全地球測位システム

全地球測位システム (GPS)

GPSロゴ
原産国	アメリカ合衆国
オペレーター	アメリカ宇宙軍
タイプ	軍用、民間用
状態	運用
カバレッジ	グローバル
正確さ	30～500 cm（0.98～16フィート）
星座の大きさ
名目衛星	24
現在使用可能な衛星	31 運用中
最初の打ち上げ	1978年2月22日; 46年前 (1978-02-22)
総打ち上げ数	79
軌道特性
体制	6機のMEO機
軌道高度	20,180 km (12,540 マイル)
軌道周期	1 ⁄ 2 sdまたは11時間58分
再訪問期間	1恒星日
その他の詳細
料金	初期の星座: 120億ドル[1] 運営コスト: 年間18.4億ドル（2023年）[1]
Webサイト	英文

全地球測位システム（GPS）は、元々はNavstar GPSと呼ばれ、^[2]米国政府が所有し、米国宇宙軍が運用している衛星ベースの無線航法システムです。^[3]これは、4つ以上のGPS衛星への遮るもののない見通し線がある地球上または地球近くのどこでも、GPS受信機に地理位置情報と時間情報を提供する全地球航法衛星システム（GNSS）の1つです。 ^[4]ユーザーがデータを送信する必要はなく、電話やインターネットの受信とは独立して動作しますが、これらの技術はGPS測位情報の有用性を高めることができます。世界中の軍事、民間、商業ユーザーに重要な測位機能を提供します。米国政府がGPSシステムを作成、管理、保守していますが、GPS受信機を持っている人なら誰でも自由にアクセスできます。^[5]

GPS プロジェクトは1973 年に米国国防総省によって開始されました。最初のプロトタイプ宇宙船は 1978 年に打ち上げられ、24 基の衛星からなる完全な衛星群は 1993 年に運用を開始しました。

大韓航空007便が誤ってソ連領空に侵入して撃墜された後、ロナルド・レーガン大統領は1983年9月16日からGPSシステムを民間で利用できるようにすると発表した。^{[6]しかし、当初この民間での利用は、GPSデータに意図的に導入されたエラー（軍用受信機で修正可能）で}ある選択的可用性（SA）の使用により、平均精度100メートル（330フィート）に制限されていた。

民間のGPS利用が増えるにつれ、この誤差を取り除く圧力が高まっていった。湾岸戦争中は軍用GPS装置が不足し、多くの米兵が本国から送られた民間のGPS装置を使用していたため、SAシステムは一時的に無効化された。1990年代には、米国沿岸警備隊、連邦航空局、および他国の同様の機関のディファレンシャルGPSシステムがローカルGPS補正を放送し始め、SA劣化と大気の影響（軍用受信機も補正していた）の両方の影響を軽減した。米軍はローカルGPSジャミングを実行する方法も開発していたため、システムを世界的に劣化させる機能は不要になった。その結果、ビル・クリントン大統領は2000年5月1日に選択的可用性を無効にすることを命じる法案に署名した。^[7]そして2007年、米国政府は次世代のGPS衛星にはこの機能を一切含めないことを発表した。

技術の進歩と既存システムへの新たな要求により、GPSを近代化し、次世代のGPSブロックIII衛星と次世代運用制御システム（OCX）^{[8]を実装する取り組みが進められており、これらは2000年に}米国議会で承認されました。選択的可用性が廃止されたとき、GPSの精度は約5メートル（16フィート）でした。L5バンドを使用するGPS受信機の精度は30センチメートル（12インチ）とはるかに高く、エンジニアリングや土地測量などのハイエンドアプリケーション向けの受信機は2センチメートル（3⁄4インチ）以内の精度で、長期測定 ではミリメートル未満の精度さえ提供できます。^{[7] [9] [10]スマートフォンなどの消費者向けデバイス}は、 Wi-Fiポジショニングなどの支援サービスと併用すると、4.9メートル（16フィート）以上の精度になります。^[11]

2023年7月現在^[update]、18基のGPS衛星がL5信号を放送しており、2027年に24基の衛星で放送される前に運用準備段階にあると考えられている。^[12]

GPSプロジェクトは、従来のナビゲーションシステムの限界を克服するために1973年に米国で開始され、^[13] 1960年代の機密エンジニアリング設計研究を含むいくつかの先行者のアイデアを組み合わせたものです。米国国防総省は、当初24の衛星を使用して米国軍用にシステムを開発し、1993年に完全に運用されました。民間での使用は1980年代から許可されました。海軍研究所のロジャー・L・イーストン、航空宇宙会社のイヴァン・A・ゲッティング、応用物理学研究所のブラッドフォード・パーキンソンが発明したとされています。^[14]グラディス・ウェストの数学的測地地球モデルの作成に関する研究は、GPSに必要な精度で衛星の位置を検出するための計算技術の開発に役立ったとされています。^{[15] [16]}

GPS の設計は、1940 年代初頭に開発された LORANやDecca Navigatorなどの同様の地上ベースの無線ナビゲーションシステムに部分的に基づいています。

1955年、フリードヴァルト・ヴィンターベルクは一般相対性理論の検証を提案した。これは、人工衛星の軌道上に設置された正確な原子時計を使用して、強い重力場で時間の遅れを検出するというものである。特殊相対性理論と一般相対性理論では、地球上の時計から観測されるGPS衛星の時計は、地球上の時計よりも1日あたり38マイクロ秒速く進むと予測された。GPSの設計ではこの差を補正する。補正しなければ、GPSが計算する位置は1日あたり最大10キロメートル（6マイル/日）の誤差を蓄積してしまうからである。^[17]

1957年にソ連が初の人工衛星（スプートニク1号）を打ち上げたとき、ジョンズ・ホプキンス大学応用物理学研究所（APL）の2人のアメリカ人物理学者、ウィリアム・ガイアーとジョージ・ワイフェンバッハは、その衛星の無線送信を監視することを決めた。^{[18]数時間後、彼らは}ドップラー効果を利用して衛星が軌道上のどこにいるかを正確に特定できることに気づいた。APL所長は彼らにUNIVACへのアクセス権を与え、必要な高度な計算を行わせた。

翌年初め、APLの副所長フランク・マクルーアは、ガイアーとワイフェンバッハに逆問題、つまり衛星の位置からユーザーの位置を特定することの調査を依頼した。（当時、海軍は潜水艦発射型ポラリスミサイルを開発しており、そのためには潜水艦の位置を知る必要があった。）これが彼らとAPLがTRANSITシステムを開発するきっかけとなった。^{[19] 1959年には、ARPA（1972年に}DARPAに改名）もTRA​​NSITに関与した。^{[20] [21] [22]}

TRANSITは1960年に初めてテストに成功しました。^{[23] 5つの衛星}群を使用し、1時間に1回程度の航法情報を提供できました。

1967年、アメリカ海軍はティメーション衛星を開発し、GPSに必要な技術である正確な時計を宇宙に設置できることを証明しました。

1970年代には、 2つの局からの信号伝送の位相比較に基づく地上ベースのOMEGAナビゲーションシステム^[24]が世界初の無線ナビゲーションシステムとなりました。これらのシステムの限界により、より正確で普遍的なナビゲーションソリューションの必要性が高まりました。

軍事および民間部門で正確なナビゲーションに対する幅広いニーズがあったが、それらのほとんどが、ナビゲーション衛星群の研究、開発、展開、および運用にかかる数十億ドルの費用を正当化するものとは見なされていなかった。冷戦の 軍拡競争の間、米国の存在に対する核の脅威は、米国議会の見解ではこのコストを正当化する唯一のニーズであった。この抑止効果のために、GPSに資金が投入された。^[要出典]これは、当時の極秘の理由でもあった。核の三本柱は、米国海軍の潜水艦発射弾道ミサイル（SLBM）と米国空軍（USAF）の戦略爆撃機および大陸間弾道ミサイル（ICBM）で構成されていた。SLBMの発射位置を正確に特定することは、核抑止態勢に不可欠であると考えられており、戦力を増強するものであった。

正確なナビゲーションにより、米国の弾道ミサイル潜水艦はSLBMを発射する前に正確な位置を把握できるようになります。^[25]核兵器三本柱の3分の2を保有する米空軍も、より正確で信頼性の高いナビゲーションシステムを必要としていました。米海軍と米空軍は、本質的に同じ問題を解決するために、並行して独自の技術を開発していました。

ICBMの生存性を高めるために、移動式発射プラットフォーム（ソ連のSS-24およびSS-25に相当）を使用する提案があり、発射位置を固定する必要性はSLBMの状況と類似していました。

1960年、空軍はMOSAIC（正確なICBM制御のための移動システム）と呼ばれる無線ナビゲーションシステムを提案しました。これは本質的に3D LORANでした。後続の研究であるプロジェクト57は1963年に実行され、「この研究でGPSの概念が生まれました」。同じ年に、この概念はプロジェクト621Bとして追求され、「現在GPSに見られる多くの特性」^[26]を持ち、空軍の爆撃機とICBMの精度の向上を約束しました。

海軍のトランジットシステムからの更新は、空軍の高速作戦には遅すぎた。海軍研究所（NRL）は、1967年に最初の打ち上げ、1969年に2番目の打ち上げ、1974年に最初の原子時計を軌道に乗せた3番目の衛星、 1977年に4番目の衛星を打ち上げ、 Timation （時間航法）衛星の開発を継続した。^[27]

GPSのもう一つの重要な前身は、米国軍の別の部門から来たものです。1964年、米国陸軍は測地測量に使用された最初のSequential Collat​​ion of Range ( SECOR )衛星を軌道上に打ち上げました。 ^[28] SECORシステムには、軌道上の衛星トランスポンダーに信号を送信する、既知の位置にある3つの地上送信機が含まれていました。未確定の位置にある4番目の地上ステーションは、それらの信号を使用して正確な位置を特定できます。最後のSECOR衛星は1969年に打ち上げられました。^[29]

