaikissa sääolosuhteissa. Seuraavassa on yksityiskohtainen esittely GPS:stä:

Järjestelmän koostumus
- Avaruussegmentti: Se koostuu 24 satelliitista, jotka on jaettu kuuteen kiertorataplaneettaan noin 20 180 kilometrin korkeudessa. Satelliitit kiertävät Maata noin 11 tunnissa ja 58 minuutissa. Nämä satelliitit lähettävät jatkuvasti signaaleja maahan tarjoten paikannus- ja navigointipalveluita käyttäjille.
- Maanpäällinen ohjaussegmentti: Tämä sisältää pääohjausaseman, valvonta-asemat ja injektioasemat. Pääohjausasema vastaa koko GPS-järjestelmän toiminnasta ja hallinnasta. Valvonta-asemat seuraavat satelliittien toimintatilaa ja signaalin laatua, kun taas injektioasemat vastaavat pääohjausaseman komentojen ja tietojen syöttämisestä satelliitteihin.
- Käyttäjäsegmentti: Pääasiassa erilaiset GPS-vastaanottimet, kuten matkapuhelimet, autonavigointilaitteet ja kädessä pidettävät GPS-yksiköt. Käyttäjät vastaanottavat satelliittisignaaleja vastaanottimien kautta ja laskevat sijaintinsa, nopeuden, ajan ja muut tiedot.

Toimintaperiaate
GPS:n toimintaperiaate perustuu kolmiomittaukseen. Tarkemmin sanottuna GPS-vastaanotin vastaanottaa samanaikaisesti signaaleja useilta satelliiteilta, mittaa signaalien etenemisajan satelliiteista vastaanottimeen ja voi sitten yhdistämällä satelliittien sijaintitiedot laskea vastaanottimen sijainnin. Koska satelliittisignaalit sisältävät tarkan aikatiedon, GPS voi myös tarjota käyttäjille tarkkoja aikasynkronointipalveluita.

Sovellusalueet
- Liikenne-navigointi: Käytetään laajalti ajoneuvoissa, laivoissa, lentokoneissa ja muissa kulkuvälineissä, ja se tarjoaa reaaliaikaista navigointia ja reittisuunnittelua ihmisille, auttaen heitä saavuttamaan määränpäänsä nopeasti ja tarkasti. Samaan aikaan GPS:ää voidaan käyttää myös liikennevirran seurannassa, älykkäässä liikenteenhallinnassa ja muilla aloilla liikenteen tehokkuuden ja turvallisuuden parantamiseksi.
- Mittaus ja maantieteellinen tieto: Maanmittaajat voivat käyttää GPS-vastaanottimia mittauspisteiden kolmiulotteisten koordinaattien nopeaan ja tarkkaan hankkimiseen, mikä parantaa merkittävästi maanmittaustyön tehokkuutta ja tarkkuutta. Lisäksi GPS:ää voidaan käyttää kartoituksessa, topografisessa mittauksessa, maankäytön suunnittelussa ja muilla aloilla, tarjoten tärkeää datatukea maantieteellisille tietojärjestelmille (GIS).
- Sotilaskäyttö: Alun perin sotilaskäyttöön suunniteltu GPS on ratkaisevan tärkeä sotilasnauvigaatiossa, aseiden ohjauksessa ja taistelukentän tilannetietoisuudessa. Esimerkiksi ohjukset voivat saada tarkan sijainti- ja nopeustiedon GPS-vastaanottimien avulla saavuttaakseen tarkan kohdistuksen.
- Maatalousala: Sitä voidaan käyttää tarkkaan paikannukseen ja navigointiin viljelysmailla, auttaen viljelijöitä tarkkuuskylvössä, lannoituksessa, kastelussa ja muissa toimenpiteissä, parantaen maataloustuotannon tehokkuutta ja resurssien käyttötehokkuutta. Lisäksi GPS:ää voidaan käyttää maatalouskoneiden autonomisessa ajossa, viljelysmaan seurannassa ja muilla aloilla edistäen maatalouden modernisointia.

Tarkkuus ja virheet
- Tarkkuus: Normaaliolosuhteissa siviilikäyttöisten GPS-vastaanottimien paikannustarkkuus on useiden metrien ja kymmenien metrien välillä, kun taas korkean tarkkuuden maanmittauskäyttöön tarkoitetut GPS-vastaanottimet voivat saavuttaa senttimetri- tai jopa millimetritason tarkkuuden.
- Virhelähteet: Pääasiassa satelliittikellovirheet, satelliittiratavirheet, ilmakehän viivevirheet, monireittiefektivirheet ja vastaanottimen kohina. GPS:n paikannustarkkuuden parantamiseksi voidaan käyttää menetelmiä, kuten Differentiaalinen GPS-tekniikka ja satelliittien täydennysjärjestelmät, näiden virheiden vaikutuksen poistamiseksi tai vähentämiseksi.

Kehityshistoria
GPS-projektin käynnisti Yhdysvaltain puolustusministeriö vuonna 1973. Ensimmäinen prototyyppisatelliitti laukaistiin vuonna 1978, ja täysi 24 satelliitin konstellatio aloitti toimintansa vuonna 1993. Aluksi se oli saatavilla vain Yhdysvaltain armeijan käyttöön. 1980-luvulla, sen jälkeen kun Yhdysvaltain presidentti Ronald Reagan antoi toimeenpanomääräyksen, siviilikäyttöön sallittiin sen käyttö.