『壹』 全球定位系統
GPS具有定位的高度靈活性和高精度、快速、提供三維坐標、全天候作業、操作簡便以及全球連續覆蓋等特點，已經成為獲取現勢空間數據的重要手段，廣泛應用於土地資源調查和空間定位數據的採集。
（一）GPS發展概況
在衛星定位系統出現之前，無線導航系統是遠程導航與定位最主要的工具。無線電導航系統的缺點是覆蓋的工作區域小，電波傳播易受大氣影響，定位精度不高。
1958年開始研製、1964年正式投入使用的美國的子午儀系統（Transit）是全球最早的衛星定位系統。由於該系統衛星數目較少，不超過6顆，運行高度較低（平均1000千米），從地面站觀測到衛星的時間間隔較長（平均l.5小時），因而它無法提供連續的實時三維導航，而且精度較低。
全球定位系統是1973年美國國防部制定的計劃，從20世紀70年代開始研製，歷時20年，於1994年全面建成，是具有在海、陸、空進行全方位實時三維導航與定位能力的新一代衛星導航與定位系統。
GPS網路由24顆衛星組成。這些衛星不中斷地向地面站發回精確的時間信息和它們的位置信息。GPS接收器利用GPS衛星發送的信號確定衛星在太空中的位置，並根據無線電波傳送的時間來計算它們間的距離，計算出至少3～4顆衛星的相對位置後，GPS接收器就可以用三角學來算出自己的位置。每個GPS衛星都有4個高精度的原子鍾，同時還有一個實時更新的資料庫，記載著其他衛星的現在位置和運行軌跡。當GPS接收器確定了一個衛星的位置時，它可以下載其他所有衛星的位置信息，這有助於它更快地得到所需的其他衛星的信息。
目前，全球有幾套GPS系統處於運行狀態，包括美國、俄羅斯的GLONASS、歐洲空間局的Galileo以及我國的北斗系統。
（二）美國GPS系統
美國的GPS主要由三大部分構成——空間部分、地面站和用戶。空間部分是由24顆衛星組成的覆蓋全球的衛星網路，這些衛星處於離地面約2萬千米的圓軌道上。軌道面的傾角為63°，系統中共有3條升交點赤徑相互相差120°的軌道，每條軌道上均勻分布8顆衛星，相鄰兩軌道上衛星相隔30°。衛星姿態採用三軸穩定方式，以便保證衛星上導航天線的輻射口總是對准地面。衛星上工作頻率為2200～2300兆赫茲的遙測發射機，把衛星的各種遙測數據發送到地面站組。衛星上的接收機接收地面站向衛星發送的頻率為1750～1850兆赫茲的導航信息，包括時鍾校正參量、大氣校正參量、衛星星座及全部24顆衛星的歷書等。衛星接收機也接收來自地面站組的控制指令。
衛星上裝有穩定度為1×10-13的精密原子鍾，各衛星的原子鍾相互同步，並與地面站組的原子鍾同步。這樣建立起GPS系統的精密時系，稱為GPS時。向地面發送的星歷就是以GPS時為基礎和順序發射的。發射雙頻是為了校正電離層產生的附加延時。
目前GPS系統提供的定位精度優於10米，而為得到更高的定位精度，通常採用差分GPS技術將一台GPS接收機安置在基準站上進行觀測。根據基準站已知精密坐標，計算出基準站到衛星的距離改正數，並由基準站實時將這一數據發送出去。用戶接收機在進行GPS觀測的同時，也接收到基準站發出的改正數，並對其定位結果進行改正，從而提高定位精度。
（三）俄羅斯GLONASS
GLONASS是前蘇聯從20世紀80年代初開始建設的與美國GPS系統相類似的衛星定位系統，也由衛星星座、地面監測控制站和用戶設備三部分組成。現在由俄羅斯空間局管理。GLONASS系統單點定位精度水平方向為16米，垂直方向為25米。
GLONASS衛星由質子號運載火箭一箭三星發射入軌，衛星採用三軸穩定體制，質量1400千克，設計軌道壽命5年。所有GLONASS衛星均使用精密銫鍾作為其頻率基準。第一顆GLONASS衛星於1982年10月12日發射升空。
GLONASS系統的衛星星座由24顆衛星組成，均勻分布在3個近圓形的軌道平面上，每個軌道面8顆衛星，軌道高度19100千米，運行周期11小時15分，軌道傾角64.8°。
與美國的GPS系統不同的是，GLONASS系統採用頻分多址（FDMA）方式，根據載波頻率來區分不同衛星；GPS是碼分多址（CDMA），根據調制碼來區分衛星。每顆GLONASS衛星發射的兩種載波的頻率分別為L1=1602+0.5625k（兆赫茲）和L2=1246＋0.4375k（兆赫茲），其中k（l～24）為每顆衛星的頻率編號，所有GPS衛星的載波頻率相同，均為L1=1575.42兆赫茲和L2=1227.6兆赫茲。