1960年代にこれらの並行開発が進むと、621B、トランジット、ティメーション、SECORの最高の技術を統合して、マルチサービスプログラムで優れたシステムを開発できることがわかりました。重力場の変化やレーダーの屈折などによって引き起こされる衛星軌道位置の誤差を解決する必要がありました。1970年から1973年にかけてフロリダのパンアメリカン航空宇宙部門のハロルド・L・ジュリーが率いるチームは、リアルタイムのデータ同化と再帰推定を使用してこれを解決し、体系的誤差と残差誤差を管理可能なレベルまで削減して、正確なナビゲーションを可能にしました。^[30]

1973 年の労働者の日週末、ペンタゴンで約 12 人の軍将校が集まり、国防航法衛星システム (DNSS)の構築について議論しました。この会議で、GPS の元となる真の統合が生まれました。その年の後半、DNSS プログラムはNavstar と名付けられました。^[31] Navstar はしばしば誤って「NAVigation System using Timing And Ranging」の頭字語とみなされますが、GPS 統合プログラム オフィスではそのようには考えられませんでした (TRW はかつて、その頭字語を使用する別の航法システムを提唱していた可能性があります)。^[32]個々の衛星が Navstar という名前に関連付けられているため (前身の Transit や Timation と同様に)、Navstar 衛星群を識別するために、より包括的な名前であるNavstar-GPSが使用されました。^[33] 1978 年から 1985 年にかけて、 10 基の「ブロック I」プロトタイプ衛星が打ち上げられました (追加の 1 基は打ち上げ失敗で破壊されました)。^[34]

電離層が無線伝送に与える影響は、1974年に空軍地球物理学研究所（AFGRL）に改名された空軍ケンブリッジ研究所の地球物理学研究所で調査された。AFGRLは、GPS位置に対する電離層の補正を計算するためのクロブシャーモデルを開発した。 ^[35]注目すべきは、1974年にAFGRLでオーストラリアの宇宙科学者エリザベス・エセックス・コーエンが行った研究である。彼女は、NavSTAR衛星から電離層を通過する電波の経路の湾曲（大気の屈折）に関心を持っていた。^[36]

269人を乗せた大韓航空007便ボーイング747が、航行ミスにより禁止空域に迷い込んだ後、サハリン島とモネロン諸島付近でソ連の迎撃機に撃墜された後^[37]、ロナルド・レーガン大統領は、GPSが十分に開発されたら公共財として民間利用に自由に提供するという指令を出した。^[38]最初のブロックII衛星は1989年2月14日に打ち上げられ、^[39] 24番目の衛星は1994年に打ち上げられた。この時点でのGPSプログラムのコストは、ユーザー機器のコストは含まず、衛星打ち上げのコストを含めて50億ドル（2023年には100億ドルに相当）と推定されている。^[40]

当初、最高品質の信号は軍事用に確保され、民間で使用可能な信号は意図的に品質が下げられ、選択的可用性と呼ばれる政策がとられていた。2000年5月1日、ビル・クリントン大統領が選択的可用性をオフにして、軍に与えられているのと同じ精度を民間にも提供するという政策指令に署名したことで、この政策は変更された。この指令は、民間の精度を向上させるために民間産業による差分GPSサービスの広範な成長を考慮して、米国防長官ウィリアム・ペリーによって提案された。さらに、米軍は地域ベースで潜在的な敵対国へのGPSサービスを拒否する技術を開発していた。^[41]選択的可用性は、GPS-IIIからGPSアーキテクチャから削除された。

米国は、GPS の導入以来、既存の GPS 機器との互換性を維持しながら、民間向けの新しい信号や、すべてのユーザー向けの精度と整合性の向上など、GPS サービスにいくつかの改善を実施してきました。米国国防総省は、軍、民間、商業市場の高まるニーズを満たすために、 一連の衛星の取得を通じて、衛星システムの近代化を継続的に進めてきました。

2015年初頭の時点では、高品質の標準測位サービス（SPS）GPS受信機は3.5メートル（11フィート）以上の水平精度を提供していましたが、^[7]受信機やアンテナの品質、大気の問題など多くの要因がこの精度に影響を与える可能性があります。

GPSは、米国政府が国家資源として所有し、運用している。国防総省がGPSの管理人である。 1996年から2004年まで、省庁間GPS執行委員会（IGEB）がGPSの政策事項を監督した。その後、2004年に大統領指令により、GPSおよび関連システムに関する事項について連邦政府の各省庁に助言し、調整を行う国家宇宙ベース測位、航法およびタイミング執行委員会が設立された。^[42]執行委員会は国防副長官と運輸長官が共同で議長を務める。委員には、国務省、商務省、国土安全保障省、統合参謀本部、NASAの同等レベルの職員が含まれる。大統領府の各部門が執行委員会のオブザーバーとして参加し、FCC議長が連絡役として参加する。

米国国防総省は、法律により、「世界中で継続的に利用できる標準測位サービス（連邦無線航法計画および標準測位サービス信号仕様で定義）を維持する」こと、および「民間の使用を不当に妨害または低下させることなく、GPS およびその拡張の敵対的使用を防止する対策を開発する」ことが義務付けられています。

• 1972年、アメリカ空軍中央慣性誘導試験施設（ホロマン空軍基地）は、地上設置型疑似衛星を使用して、ホワイトサンズミサイル実験場上空でY字型配置のGPS受信機プロトタイプ4台の開発飛行試験を実施した。^[47]
• 1978年に最初の実験的なブロックI GPS衛星が打ち上げられました。^[34]
• 1983年、ソ連の迎撃機が、航法ミスにより禁止空域に迷い込んだ民間航空機KAL007便を撃墜し、乗客乗員269名全員が死亡した後、ロナルド・レーガン米大統領は、GPSが完成次第民間利用できるようになると発表した。^{[48] [49]} CAコード（Coarse/Acquisitionコード）が民間ユーザーに利用可能になることは、1979年にはすでに公に知られていた。^{[50] [51]}
• 1985 年までに、この概念を検証するためにさらに 10 機の実験用ブロック I 衛星が打ち上げられました。
• 1988年から、これらの衛星の指揮統制はカリフォルニア州オニヅカ空軍基地からコロラド州コロラドスプリングスのファルコン空軍基地にある第2衛星管制飛行隊（2SCS）に移されました。^{[52] [53]}
• 1989 年 2 月 14 日に、最初の最新のブロック II 衛星が打ち上げられました。
• 1990年から1991年にかけての湾岸戦争は、軍隊がGPSを広く使用した最初の紛争であった。^[54]
• 1991年、DARPAの小型GPS受信機開発プロジェクトは成功裏に終了し、それまでの16kg（35ポンド）の軍用受信機が1.25kg（2.8ポンド）の全デジタルハンドヘルドGPS受信機に置き換えられました。^[21]
• 1991年にオランダのカーナビメーカーTomTomが設立されました。
• 1992年、当初このシステムを管理していた第2宇宙航空団は廃止され、第50宇宙航空団に置き換えられた。

  

• 1993年12月までに、GPSは初期運用能力（IOC）を達成し、完全な衛星群（24機の衛星）が利用可能となり、標準測位サービス（SPS）を提供しました。^[55]
• 1995年4月、空軍宇宙コマンド（AFSPC）は完全作戦能力（FOC）を宣言し、軍の安全な精密測位サービス（PPS）が完全に利用可能であることを意味した。^[55]
• 1996年、ビル・クリントン米大統領は、GPSが軍事ユーザーだけでなく民間ユーザーにとっても重要であることを認識し、GPSを軍民両用システムであると宣言し、国家資産として管理するための省庁間GPS執行委員会を設立する政策指令^{[56]を発行した。}
• 1998年、アメリカ合衆国副大統領アル・ゴアは、特に航空安全に関して、ユーザーの精度と信頼性を高めるために、GPSを2つの新しい民間信号でアップグレードする計画を発表し、2000年にアメリカ合衆国議会はこれをGPS IIIと呼んで承認しました。
• 1996 年の大統領令により、2000 年 5 月 2 日に「選択的可用性」が廃止され、民間ユーザーは世界中で劣化のない信号を受信できるようになりました。
• 2004年、米国政府は欧州共同体と協定を締結し、GPSと欧州のガリレオシステムに関する協力を確立した。
• 2004年、ジョージ・W・ブッシュ大統領は国家政策を更新し、執行委員会を宇宙ベースの測位、航法、タイミングに関する国家執行委員会に置き換えた。^[57]
• 2004年11月、クアルコムは携帯電話向けアシストGPSのテストに成功したと発表した。^[58]
• 2005年に最初の近代化されたGPS衛星が打ち上げられ、ユーザーパフォーマンスの向上のために第2の民間信号（L2C）の送信が開始されました。^[59]
• 2007年9月14日、老朽化し​​たメインフレームベースの地上セグメント制御システムは、新しいアーキテクチャ進化計画に移行されました。^[60]
• 2009年5月19日、米国政府監査院は、一部のGPS衛星が2010年にも故障する可能性があると警告する報告書を発表した。^[61]
• 2009年5月21日、空軍宇宙司令部はGPSの故障に対する懸念を和らげ、「我々の性能基準を超え続けることができないというリスクはわずかである」と述べた。^[62]
• 2010年1月11日、地上管制システムの更新により、カリフォルニア州サニーベールのTrimble Navigation Limitedの部門が製造した8,000～10,000台の軍用受信機でソフトウェアの非互換性が発生した。^{[説明が必要] [63]}
• 2010年2月25日^[64] 、米空軍は、GPSナビゲーション信号の精度と可用性を向上させ、GPS近代化の重要な部分として機能するGPS次世代運用制御システム（OCX）の開発契約をレイセオン社に授与しました。

