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船舶用GPS受信機
グローバル・ポジショニング・システム（英語: Global Positioning System, Global Positioning Satellite, GPS、全地球測位システム）とは、アメリカ合衆国によって運用される衛星測位システム（地球上の現在位置を測定するためのシステムのこと）を指す。
ロラン-C（Loran-C: Long Range Navigation C）システムの後継にあたる。
アメリカ合衆国が打ち上げた約30個のGPS衛星のうち、上空にある数個の衛星からの信号をGPS受信機で受け取り、受信者が自身の現在位置を知るシステムである。
1973年にアメリカ国防総省の軍事プロジェクトとして開始され、最初の試験衛星は1978年に打ち上げられた。元来その利用は軍事用途に制限されていたが、1983年の大韓航空機撃墜事件発生後、民間機の安全な航行のため民間利用にGPSを開放する事がレーガン大統領により表明された。その後、民生運用に足る精度を満たした「初期運用宣言」は1993年に、軍事運用可能な精度を満たした「完全運用宣言」は1995年に成された[1]。
GPSは地上局を利用するロラン(LORAN)-Cと異なり、受信機の上部を遮られない限り、地形の影響を受けて受信不能に陥る事が少ない[注釈 1]。
GPS衛星からの信号には、衛星に搭載された原子時計からの時刻のデータ、衛星の天体暦（軌道）の情報などが含まれている。受信機はGPS衛星からの電波を受信し、その発信時刻を測定し、発信と受信との時刻差に、電波の伝播速度（光速）を掛けることによって、その衛星からの距離がわかる。受信機座標（3次元空間上の点）はこれらから求められる。
ただし多くのGPS受信機に搭載されている時計では精度が不足し、そのままでは受信時刻値は不正確となる[注釈 2]。そこで、多くの受信機の測位計算では、4つ以上のGPS衛星からの電波を受信し、受信機座標に加え受信時刻も未知数とする形で求める。
GPS衛星は約20,000kmの高度を一周約12時間で動く準同期衛星である（静止衛星ではない）。いくつかの軌道上に打ち上げられた30個ほどの衛星コンステレーションで地球上の全域をカバーできる。また中地球軌道なので信号の送信電力としても有利であり、ある地域からみても刻々と配置が変化するため、全地球上で誤差を平均化できる（地域によってはカバーする衛星の個数が常に少ない場合もある）。
原理
3次元測位詳細は「衛星測位システム#利用者受信機」を参照
慣性系を仮定すると、光速 c {\displaystyle c} は一定である（ c {\displaystyle c} =2.99792458 × 108 m/s）。
GPS衛星と受信機がともに正確とみなせる時計をもっていれば、GPS衛星 i {\displaystyle i} からの信号送信時刻（受信機測定から得る） T i {\displaystyle T_{i}} と受信時刻 t {\displaystyle t} の差にcを掛け、伝播距離が得られる。 c ( T i − t ) {\displaystyle c\,\left(T_{i}-t\right)}
したがってGPS衛星 i {\displaystyle i} の位置を座標 ( X i , Y i , Z i {\displaystyle X_{i},Y_{i},Z_{i}} )、受信機の位置を ( x , y , z {\displaystyle x,y,z} ) とすると、伝播距離は下記の関係式を満たす。 c 2 ( T i − t ) 2 = ( X i − x ) 2 + ( Y i − y ) 2 + ( Z i − z ) 2 {\displaystyle c^{2}\left(T_{i}-t\right)^{2}=\left(X_{i}-x\right)^{2}+\left(Y_{i}-y\right)^{2}+\left(Z_{i}-z\right)^{2}}
なおGPS衛星の位置を得るには、受信データに重畳された航法メッセージ信号を復調し、送信時刻 T i {\displaystyle T_{i}} と組み合わせて求める。
受信時刻 t {\displaystyle t} はGPS受信機の時計の値であり、もしそれが正確ならば、受信機の位置である三つの変数（未知数） x , y , z {\displaystyle x,y,z} を得るために、意味が異なる最低三本の連立方程式があれば良い。
しかしGPS受信機の時計はそれほど正確ではなく、受信時刻 t {\displaystyle t} も未知数とする必要がある。4つの未知数( x , y , z , t {\displaystyle x,y,z,t} )を求めるためには、4つ以上の衛星から受信することが必要となる。 @media screen{.mw-parser-output .fix-domain{border-bottom:dashed 1px}}GPS衛星からの情報を変調する方式であるSS（spread spectrum）変調方式（CDMA：code division multiple access方式などともよばれる）[要検証 – ノート]は、人工的に作った（真の乱数と区別が付かない）コードである擬似雑音系列に送信データを掛けて送信信号を生成する。 このため、FMやAM変調などに比べて広いバンド幅で低電力で送信でき、秘話性（擬似雑音系列がわからなければデータを復調できない）や秘匿性（白色雑音と区別がつかないため送信していること自体がわからない）、同一バンドを異なる擬似雑音系列で多重利用できることなどの特徴がある。
SS変調による測距