為進一步提高GLONASS系統的定位能力，開拓廣大的民用市場，俄羅斯採取了與美國GPS系統不同的政策，即對GLONASS系統採用了軍民合用、不加密的開放政策。並計劃用4年時間將其更新為GLONASS-M系統，改進一些地面測控站設施，將衛星的在軌壽命延長到8年，實現系統的高定位精度，位置精度提高到10～15米，定時精度提高到20～30納秒，速度精度達到0.01米/秒。
GLONASS系統的主要用途是導航定位，當然與GPS系統一樣，也可以廣泛應用於各種等級和種類的測量應用、GIS應用和時頻應用等。
（四）歐洲空間局Galileo系統
歐盟於2002年3月底正式批准啟動「伽利略」全球衛星導航定位系統計劃。根據計劃，該系統的第一顆衛星於2004年發射升空，至2008年共發射30顆衛星以構建整個導航系統網路。2002～2005年第一階段的投資達到11億歐元，其中歐盟承擔一半，另外一半由歐洲空間局承擔。
Galileo是歐洲自主的、獨立的全球多模式衛星定位導航系統，提供高精度、高可靠性的定位服務，同時將實現完全非軍方控制和管理。Galileo能夠與美國的GPS、俄羅斯的GLONASS系統實現多系統內的相互合作，任何用戶將來都可以用一個接收機採集各個系統的數據或者各系統數據的組合來實現定位導航的要求，Galileo可以分發實時的米級定位精度信息，這是現有的衛星導航系統不具備的。
Galileo由空間部分、地面部分和用戶三部分組成。空間部分由分布在3個軌道上的30顆中等高度軌道衛星（MEO）構成，每個軌道面上有10顆衛星，9顆正常工作，1顆運行備用，軌道面傾角56°。地面部分包括全球地面控制段、全球地面任務段、全球域網、導航管理中心、地面支持設施和地面管理機構。用戶端主要就是用戶接收機及其等同產品。Galileo將與GPS、GLONASS的導航信號一起組成復合型衛星導航系統，因此，用戶接收機將是多用途、兼容性接收機。
除了導航、定位、授時等基本服務，Galileo還提供搜索與救援（SAR功能）等特殊服務。該系統可在鐵路安全運行調度、海上運輸系統、陸地車隊運輸調度、精準農業以及飛機導航和著陸系統中應用。
（五）我國的「北斗」系統
我國的GPS技術研究起步於20世紀80年代，進入90年代，GPS技術研究、開發和應用取得了長足的進展。
1983年，我國科學家提出了利用兩顆同步定點衛星進行定位導航的設想，這一系統稱為「雙星定位系統」。1993年我國進一步進行了「雙星定位系統」的試驗工作，1994年正式立項，2003年我國成功地將第三顆「北斗」一號導航定位衛星送上太空，它的准確入軌標志著我國已成功建立了自主的衛星導航系統——第一代北斗衛星導航定位系統。
北斗衛星導航系統由空間衛星、地面控制中心站和用戶終端三部分構成。空間部分即「北斗」一號，由兩顆工作衛星和一顆備份衛星組成，2003年發射的是備份衛星，兩顆定位衛星分別於2000年10月31日和12月21日發射。
用戶利用一代「北斗」系統定位，首先向地面中心站發出請求，地面中心站再發出信號，分別經兩顆衛星反射傳至用戶，地面中心站通過計算兩種途徑所需時間即可完成定位。一代「北斗」系統與GPS系統不同，對所有用戶位置的計算不是在衛星上進行，而是在地面中心站完成的。因此，地面中心站可以保留全部北斗用戶的位置及時間信息，並負責整個系統的監控管理。
「北斗」系統採用的是有源定位，GPS和GLONASS等都是無源定位，這是它們本質上的不同點。所謂有源定位就是用戶需要通過地面中心站聯系導航定位衛星，而無源定位是用戶直接與衛星聯絡確定自己的位置。GPS和GLONASS的主要功能都是定位和授時，應該說，從用戶獲得這兩項服務的便利程度和精確程度來看，一代「北斗」系統還處於劣勢。但「北斗」系統比這兩種全球定位系統多了一項通訊功能。2010年前，集無源定位和有源定位於一體的我國導航定位系統——二代「北斗」將建成，屆時，國民經濟各領域都將從中獲得更大的效益。
土壤學研究有大量的野外工作，在GPS進入民用階段以前，野外的定位採用羅盤、氣壓計、米尺等設備，這些方法定位速度慢、精度差、可重復性低，不利於長期的定位研究。GPS的出現克服了這些缺點，不僅可以快速、高精度地定位，還可以與GIS及RS結合，直接生成新的數據資源，動態、快速地更新土壤資源數據以及土地利用的准實時現狀。