1993 年 2 月 10 日、全米航空協会は、米国で最も権威のある航空賞である 1992 年度ロバート J. コリアー賞の受賞者として GPS チームを選出しました。このチームは、海軍研究所、米国空軍、エアロスペース コーポレーション、ロックウェル インターナショナルコーポレーション、IBMフェデラル システムズ カンパニーの研究者で構成されています。この表彰は、同チームを「50 年前の無線航法の導入以来、航空機と宇宙船の安全で効率的な航法と監視に関する最も重要な開発」に対して表彰するものです。

2 人の GPS 開発者が2003 年に全米技術アカデミーの チャールズ スターク ドレイパー賞を受賞しました。

• エアロスペース・コーポレーションの名誉社長であり、 MITのエンジニアでもあるイヴァン・ゲッティングは、LORAN（長距離無線通信支援システム）と呼ばれる第二次世界大戦中の陸上無線システムを改良し、GPSの基礎を確立しました。
• スタンフォード大学の航空宇宙工学教授であるブラッドフォード・パーキンソンは、1960年代初頭に現在の衛星ベースのシステムを考案し、米国空軍と共同で開発しました。パーキンソンは1957年から1978年までの21年間空軍に勤務し、大佐の階級で退役しました。

GPS開発者のロジャー・L・イーストンは2006年2月13日にアメリカ国家技術賞を受賞した。 ^[65]

フランシス・X・ケイン（退役米空軍大佐）は、プロジェクト621Bの一環として行われた宇宙技術開発およびGPSのエンジニアリング設計コンセプトにおける功績により、2010年3月2日、テキサス州サンアントニオのラックランド空軍基地で米空軍宇宙およびミサイルパイオニアの殿堂入りを果たしました。

1998年、GPS技術は宇宙財団 の宇宙技術殿堂入りを果たした。^[66]

2011年10月4日、国際宇宙連盟（IAF）は、IAF会員であるアメリカ航空宇宙学会（AIAA）の推薦により、全地球測位システム（GPS）に創立60周年記念賞を授与した。IAFの表彰委員会は、GPSプログラムの独自性と、人類の利益のために国際協力を構築する上でGPSが果たしてきた模範的な役割を評価した。^[67]

2018年12月6日、グラディス・ウェストは、最終的にGPS衛星群の軌道を決定するために使用された極めて正確な測地地球モデルに関する研究が認められ、空軍宇宙ミサイルパイオニア殿堂入りを果たした。^[68]

2019年2月12日、プロジェクトの創設メンバー4名がエリザベス女王工学賞を受賞し、授賞委員会の委員長は次のように述べた。「工学は文明の基盤であり、他に基盤はありません。工学は物事を起こすものです。そして、まさに今日の受賞者たちが成し遂げたことは、物事を起こしたのです。彼らは、私たちの世界のインフラを大幅に書き換えたのです。」^[69]

GPS衛星は、互いに同期し、地上管制局の基準原子時計とも同期した非常に安定した原子時計を搭載しており、地上局で維持されている基準時間からの衛星搭載時計のドリフトは定期的に修正されます。 ^[70]電波の速度（光速）^[71]は一定で衛星の速度とは無関係であるため、衛星が信号を送信してから地上局がそれを受信するまでの時間遅延は、衛星から地上局までの距離に比例します。複数の地上局から収集された距離情報により、いつでもどの衛星の位置座標も非常に正確に計算できます。

各GPS衛星は自身の位置と時刻の正確な記録を保持しており、そのデータを継続的に放送しています。複数のGPS衛星から受信したデータに基づいて、エンドユーザーのGPS受信機は時空における自身の4次元位置を計算することができます。ただし、4つの未知数（3つの位置座標と衛星時刻からの自身の時計の偏差）を計算するには、少なくとも4つの衛星が受信機の視界内にある必要があります。^[72]

各 GPS 衛星は、次の内容を含む信号 (変調された搬送波) を継続的に送信します。

• 受信機が知っている疑似ランダムコード（1と0のシーケンス）。受信機が生成したコードと受信機が測定したコードを時間的に一致させることで、コードシーケンス内の定義されたポイントの到着時間（TOA）（エポックと呼ばれる）を受信機のクロック時間スケールで見つけることができます。
• コードエポックの送信時刻（TOT）（GPS時間スケール）とその時点の衛星位置を含むメッセージ

概念的には、受信機は 4 つの衛星信号の TOA を (受信機自身のクロックに従って) 測定します。受信機は、TOA と TOT から 4 つの飛行時間(TOF) 値を形成します。これは (光速を前提とすると) 受信機と衛星の距離に受信機と GPS 衛星の時間差を加えた値に光速を乗じたものとほぼ等しく、疑似距離と呼ばれます。受信機は次に、4 つの TOF から 3 次元の位置とクロック偏差を計算します。

実際には、TOF を処理するナビゲーション方程式を使用して、受信機の位置 (地球の中心を原点とする 3 次元直交座標) と GPS 時間に対する受信機クロックのオフセットが同時に計算されます。

受信機の地球中心のソリューション位置は、通常、楕円体地球モデルを基準とした緯度、経度、高度に変換されます。その後、高度は、基本的に平均海面であるジオイドを基準とした高度に変換されます。これらの座標は、移動地図表示などに表示されるほか、車両誘導システムなどの他のシステムで記録または使用されることもあります。

通常、受信機の処理では明示的に形成されないが、概念的な到着時間差（TDOA）は測定ジオメトリを定義する。各TDOAは回転双曲面に対応する（マルチラテレーションを参照）。関係する2つの衛星（およびその延長線）を結ぶ線は双曲面の軸を形成する。受信機は3つの双曲面が交差する点に位置する。^{[73] [74]}

時々、ユーザーの位置は 3 つの球の交点にあると誤って言われます。視覚化は簡単ですが、これは受信機のクロックが衛星クロックと同期している場合に限ります (つまり、受信機は距離差ではなく衛星までの実際の距離を測定します)。衛星と同期したクロックを携帯しているユーザーには、パフォーマンス上の大きな利点があります。最も重要なのは、位置ソリューションを計算するために必要な衛星は 3 つだけであることです。すべてのユーザーが同期したクロックを携帯することが GPS コンセプトの重要な部分である場合、配備する衛星の数は少なくなりますが、ユーザー機器のコストと複雑さは増大します。

上記の説明は、受信機の起動状況を表しています。ほとんどの受信機には、異なる時間に収集された衛星測定値のセットを結合する追跡アルゴリズム（トラッカーと呼ばれることもあります）があり、実際には、連続する受信機の位置が通常は互いに近いという事実を利用しています。一連の測定値が処理された後、トラッカーは次の衛星測定値のセットに対応する受信機の位置を予測します。新しい測定値が収集されると、受信機は重み付け方式を使用して、新しい測定値をトラッカーの予測と結合します。一般に、トラッカーは、(a) 受信機の位置と時間の精度を向上させ、(b) 不適切な測定値を拒否し、(c) 受信機の速度と方向を推定することができます。

トラッカーの欠点は、速度や方向の変化は遅延を伴ってしか計算できず、2つの位置測定間の移動距離が位置測定のランダム誤差を下回るかそれに近い場合、導き出された方向が不正確になることです。GPSユニットは、受信した信号のドップラーシフトの測定値を使用して速度を正確に計算できます。 ^{[75]より高度なナビゲーションシステムでは、}コンパスや慣性航法システムなどの追加のセンサーを使用してGPSを補完します。

GPS では、正確なナビゲーションのために 4 つ以上の衛星が見える状態である必要があります。ナビゲーション方程式を解くと、受信機の位置と、受信機のオンボード クロックの時刻と実際の時刻との差がわかるため、より正確で実用的ではない可能性のある受信機ベースのクロックが不要になります。時間転送、交通信号のタイミング、携帯電話基地局の同期などの GPS アプリケーションでは、この安価で高精度なタイミングが利用されます。一部の GPS アプリケーションでは、この時間を表示に使用したり、基本的な位置計算以外にはまったく使用しません。

通常の動作には 4 つの衛星が必要ですが、特別な場合にはそれよりも少ない数で済みます。1 つの変数が既にわかっている場合、受信機は 3 つの衛星のみを使用してその位置を特定できます。たとえば、外洋上の船舶は通常、0 m に近い既知の標高を持ち、航空機の標高もわかっている場合があります。^[a]一部の GPS 受信機は、最後に判明した高度の再利用、推測航法、慣性航法、または車両コンピューターからの情報を含めるなどの追加の手がかりや仮定を使用して、4 つ未満の衛星が見える場合に (おそらく精度の低い) 位置を示します。^{[76] [77] [78]}

現在のGPSは3つの主要なセグメントで構成されています。宇宙セグメント、制御セグメント、ユーザーセグメントです。^[51]米国宇宙軍は宇宙セグメントと制御セグメントの開発、維持、運用を行っています。GPS衛星は宇宙から信号を放送し、各GPS受信機はこれらの信号を使用して3次元の位置（緯度、経度、高度）と現在の時刻を計算します。^[79]

スペースセグメント（SS）は、中軌道上の24〜32機の衛星、またはスペースビークル（SV）で構成され、それらを軌道に打ち上げるために必要なブースターへのペイロードアダプターも含まれています。GPSの設計では当初、3つのほぼ円形の軌道にそれぞれ8機ずつ、合計24機のSVが必要とされていましたが^[80]、これは4機の衛星を備えた6つの軌道面に変更されました。^[81] 6つの軌道面は約55°の傾斜（地球の赤道に対する傾き）を持ち、昇交点の赤経60° （基準点から軌道交点までの赤道に沿った角度）で分離されています。^[82]軌道周期は恒星日の半分、つまり11時間58分であるため、衛星は毎日同じ場所^[83]またはほぼ同じ場所^[84]を通過します。軌道は、地球表面のどこからでも少なくとも6つの衛星が常に視線内に入るように配置されています（右のアニメーションを参照）。 ^[85]この目的の結果、4つの衛星は各軌道内で均等間隔（90°）に配置されていません。一般的に、各軌道の衛星間の角度差は30°、105°、120°、105°離れており、合計360°になります。^[86]

