3.1　概述

GPS由三部分组成：卫星星座、地面控制/监测网络和用户接收设备。美国空军（USAF）GPS联队对这些组件的正式称呼分别是空间段、控制段和用户设备段。卫星星座是轨道上的一组卫星，它为用户设备提供测距信号和数据电文。控制段（CS）跟踪并维护在轨卫星。CS还监测卫星的健康和信号完整性，并且保持卫星的轨道结构。此外，CS更新星钟修正和星历，以及其他许多用于确定用户位置、速度和时间（PVT）的重要参数。用户接收设备（即用户段）执行导航、授时或其他的相关功能（如测量）。下面概述每个系统段，3.2节中将进一步阐述每部分。

3.1.1　空间段概述

空间段是用户用来测距的卫星星座。空间飞行器（SV，即卫星）发射伪随机噪声（PRN）编码的信号，以便进行伪距测量。这个概念使得全球定位系统（GPS）对用户来说是一个被动系统，即只由系统发射信号，而用户被动地接收这些信号。因此，无数用户能够同时使用GPS。卫星发射的测距信号使用包含定义卫星位置信息的数据进行调制。SV包括有效载荷和卫星控制子系统。卫星的主要载荷是用来支持GPS导航PVT任务的有效载荷，次级有效载荷是核爆（NUDET）检测系统，它检测和报告地球辐射异常现象。卫星控制子系统承担保持卫星指向地球和保持太阳帆板指向太阳等工作。

3.1.2　控制段概述

CS负责维持卫星及其正常运作，包括将卫星保持在适当的轨道位置（简称轨位保持）和监测卫星子系统的健康与状态。CS还监测卫星太阳能电池阵列、电池的功率电平、用于轨道机动的推进剂的余量。此外，CS激活备用卫星（如果有的话）以维持系统可用性。CS每天至少更新一次星钟、星历表、历书及导航电文中的其他指示位。需要提高导航精度时，更新会更加频繁（频繁的时钟和星历更新可以降低空间段和控制段对测距误差的影响。3.3.2节中将详细介绍频繁的时钟和星历更新的作用。多项分析和研究表明，用户可以通过更频繁地上传数据来减小导航误差，进而缩短数据的上传时限及伴随的广播导航电文误差[72, 73]）。

星历参数是GPS卫星轨道的准开普勒表示。参数正常时，每天上传一次，有效期仅为3小时或4小时。导航电文数据至少可以存储60天，其时效性区间会逐渐增长，但在很长一段时间内无法提供上传时，精度会降低。最初，Block IIR卫星要求存储180+30天的导航数据，目前这一要求已减少到60天。

历书是降低精度的星历参数的一个子集。历书数据可以用来预测卫星的大致位置，辅助捕获卫星信号。此外，CS可以求解卫星异常，并且在远程监控站收集伪距和载波相位测量值，以便确定星钟修正、历书和星历。为完成上述功能，CS由三类不同的物理组件组成：主控站（MCS）、监控站和地面天线，3.3节中将详细地介绍每个组件。

3.1.3　用户段概述

用户接收设备构成用户段。每套设备（常称GPS接收机）处理从卫星播发的L波段信号，以便确定用户的PVT。虽然最常使用PVT计算，但接收机也针对其他应用服务设计，如计算用户平台的姿态（即航向、俯仰和滚转）或作为一个授时源。3.4节中将进一步讨论用户段。