高度約20,200 km（12,600マイル）の軌道を周回し、軌道半径は約26,600 km（16,500マイル）です。^[87]各SVは、恒星日ごとに2周し、毎日同じ地上軌道を繰り返します。 ^[88]これは開発中に非常に役立ちました。なぜなら、衛星が4つしかない場合でも、正しい位置合わせにより、毎日数時間、1つの地点から4つすべてが見えるからです。軍事作戦では、地上軌道の繰り返しを使用して、戦闘地域での良好なカバレッジを確保できます。

2019年2月現在^[update]、^[89] GPS衛星群には31基の衛星があり、そのうち27基が常時使用されており、残りはスタンバイに割り当てられている。32基目は2018年に打ち上げられたが、2019年7月現在まだ評価中である。より多くの退役した衛星が軌道上にあり、スペアとして利用可能である。追加された衛星は冗長な測定値を提供することで、GPS受信機の計算精度を向上させる。衛星数の増加に伴い、衛星群は非均一配置に変更された。このような配置は精度を向上させることが示されたが、均一なシステムと比較して、複数の衛星が故障した場合のシステムの信頼性と可用性も向上する。^[90]拡張された衛星群では、通常、9基の衛星は地平線が見える地球上のどの地点からでもいつでも見えるため、測位に必要な最小4基の衛星よりもかなりの冗長性が確保されている。

制御セグメント (CS) は次の要素で構成されます。

1. マスターコントロールステーション（MCS）
2. 代替マスターコントロールステーション、
3. 4つの専用地上アンテナ、および
4. 6 つの専用モニター ステーション。

MCSは、衛星管制ネットワーク（SCN）地上アンテナ（追加の指揮統制機能のため）とNGA（国家地理空間情報局）監視局にもアクセスできる。衛星の飛行経路は、ハワイ、クェゼリン環礁、アセンション島、ディエゴガルシア島、コロラド州コロラドスプリングス、ケープカナベラルにある米宇宙軍の専用監視局と、イギリス、アルゼンチン、エクアドル、バーレーン、オーストラリア、ワシントンDCで運用されている共有NGA監視局によって追跡されている。^[91]追跡情報は、コロラドスプリングスの東南東25km（16マイル）にあるシュリーバー宇宙軍基地のMCSに送信され、米国宇宙軍の第2宇宙作戦飛行隊（2 SOPS）によって運営されている。その後、2つのSOPSが専用または共有（AFSCN）地上アンテナ（GPS専用地上アンテナはクェゼリン、アセンション島、ディエゴガルシア、ケープカナベラルに設置）を使用して、各GPS衛星に定期的にナビゲーションアップデートを送信します。これらのアップデートにより、衛星に搭載された原子時計が数ナノ秒以内に同期され、各衛星の内部軌道モデルのエフェメリスが調整されます。アップデートは、地上監視ステーションからの入力、宇宙天気情報、およびその他のさまざまな入力を使用するカルマンフィルターによって作成されます。 ^[92]

衛星の軌道が調整されている間、その衛星は「不健全」とマークされるため、受信機はそれを使用しません。操作後、エンジニアは地上から新しい軌道を追跡し、新しいエフェメリスをアップロードして、衛星を再び「健全」とマークします。

運用制御セグメント (OCS) は現在、記録の制御セグメントとして機能しています。これは、GPS ユーザーをサポートし、GPS を運用し、仕様の範囲内で動作し続けるための運用機能を提供します。

OCS は、2007 年 9 月にシュリーバー空軍基地の 1970 年代の旧式のメインフレーム コンピュータを正常に置き換えました。インストール後、このシステムはアップグレードを可能にし、米国軍をサポートする新しいセキュリティ アーキテクチャの基盤を提供しました。

OCSは、新しいセグメントである次世代GPS運用管制システム^[8]（OCX）が完全に開発され機能するまで、記録上の地上管制システムであり続ける。米国防総省は、OCXによって提供される新しい機能がGPSのミッション機能を革新するための基礎となり、米宇宙軍が米軍戦闘部隊、民間パートナー、国内外の無数のユーザーに対するGPS運用サービスを大幅に強化できるようになると主張している。^{[93] [94]} GPS OCXプログラムは、コスト、スケジュール、および技術的リスクも削減します。効率的なソフトウェアアーキテクチャとパフォーマンスベースのロジスティクスにより、維持コストを50％^[95]節約するように設計されています。さらに、GPS OCXは、OCSのアップグレードコストよりも数百万も安く、4倍の機能を提供すると予想されています。

GPS OCX プログラムは GPS 近代化の重要な部分を占め、現在の GPS OCS プログラムに比べて情報保証が大幅に改善されます。

• OCX は、あらゆる軍事信号を有効にしながら、GPS レガシー衛星と次世代の GPS III 衛星を制御および管理する機能を備えています。
• 現在および将来の GPS ユーザーの変化するニーズに迅速に適応できる柔軟なアーキテクチャに基づいて構築されており、安全で正確かつ信頼性の高い情報を通じて GPS データと衛星群のステータスに即座にアクセスできます。
• より安全で、実行可能で、予測的な情報を戦闘員に提供し、状況認識を強化します。
• 新しい近代化された信号 (L1C、L2C、および L5) を有効にし、従来のシステムでは実行できなかった M コード機能を備えています。
• サイバー攻撃の検出と防止、攻撃中の隔離、封じ込め、および運用など、現在のプログラムに比べて情報保証が大幅に改善されます。
• より大容量のほぼリアルタイムのコマンドおよび制御機能と能力をサポートします。

2011年9月14日、^[96]米空軍はGPS OCX予備設計レビューの完了を発表し、OCXプログラムが次の開発段階に進む準備ができていることを確認した。GPS OCXプログラムは主要なマイルストーンを達成できず、当初の期限から5年遅れの2021年に打ち上げが延期された。2019年の政府会計検査院によると、2021年の期限は危うい状況だった。^[97]

このプロジェクトは2023年も遅れており、（2023年6月時点で）当初の予算見積もりを73％超過している。^{[98] [99]} 2023年後半、フランク・カルヴェッリ空軍次官（宇宙調達・統合担当）は、このプロジェクトは2024年夏に開始される予定であると述べた。^[100]

ユーザー セグメント (米国) は、安全な GPS 精密測位サービスを使用する米国および同盟国の軍事ユーザー数十万人と、標準測位サービスを使用する民間、商業、科学分野のユーザー数千万人で構成されています。一般に、GPS 受信機は、衛星から送信される周波数に調整されたアンテナ、受信機プロセッサ、および非常に安定したクロック (多くの場合、水晶発振器) で構成されています。また、ユーザーに位置と速度の情報を提供するディスプレイが含まれている場合もあります。

GPS 受信機には、 RTCM SC-104 形式を使用した差分補正用の入力が含まれている場合があります。これは通常、4,800 ビット/秒の速度のRS-232ポートの形式です。データは実際にははるかに低い速度で送信されるため、RTCM を使用して送信される信号の精度が制限されます。^{[引用が必要]}内部 DGPS 受信機を備えた受信機は、外部 RTCM データを使用する受信機よりも優れた性能を発揮します。^{[引用が必要]} 2006 年現在^[update]、低価格のユニットでも、広域補強システム(WAAS) 受信機が一般的に含まれています。

多くのGPS受信機は、 NMEA 0183プロトコルを使用して位置データをPCまたはその他のデバイスに中継できます。このプロトコルは米国海洋電子機器協会（NMEA）によって正式に定義されていますが、^[101]このプロトコルへの参照は公開記録からコンパイルされており、gpsdなどのオープンソースツールは知的財産法に違反することなくプロトコルを読み取ることができます。^{[説明が必要]} SiRFプロトコルやMTKプロトコルなど、他の独自のプロトコルも存在します。受信機は、シリアル接続、 USB、Bluetoothなどの方法を使用して他のデバイスとインターフェイスできます。

GPS はもともと軍事プロジェクトでしたが、軍民両用技術とみなされており、民間でも重要な用途があります。

GPSは、商業、科学的な用途、追跡、監視に広く導入され、役立つツールとなっている。GPSの正確な時間は、銀行業務、携帯電話の操作、さらには同期したハンドオフ切り替えを可能にすることで電力網の制御などの日常的な活動を容易にする。^[79]

多くの民間アプリケーションでは、絶対位置、相対移動、時間転送という GPS の 3 つの基本コンポーネントの 1 つ以上が使用されます。

• アマチュア無線: FT8、FT4、JS8などのいくつかのデジタル モードに必要なクロック同期。位置報告のためにAPRSで使用されることもあり、緊急時や災害時の通信サポートで非常に重要になることがあります。
• 大気：対流圏の遅延（水蒸気量の回復）と電離層の遅延（自由電子の数の回復）の研究。^[102]大気圧負荷による地球表面の変位の回復。^[103]
• 天文学：位置データとクロック同期データは、天体測定や天体力学、正確な軌道決定に使用されます。^{[104] GPSは、}小型望遠鏡を使用したアマチュア天文学や、太陽系外惑星の発見を目的とした専門の天文台でも使用されています。
• 自動運転車: 人間の運転手なしで機能する車やトラックに位置情報とルートを適用します。
• 地図作成: 民間および軍の地図作成者はどちらも GPS を広範に使用しています。
• 携帯電話: クロック同期により時間転送が可能になります。これは、拡散コードを他の基地局と同期させてセル間ハンドオフを容易にし、モバイル緊急通話やその他のアプリケーション用のハイブリッド GPS/セルラー位置検出をサポートするために不可欠です。GPSを統合した最初の携帯電話は、1990 年代後半に発売されました。米国連邦通信委員会(FCC) は、2002 年に、緊急サービスが 911 の発信者の位置を特定できるように、携帯電話またはタワー (三角測量用) のいずれかにこの機能を搭載することを義務付けました。その後、サードパーティのソフトウェア開発者は、発売時にNextelから GPS API にアクセスできるようになりました。その後、2006 年にSprint、その後すぐにVerizonが続きました。
• クロック同期：GPS時間信号の精度（±10ns）^[105]は、その基礎となる原子時計に次ぐものであり、GPS規律発振器などのアプリケーションで使用されます。
• 災害救助/緊急サービス: 多くの緊急サービスは、位置情報と時間測定機能に GPS に依存しています。
• GPS 搭載のラジオゾンデとドロップゾンデ: 地球表面から最大 27 km (89,000 フィート) までの気圧、風速、風向を測定して計算します。
• 気象・大気科学への応用のための電波掩蔽^[106]
• 車両追跡: 1 台以上の車両をリアルタイムで識別、特定し、連絡レポートを維持するために使用されます。
• 測地学：地球の方向パラメータの決定、これには日周および準日周の極運動^[107]、一日の長さの変動^[108]、地球の質量中心-地心運動^[109]、および低次重力場パラメータ^{[110]が含まれます。}
• ジオフェンシング：車両追跡システム、人物追跡システム、ペット追跡システムは、GPSを使用して、人物、車両、またはペットに取り付けられた、または持ち運ばれたデバイスの位置を特定します。アプリケーションは継続的な追跡を提供し、ターゲットが指定された（または「フェンスで囲まれた」）エリアを離れた場合に通知を送信できます。^[111]
• ジオタグ: 写真 ( Exifデータ内) やその他のドキュメントなどのデジタル オブジェクトに位置座標を適用し、 Nikon GP-1などのデバイスでマップ オーバーレイを作成するなどの目的に使用できます。
• GPS航空機追跡
• 鉱業用GPS：RTK GPSの使用により、掘削、シャベル作業、車両追跡、測量などの鉱業作業が大幅に改善されました。RTK GPSはセンチメートルレベルの測位精度を提供します。^{[112] [113]}
• GPSデータマイニング：複数のユーザーからGPSデータを集約して、移動パターン、共通の軌跡、興味深い場所を把握することが可能です。^[114] GPSデータは現在、交通や災害工学において、通常時および避難時（ハリケーン、山火事、地震など）の移動を予測するために使用されています。^{[115] [116] [117] [118]}
• GPS ツアー: 場所によって、表示するコンテンツが決まります。たとえば、近づいてくる興味のある場所に関する情報などです。
• メンタルヘルス：メンタルヘルス機能と社会性を追跡する。^[119]
• ナビゲーション：航海士は、デジタル的に正確な速度と方向の測定、および軌道と時計の修正によるリアルタイムの正確な位置を重視します。^[120]
• GOCE、^[121]、 GRACE、Jason-1、Jason-2、TerraSAR-X、TanDEM-X、CHAMP、Sentinel-3、^{[122] 、および}CubETHなどのキューブサットなど、GPS受信機を搭載した低軌道衛星の軌道決定。
• 位相測定: GPS により、電力システム測定の高精度なタイムスタンプが可能になり、位相を計算することが可能になります。
• レクリエーション: たとえば、ジオキャッシング、ジオダッシング、GPS 描画、ウェイマーキング、ポケモン ゴーなどのその他の種類の位置情報ベースのモバイル ゲームなど。
• 基準フレーム：全球測地観測システムの枠組みにおける地上基準フレーム^[123]の実現と高密度化。全球測地パラメータを導出するための衛星レーザー測距^[124]とマイクロ波観測^[125]の空間的共存。 ^{[126] [127]}
• ロボット工学：GPSセンサー^[128]を使用して緯度、経度、時間、速度、方向を計算する自己航行型自律ロボット。
• スポーツ：サッカーやラグビーでトレーニング負荷の制御と分析に使用されます。^[129]
• 測量: 測量士は絶対位置を使用して地図を作成し、資産の境界を決定します。
• テクトニクス：GPSは地震の断層運動を直接測定することを可能にする。地震の合間にGPSを使用して地殻運動と変形を測定し^[130]、地震によるひずみの蓄積を推定し、地震ハザードマップを作成することができる。
• テレマティクス:自動車ナビゲーション システムにコンピュータとモバイル通信技術を統合した GPS 技術。

米国政府は一部の民間受信機の輸出を規制している。海抜60,000フィート（18km）以上、1,000ノット（500m/s、2,000km/h、1,000mph）以上で機能するすべてのGPS受信機、または無人ミサイルや航空機で使用するために設計または改造されたすべてのGPS受信機は軍需品（兵器）に分類され、国務省の輸出許可が必要である。^[131]この規則は、L1周波数とC/A（Coarse/Acquisition）コードのみを受信する純粋に民間のユニットにも適用される。

これらの制限を超えると動作が無効になるため、受信機は軍需品として分類されなくなります。ベンダーの解釈は異なります。この規則は目標高度と速度の両方での動作を指しますが、一部の受信機は静止時でも動作を停止します。これにより、定期的に 30 km (100,000 フィート) に達するアマチュア無線気球の打ち上げで問題が発生しています。

これらの制限は、米国から輸出されるユニットまたはコンポーネントにのみ適用されます。他国からの GPS ユニットを含むさまざまなコンポーネントの取引が増加しています。これらはITARフリーとして明示的に販売されています。

2009 年現在、軍用 GPS アプリケーションには次のものが含まれます。

• ナビゲーション：兵士は暗闇や見知らぬ地域でも目標を見つけるためにGPSを使用し、部隊と補給物資の移動を調整します。アメリカ軍では、指揮官は指揮官デジタルアシスタントを使用し、下級兵は兵士デジタルアシスタントを使用します。^[132]
• 周波数ホッピング無線クロック調整: SINCGARSやHAVEQUICKなどの周波数ホッピングモードを使用する軍用無線システムでは、ネットワーク内のすべての無線が特定の時間に正しい周波数になるように、内部クロックに同じ時間入力 (SINCGARS の場合は +/- 4 秒) する必要があります。高精度軽量 GPS レシーバー(PLGR) や国防高度 GPS レシーバー(DAGR) などの軍用 GPS レシーバーは、無線ネットワーク内の無線オペレーターが、その無線の内部クロックに正確な時間を適切に入力するために使用されます。最新の軍用無線には、内部クロックを自動的に同期する内部 GPS レシーバーが搭載されています。
• ターゲット追跡: さまざまな軍用兵器システムは、GPS を使用して潜在的な地上および空中のターゲットを追跡し、それらを敵としてフラグ付けします。^{[引用が必要]}これらの兵器システムは、ターゲットの座標を精密誘導兵器に渡し、ターゲットを正確に攻撃できるようにします。軍用航空機、特に空対地の役割では、GPS を使用してターゲットを探します。
• ミサイルと発射体の誘導: GPSは、 ICBM、巡航ミサイル、精密誘導兵器、砲弾など、さまざまな軍事兵器の正確な標的設定を可能にします。12,000 g ^[133]または約118 km/s ² (260,000 mph/s)の加速度に耐えられる組み込み型GPS受信機が、 155ミリメートル (6.1インチ)榴弾砲の砲弾用に開発されました。^[134]
• 捜索と救助。
• 偵察: パトロールの動きをより厳密に管理できます。
• GPS衛星は、バンメーターと呼ばれる光学センサー、X線センサー、線量計、電磁パルス（EMP）センサー（Wセンサー）で構成される核爆発検出器一式を搭載しており、米国の核爆発検知システムの主要部分を形成している。^{[135] [136]}ウィリアム・シェルトン将軍は、将来の衛星ではコスト削減のためにこの機能を削除する可能性があると述べた。^[137]

GPSタイプのナビゲーションは、1995年にGPSが完全に開発される前の1991年の湾岸戦争で、連合軍のナビゲーションと戦争中の機動を支援するために初めて戦争で使用されました。この戦争では、イラク軍が電波妨害装置を設置して電波ノイズを発し、弱いGPS信号の受信を妨害したため、GPSが妨害されやすいことも明らかになりました。^[138]

GPSの妨害に対する脆弱性は、妨害装置と経験が増えるにつれて、ますます脅威となっている。^{[139] [140]} GPS信号は、軍事目的で長年にわたって何度も妨害されてきたと報告されている。ロシアはこの方法に、近隣諸国を威嚇しながら米国のシステムへの依存に対する信頼を損なわせること、GLONASSの代替手段を宣伝すること、西側諸国の軍事演習を妨害すること、ドローンから資産を保護することなど、いくつかの目的があるようだ。^{[141]中国は、係争中の}南沙諸島付近で米国の偵察機を阻止するために妨害を行っている。 [142]北朝鮮は、韓国との国境付近と沖合で数回の大規模な妨害作戦を展開し、航空、船舶、漁業活動を妨害している。^[143]イラン軍は、民間航空機PS752便を撃墜した際に、同機のGPSを妨害した。^{[144] [145]}

ロシア・ウクライナ戦争では、NATO諸国がウクライナに提供したGPS誘導兵器は、ロシアの電子戦の影響で大きな故障率を経験した。ロシアが電子戦活動に適応したため、エクスカリバー砲弾の命中率は70％から6％に低下した。^[146]

ほとんどの時計は協定世界時(UTC)から時刻を取得しますが、衛星の原子時計はGPS 時刻に設定されています。違いは、GPS 時刻は地球の自転に合わせて修正されないため、UTC に定期的に追加される新しいうるう秒やその他の修正が含まれないことです。GPS 時刻は 1980 年に UTC に合わせて設定されましたが、それ以降はずれています。修正が行われていないため、GPS 時刻は国際原子時(TAI) と常にずれています (TAI - GPS = 19 秒)。地上の時計と同期を保つために、搭載時計に対して定期的な修正が行われます。^{[77] : セクション 1.2.2}

GPSナビゲーションメッセージには、GPS時間とUTCの差が含まれています。2017年1月現在、^[update]2016年12月31日にUTCに追加されたうるう秒により、GPS時間はUTCより18秒進んでいます。^[147]受信機は、このオフセットをGPS時間から減算して、UTCと特定のタイムゾーン値を計算します。新しいGPSユニットは、UTCオフセットメッセージを受信するまで、正しいUTC時間を表示しない場合があります。GPS-UTCオフセットフィールドは、255うるう秒（8ビット）を収容できます。

GPSの時間は、GPS送信機の原子時計が国際原子時に対して持つドリフトにより、理論的には約14ナノ秒の精度である。 ^[148]ほとんどの受信機は信号の解釈においてある程度の精度を失い、約100ナノ秒の精度しか持たない。^{[149] [150]}

GPSは相対論的効果に対する2つの主要な補正を時間信号に実装している。1つは特殊相対性理論を用いた衛星と受信機の相対速度に対する補正、もう1つは一般相対性理論を用いた衛星と受信機の重力ポテンシャルの差に対する補正である。衛星の加速度は目的に応じて補正として独立して計算することもできるが、通常は最初の2つの補正でその効果はすでに処理されている。^{[151] [152]}

グレゴリオ暦の年、月、日の形式とは対照的に、GPS 日付は週番号と週の秒数で表現されます。週番号は C/A および P(Y) ナビゲーション メッセージで 10 ビットフィールドとして送信され、1,024 週 (19.6 年) ごとに再びゼロになります。GPS の週ゼロは 1980 年 1 月 6 日の 00:00:00 UTC (00:00:19 TAI) に始まり、週番号が初めて再びゼロになったのは 1999 年 8 月 21 日の 23:59:47 UTC (1999 年 8 月 22 日の 00:00:19 TAI) でした。 2 度目は、2019 年 4 月 6 日 23:59:42 UTC に発生しました。現在のグレゴリオ暦の日付を決定するには、GPS 受信機におおよその日付 (3,584 日以内) を提供して、GPS 日付信号を正しく変換する必要があります。将来この問題に対処するために、最新の GPS 民間航法 (CNAV) メッセージでは、8,192 週間 (157 年) ごとにのみ繰り返される 13 ビット フィールドが使用され、2137 年 (GPS 週ゼロから 157 年後) まで持続します。

GPS衛星から送信される航法信号には、衛星の位置、内部時計の状態、ネットワークの健全性など、さまざまな情報がエンコードされています。これらの信号は、ネットワーク内のすべての衛星に共通する2つの異なる搬送周波数で送信されます。2つの異なるエンコードが使用されています。1つは低解像度の航法を可能にする公開エンコードで、もう1つは米軍が使用する暗号化エンコードです。^[153]

各GPS衛星は、L1（C/AおよびP/Y）およびL2（P/Y）周波数で、50ビット/秒（ビットレートを参照）の速度でナビゲーションメッセージを継続的に送信します。各メッセージの送信には750秒（12+送信には1 ⁄ 2分かかります。メッセージ構造は、1500 ビット長のフレームを 5 つのサブフレームで構成するという基本形式です。各サブフレームの長さは 300 ビット (6 秒) です。サブフレーム 4 と 5 はそれぞれ 25 回サブコミュテートされるため、完全なデータ メッセージには 25 個のフル フレームの送信が必要です。各サブフレームは 10 個のワードで構成され、各ワードの長さは 30 ビットです。したがって、サブフレームの 300 ビット x フレームの 5 つのサブフレーム x メッセージの 25 フレームで、各メッセージの長さは 37,500 ビットになります。50 ビット/秒の送信速度では、アルマナック メッセージ (GPS)全体を送信するのに 750 秒かかります。各 30 秒のフレームは、各衛星の原子時計が示す分または 30 秒に正確に始まります。 ^[154]

各フレームの最初のサブフレームには、週番号と週内の時間、^[155]、および衛星の状態に関するデータがエンコードされています。2番目と3番目のサブフレームには、衛星の正確な軌道であるエフェメリスが含まれています。4番目と5番目のサブフレームには、アルマナックが含まれています。アルマナックには、コンステレーション内の最大32個の衛星の大まかな軌道とステータス情報、およびエラー訂正に関連するデータが含まれています。したがって、この送信メッセージから正確な衛星の位置を取得するには、受信機は、ソリューションに含める各衛星からのメッセージを18〜30秒間復調する必要があります。送信されたすべてのアルマナックを収集するには、受信機はメッセージを732〜750秒間、つまり12秒間復調する必要があります。+1 ⁄ 2分。 ^[156]

すべての衛星は同じ周波数で放送し、独自のコード分割多重アクセス（CDMA）を使用して信号をエンコードするため、受信機は個々の衛星を区別できます。このシステムでは、2つの異なるCDMAエンコードタイプが使用されています。一般の人がアクセスできる粗/取得（C / A）コードと、暗号化コードへのアクセスを許可された米国軍と他のNATO諸国のみがアクセスできるよう暗号化された精密（P（Y））コードです。^[157]

エフェメリスは 2 時間ごとに更新され、4 時間にわたって十分に安定しています。また、異常な状況では 6 時間ごとに更新するか、それ以上の間隔で更新することもできます。アルマナックは通常 24 時間ごとに更新されます。さらに、送信更新によってデータのアップロードが遅れる場合に備えて、数週間後のデータがアップロードされます。^{[引用が必要]}

すべての衛星は同じ 2 つの周波数、1.57542 GHz (L1 信号) と 1.2276 GHz (L2 信号) で放送します。衛星ネットワークは CDMA スペクトラム拡散技術^{[158] : 607}を使用し、低ビットレートのメッセージ データは各衛星ごとに異なる高レート疑似ランダム(PRN) シーケンスでエンコードされます。受信機は実際のメッセージ データを再構成するために各衛星の PRN コードを認識している必要があります。民間用の C/A コードは 1 秒あたり 102 万3000 チップでデータを送信しますが、米軍用の P コードは 1 秒あたり 1023 万チップで送信します。衛星の実際の内部基準は 10.22999999543 MHz であり、地球上の観測者が軌道上の送信機に対して異なる時間基準を認識する相対論的効果^{[159] [160]}を補正します。 L1キャリアはC/AコードとPコードの両方で変調されますが、L2キャリアはPコードのみで変調されます。^[86] Pコードは、適切な復号化キーを持つ軍事機器でのみ利用可能な、いわゆるP(Y)コードとして暗号化できます。C/AコードとP(Y)コードはどちらも、ユーザーに正確な時刻を伝えます。

1.38105GHzの周波数のL3信号は、衛星から地上局にデータを送信するために使用されます。このデータは、米国核爆発（NUDET）検出システム（USNDS）によって、地球の大気圏と宇宙空間付近での核爆発（NUDET）を検出、位置を特定、報告するために使用されます。^[161]使用法の1つは、核実験禁止条約の執行です。

1.379913GHzのL4帯域は、追加の電離層補正のために研究されている。^{[158] : 607}

1.17645 GHzのL5周波数帯は、 GPSの近代化の過程で追加された。この周波数は航空航法の国際的に保護された範囲に該当し、いかなる状況下でも干渉がほとんどないか全くないことが期待できる。この信号を提供する最初のブロックIIF衛星は2010年5月に打ち上げられた。^[162] 2016年2月5日には、12番目で最後のブロックIIF衛星が打ち上げられた。^[163] L5は、互いに直交する2つの搬送波成分から構成される。各搬送波成分は、別々のビット列によって変調された2位相偏移変調(BPSK)である。「3番目の民間GPS信号であるL5は、最終的には航空の生命安全アプリケーションをサポートし、可用性と精度を向上させることになるだろう。」^[164]

2011 年、LightSquaredはL1 バンド付近で地上ブロードバンド サービスを運用するための条件付き免除を受けました。LightSquared は 2003 年にはすでに 1525 ～ 1559 バンドでの運用ライセンスを申請しており、パブリック コメントにかけられていましたが、FCC は LightSquared に対し、GPS コミュニティと共同で研究グループを結成し、GPS 受信機をテストして、LightSquared 地上ネットワークからの信号電力が大きいために発生する可能性のある問題を特定するよう求めました。GPS コミュニティは、LightSquared (旧 MSV および SkyTerra) の申請に反対しませんでしたが、2010 年 11 月に LightSquared は補助地上コンポーネント (ATC) 認可の変更を申請しました。この申請 (SAT-MOD-20101118-00239) は、地上基地局の同じ周波数帯域で数桁多い電力を流すという要求に相当し、宇宙からの信号のための「静かな地域」であるはずのものを携帯電話ネットワークと同等のものとして本質的に再利用するものである。2011 年前半のテストでは、スペクトルの下位 10 MHz が GPS デバイスに与える影響は最小限であることが実証されている (影響を受ける GPS デバイスの総数の 1% 未満)。LightSquared が使用することを意図している上位 10 MHz は、GPS デバイスにいくらか影響を与える可能性がある。これにより、多くの消費者の用途で GPS 信号が著しく劣化する可能性があるという懸念がある。^{[165] [166]} Aviation Week誌は、最新のテスト (2011 年 6 月) で、LightSquared のシステムによる GPS の「重大な妨害」が確認されたと報告している。^[167]

すべての衛星信号は同じL1搬送周波数に変調されているため、復調後に信号を分離する必要があります。これは、各衛星にゴールドコードと呼ばれる固有のバイナリシーケンスを割り当てることによって行われます。信号は、受信機によって監視されている衛星に対応するゴールドコードを追加することで復調後にデコードされます。^{[168] [169]}

アルマナック情報がすでに取得されている場合、受信機は PRN (1 ～ 32 の範囲の一意の番号) によって、リッスンする衛星を選択します。アルマナック情報がメモリにない場合、受信機は、衛星の 1 つでロックが取得されるまで検索モードに入ります。ロックを取得するには、受信機から衛星まで遮るもののない見通し線が必要です。受信機は、その後アルマナックを取得し、リッスンする衛星を決定できます。各衛星の信号を検出すると、その衛星の固有の C/A コード パターンによって識別します。エフェメリス データを読み取る必要があるため、最初の位置推定までに最大 30 秒の遅延が生じることがあります。

ナビゲーション メッセージを処理すると、送信時刻とこの時点での衛星の位置を特定できます。詳細については、「復調とデコード、詳細」を参照してください。

受信機は、衛星から受信したメッセージを使用して、衛星の位置と送信時刻を決定します。衛星の位置のx、y、z成分と送信時刻 ( s ) は、[ x _i、 y _i、 z _i、 s _i ] で指定されます。ここで、下付き文字i は衛星を示し、値は 1、2、...、nです ( n  ≥ 4)。受信機のオンボードクロックによって示されるメッセージ受信時刻が である場合、実際の受信時刻は です。ここで、bは、衛星で使用されているはるかに正確な GPS クロックからの受信機のクロックバイアスです。受信機のクロックバイアスは、受信したすべての衛星信号に対して同じです (衛星クロックがすべて完全に同期していると仮定)。メッセージの通過時間は です。ここで、s _iは衛星時刻です。メッセージが光速cで移動したと仮定すると、移動距離は です。 ${\displaystyle {\tilde {t}}_{i}}$${\displaystyle t_{i}={\tilde {t}}_{i}-b}$${\displaystyle {\tilde {t}}_{i}-b-s_{i}}$${\displaystyle \left({\tilde {t}}_{i}-b-s_{i}\right)c}$

n 個の衛星の場合、満たすべき方程式は次のようになります。

${\displaystyle d_{i}=\left({\tilde {t}}_{i}-b-s_{i}\right)c,\;i=1,2,\dots ,n}$

ここで、d _{i は}受信機と衛星i間の幾何学的距離または範囲です(下付き文字のない値は受信機の位置のx、y、 z成分です)。

${\displaystyle d_{i}={\sqrt {(x-x_{i})^{2}+(y-y_{i})^{2}+(z-z_{i})^{2}}}}$

擬似距離を と定義すると、擬似距離は真の範囲の偏りのあるバージョンであることがわかります。 ${\displaystyle p_{i}=\left({\tilde {t}}_{i}-s_{i}\right)c}$

${\displaystyle p_{i}=d_{i}+bc,\;i=1,2,...,n}$. ^{[170] [171]}

これらの方程式には4つの未知数[ x、y、z、b ]（GPS受信機の位置の3つの要素とクロックバイアス）があるため、これらの方程式を解くには少なくとも4つの衛星からの信号が必要です。これらは代数的または数値的方法で解くことができます。GPS解の存在と一意性は、AbellとChaffeeによって議論されています。^[73] nが4より大きい場合、このシステムは過剰決定であり、フィッティング法を使用する必要があります。

結果の誤差の量は、受信衛星の天空の位置によって異なります。これは、特定の構成（受信衛星が天空で互いに接近している場合）では、より大きな誤差が生じるためです。受信機は通常、計算された位置の誤差の暫定推定値を計算し、受信機の基本解像度に、使用されている衛星の相対的な天空の方向から計算される、位置の幾何学的希釈度（GDOP）係数と呼ばれる量を掛け合わせることで行われます。^{[172]受信機の位置は、} WGS 84 測地基準系または国固有のシステムを使用した緯度と経度などの特定の座標系で表されます。 ^[173]

GPS 方程式は数値的および解析的な方法で解くことができます。幾何学的解釈により、これらの解法の理解が深まります。

測定された距離は疑似距離と呼ばれ、クロック誤差を含む。距離が同期される単純化された理想化では、これらの真の範囲は、送信衛星の1つを中心とする球の半径を表す。受信機の位置の解は、これらの球の表面の交点にある。三辺測量（より一般的には、真の範囲の多辺測量）を参照。少なくとも3つの衛星からの信号が必要であり、それらの3つの球は通常2つの点で交差する。^[174] 1つの点は受信機の位置であり、もう1つの点は連続した測定で急速に移動するため、通常は地球の表面上にはない。

実際には、クロック バイアス以外にも、ランダム エラーや、球の中心が比較的近い場合に互いに近い数値を減算することで精度が低下する可能性など、不正確さの原因は多数あります。つまり、3 つの衛星から計算された位置だけでは、十分な精度が得られない可能性があります。ランダム エラーは相殺される傾向があり、球の中心間の広がりも大きくなるため、より多くの衛星からのデータがあると役立ちます。しかし同時に、球の数が増えても通常は 1 点で交差することはありません。したがって、通常は最小二乗法を使用して、近い交差点が計算されます。利用できる信号が多いほど、近似値も良くなる傾向があります。

受信機と衛星i間の疑似距離と受信機と衛星j間の疑似距離を減算すると、p _i − p _j、共通受信機クロックバイアス ( b ) が打ち消され、距離の差d _i − d _jが生じる。2 点 (ここでは 2 つの衛星) までの距離が一定である点の軌跡は、平面上の双曲面と3D 空間における回転双曲面(より具体的には、2 枚双曲面) である (マルチラテレーションを参照)。したがって、4 回の疑似距離測定から、受信機は、それぞれ 1 組の衛星に焦点を持つ 3 つの双曲面の表面の交点に配置できる。衛星を追加すると、複数の交点は必ずしも一意ではなく、代わりに最適な解が求められる。^{[73] [74] [175] [176] [177] [178]}

受信機の位置は、受信機のクロックバイアスb（光速cでスケール）によって与えられる半径bcの内接球（内球）の中心として解釈できます。内球の位置は、他の球に接する位置です。外接球はGPS 衛星を中心とし、その半径は測定された疑似距離p _{i に等しくなります。この構成は、球の半径が偏りのない距離または幾何学的距離}d _iであった上記の構成とは異なります。^{[177] : 36–37  [179]}

受信機のクロックは通常、衛星のクロックと同じ品質ではなく、衛星と正確に同期されません。これにより、衛星までの実際の距離と比較して大きな差がある疑似距離が生成されます。したがって、実際には、受信機のクロックと衛星の時間差は、未知のクロックバイアスbとして定義されます。次に、方程式を解いて受信機の位置とクロックバイアスを同時に求めます。解空間 [ x, y, z, b ] は 4 次元時空と見なすことができ、少なくとも 4 つの衛星からの信号が必要です。その場合、各方程式はハイパーコーン(または球状コーン) を記述し、^[180]先端が衛星に位置し、底面が衛星の周りの球体になります。受信機は、このようなハイパーコーンの 4 つ以上の交差点にあります。

4 つ以上の衛星が利用可能な場合、受信機のチャネル数、処理能力、および幾何精度低下(GDOP)に応じて、計算では最適な 4 つの衛星を使用することも、4 つ以上 (最大ですべての可視衛星) を同時に使用することもできます。

4つ以上を使用すると、一意の解を持たない過剰決定方程式系になります。このような系は、最小二乗法または加重最小二乗法で解くことができます。^[170]

${\displaystyle \left({\hat {x}},{\hat {y}},{\hat {z}},{\hat {b}}\right)={\underset {\left(x,y,z,b\right)}{\arg \min }}\sum _{i}\left({\sqrt {(x-x_{i})^{2}+(y-y_{i})^{2}+(z-z_{i})^{2}}}+bc-p_{i}\right)^{2}}$

4 つの衛星に対する方程式も、4 つを超える衛星に対する最小二乗方程式も非線形であり、特別な解法が必要です。一般的なアプローチは、ガウス・ニュートン法などの方程式の線形化された形式を反復することです。

GPS は当初、数値最小二乗解法の使用を前提として開発されました。つまり、閉じた形式の解が見つかる前のことでした。

上記の方程式の閉じた解法の一つは、S.バンクロフトによって開発された。^{[171] [181]}その特性はよく知られている。^{[73] [74] [182]}特に、支持者は反復最小二乗法と比較して、低GDOPの状況ではそれが優れていると主張している。^[181]

バンクロフト法は数値的ではなく代数的であり、4 つ以上の衛星に使用できます。4 つの衛星を使用する場合、重要な手順は 4x4 行列の逆行列と 1 変数の二次方程式の解です。バンクロフト法は、未知数に対して 1 つまたは 2 つの解を提供します。未知数が 2 つの場合 (通常はその場合)、そのうち 1 つだけが地球近傍で実用的な解です。^[171]

受信機が4つ以上の衛星を使って解を求める場合、バンクロフトは一般化逆行列（擬似逆行列）を使って解を求める。過剰決定非線形最小二乗問題を解くためのガウス・ニュートン法などの反復法は、一般的に、より正確な解を提供するという主張がなされている。^[183]

Leickら(2015)は、「Bancroft(1985)の解法は、最初のものではないにしても、非常に初期の閉形式の解法である」と述べている。^[184] その後、他の閉形式の解法も発表されたが、^{[185] [186]}実際に採用されたかどうかは不明である。

GPS 誤差解析では、GPS 結果の誤差源とそれらの誤差の予想される大きさを調べます。GPS は受信機のクロック誤差やその他の影響を修正しますが、一部の残差誤差は修正されません。誤差源には、信号到着時間の測定、数値計算、大気の影響 (電離層/対流圏の遅延)、天体暦とクロック データ、マルチパス信号、自然および人工の干渉などがあります。これらの原因による残差誤差の大きさは、精度の幾何学的希釈度に依存します。人工誤差は、妨害装置によって発生し、船舶や航空機を脅かす可能性があります^[187]。または、選択的可用性による意図的な信号劣化によって発生する可能性があります。選択的可用性により精度が ≈ 6～12 m (20～40 フィート) に制限されましたが、2000 年 5 月 1 日からオフになっています。^{[188] [189]}

米国では、GPS受信機は連邦通信委員会（FCC）のパート15規則の下で規制されている。米国で販売されているGPS対応デバイスのマニュアルに記載されているように、パート15デバイスとして、そのデバイスは「望ましくない動作を引き起こす可能性のある干渉を含め、受信したあらゆる干渉を受け入れなければならない」。^[190]特にGPSデバイスに関しては、FCCはGPS受信機メーカーは「割り当てられたスペクトル外の信号の受信を合理的に区別する受信機を使用しなければならない」と規定している。^[191]過去30年間、GPS受信機はモバイル衛星サービス帯域の隣で動作し、インマルサットなどのモバイル衛星サービスの受信を問題なく区別してきた。

FCCがGPS L1用に割り当てたスペクトルは1559～1610MHzであるが、衛星対地上用にLightsquaredが所有するスペクトルはモバイル衛星サービス帯域である。^{[192] 1996年以来、FCCは}バージニア州の会社LightSquaredにGPS帯域1525～1559MHzに隣接するスペクトルのライセンス使用を許可してきた。2001年3月1日、FCCはLightSquaredの前身であるMotient Servicesから、統合衛星地上サービスに割り当てられた周波数を使用する申請を受けた。 ^[193] 2002年、米国GPS産業協議会はLightSquaredと帯域外放射（OOBE）協定を結び、LightSquaredの地上局からの送信が隣接するGPS帯域1559～1610MHzに送信を放出することを防止した。^[194] 2004年、FCCは、LightSquaredが衛星システムに補助的な地上ネットワーク（補助タワーコンポーネント（ATC）として知られる）を展開することを認可する際にOOBE契約を採用しました。「我々は、追加された地上コンポーネントが主要なMSSサービスに補助的であり続けることを保証する条件に従って、MSS ATCを認可します。我々は、地上コンポーネントがスタンドアロンサービスになることを意図しておらず、許可しません。」^{[195]この認可は、}米国農務省、米国宇宙軍、米国陸軍、米国沿岸警備隊、連邦航空局、アメリカ航空宇宙局（NASA）、米国内務省、米国運輸省を含む米国省間無線諮問委員会によって検討され、承認されました。^[196]

2011年1月、FCCは、 Best Buy、Sharp、C SpireなどのLightSquaredの卸売顧客が、LightSquaredから統合衛星地上ベースサービスのみを購入し、LightSquaredに割り当てられた1525〜1559MHzの周波数を使用して地上ベースの信号のみを使用するように装備されたデバイスでその統合サービスを再販売することを条件付きで許可しました。 ^[197] 2010年12月、GPS受信機メーカーは、LightSquaredの信号がGPS受信機デバイスに干渉するのではないかとFCCに懸念を表明しましたが、 ^[165] 2011年1月の命令に至るまでのFCCの政策検討には、地上ベースのLightSquaredステーションの最大数やこれらのステーションが動作できる最大電力に対する提案された変更は関係していませんでした。2011年1月の命令では、最終的な許可は、GPS業界と連邦機関の参加とともにLightSquaredが主導するワーキンググループによって実施されるGPS干渉問題の研究を条件としています。 2012 年 2 月 14 日、FCC は、潜在的な GPS 干渉を軽減する実用的な方法が現時点では存在しないという NTIA の結論に基づいて、LightSquared の条件付き免除命令を取り消す手続きを開始しました。

GPS受信機メーカーは、GPSに割り当てられた帯域を超えるスペクトルを使用するようにGPS受信機を設計している。場合によっては、GPS受信機は、1575.42MHzのL1周波数のいずれかの方向に最大400MHzのスペクトルを使用するように設計されている。これは、それらの地域のモバイル衛星サービスが宇宙から地上に放送されており、電力レベルがモバイル衛星サービスに見合ったものであるためである。^[198] FCCのパート15規則で規制されているように、GPS受信機は、GPSに割り当てられたスペクトル外の信号からの保護が保証されていない。^[191]これが、GPSがモバイル衛星サービス帯域の隣で動作し、モバイル衛星サービス帯域がGPSの隣で動作する理由である。スペクトル割り当ての共生関係により、両方の帯域のユーザーが協力して自由に操作できることが保証される。

FCC は 2003 年 2 月に、LightSquared などのモバイル衛星サービス (MSS) ライセンシーが、ライセンスを受けたスペクトル内に少数の補助地上ベース タワーを建設して「地上無線スペクトルのより効率的な使用を促進する」ことを許可する規則を採択しました。^[199] 2003 年の規則で、FCC は次のように述べました。「予備的な問題として、地上 [商用モバイル無線サービス ('CMRS')] と MSS ATC は、価格、サービス範囲、製品の受け入れおよび配布が異なることが予想されます。したがって、この 2 つのサービスは、せいぜい、主に異なる市場セグメントで運営される、お互いの不完全な代替品であるように見えます... MSS ATC が同じ顧客ベースで地上 CMRS と直接競合する可能性は低いです...」。 2004年、FCCは地上の塔が補助的なものであることを明確にし、「我々は、追加された地上コンポーネントが主要なMSSサービスに補助的なものであることを保証する条件の下で、MSS ATCを認可する。我々は、地上コンポーネントがスタンドアロンサービスになることを意図しておらず、また許可するつもりもない」と述べた。^[195] 2010年7月、FCCは、ライトスクエアードが統合衛星地上サービスを提供する権限を使用して、「地上のモバイルプロバイダーが提供するものと同様のモバイルブロードバンドサービスを提供し、モバイルブロードバンドセクターの競争を強化する」ことを期待していると述べた。^[200] GPS受信機メーカーは、補助タワーコンポーネント（ATC）が実際には主要な衛星コンポーネントの補助的要素となることを明らかにした2003年と2004年のFCC ATC裁定に基づき、LightSquaredの認可された1525～1559MHzの周波数帯が高速無線ブロードバンドに使用されることは想定されていなかったと主張している。^[201]モバイル衛星サービス帯域での単純な地上ベースのLTEサービスではなく、LightSquaredの補助地上コンポーネントの2004年のFCC認可を継続する取り組みに対する国民の支持を集めるため、GPS受信機メーカーのTrimble Navigation Ltd.は「GPSを救う連合」を結成した。^[202]

FCCとLightSquaredはそれぞれ、ネットワークの運用が許可される前にGPS干渉問題を解決することを公約している。^{[203] [204]}航空機所有者およびパイロット協会のクリス・ダンシーによると、影響を受けるタイプのシステムを搭載した航空会社のパイロットは「コースを外れても気づかない可能性がある」とのこと。^[205]これらの問題は、連邦航空局の航空管制システムのアップグレード、米国国防総省のガイダンス、および911を含む地元の緊急サービスにも影響を与える可能性がある。^[205]

2012年2月14日、FCCは、軍やその他の連邦政府機関の周波数利用を調整する連邦機関である国家電気通信情報局（NTIA）から「現時点では潜在的な干渉を軽減する実用的な方法はない」と通知された後、ライトスクエアードの計画中の全国ブロードバンドネットワークを禁止する動きを見せた。^{[206] [207]}ライトスクエアードはFCCの措置に異議を唱えている。^{[更新が必要]}

米国の GPS 導入に続き、他の国々も独自の衛星ナビゲーション システムを開発しました。これらのシステムには次のものがあります。

• ロシアの全地球航法衛星システム（GLONASS）はGPSと同時期に開発されたが、2000年代半ばまでは地球全体を完全にカバーしていなかった。^[208] GPSに加えてGLONASS受信を受信機に組み合わせることで、追加の衛星を利用でき、位置の特定を高速化し、精度を2メートル（6.6フィート）以内に向上させることができる。^{[209] [210]}

• 中国の北斗衛星測位システムは2018年に世界規模でサービスを開始し、2020年に全面展開を完了した。^[211]

• 欧州連合と他のパートナー諸国によって開発されている地球規模のシステムであるガリレオ航法衛星システムは、2016年に運用を開始し、 ^[212] 2020年までに完全に展開される予定です。^{[更新が必要]}

• 日本の準天頂衛星システム（QZSS）は、アジア・オセアニア地域でのGPSの精度を高めるためのGPS衛星ベースの補強システムであり、2023年にはGPSに依存しない衛星ナビゲーションが予定されている。^[213]

• インドが導入したインド地域航法衛星システム。

• "NAVSTAR GPS User Equipment Introduction" (PDF). United States Coast Guard. September 1996. Archived from the original (PDF) on October 21, 2013. Retrieved August 22, 2008.
• Parkinson; Spilker (1996). The global positioning system. American Institute of Aeronautics and Astronautics. ISBN 978-1-56347-106-3.
• Jaizki Mendizabal; Roc Berenguer; Juan Melendez (2009). GPS and Galileo. McGraw Hill. ISBN 978-0-07-159869-9.
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• Global Positioning System Open Courseware from MIT, 2012
• Greg Milner (2016). Pinpoint: How GPS is Changing Technology, Culture, and Our Minds. W. W. Norton. ISBN 978-0-393-08912-7.

• FAA GPS FAQ
• GPS.gov – General public education website created by the U.S. Government