Hiện nay trên thế giới cĩ nhiều hệ thống định vị tồn cầu sử dụng cơng nghệ vệ tinh để xác định tọa độ các điểm trên mặt đất. Phổ biến nhất là hệ thống Glonass của Nga và hệ thống Navstap GPS của Mỹ. Cả hai hệ thống đều cĩ ba phần chính là phần khơng gian, phần điều khiển và phần sử dụng. Sau đây chỉ đề cập đến hệ GPS (Global Positioning System)
1. Phần khơng gian: theo thiết kế ban đầu gồm 27 vệ tinh trong đĩ cĩ 3 vệ tinh dự trữ.
Các vệ tinh này được phân bố trên 6 mặt phẳng quỹ đạo nghiêng với mặt phẳng xích đạo một gĩc 55o. Các quỹ đạo cĩ độ cao đồng nhất cách mặt đất 20183 km. Việc bố trí như vậy đảm bảo để tại mọi điểm trên mặt đất cĩ thể đồng thời nhận được các tín hiệu ít nhất từ 4 vệ tinh. Mỗi vệ tinh phát đi hai tần số sĩng L1 = 1575,42 MHz và L2 = 1227,60 MHz. Các sĩng phát đi mang các thơng tin tọa độ đã hiệu chỉnh của vệ tinh, thơng tin về lịch vệ tinh ...
2. Phần điều khiển: gồm năm trạm mặt đất, trong đĩ cĩ một trạm điều khiển trung tâm,
bốn trạm theo dõi. Trong bốn trạm theo dõi cĩ ba trạm hiệu chỉnh số liệu. Trạm trung tâm tính lại tọa độ của các vệ tinh theo dõi đã thu được gửi tới ba trạm hiệu chỉnh số liệu và từ đĩ gửi tiếp đến các vệ tinh. Sau một giờ các vệ tinh đã cĩ số liệu hiệu chỉnh để phát tới các máy thu.
3. Phần sử dụng: gồm các máy thu tín hiệu vệ tinh đặt trên mặt đất. Máy thu cĩ hai loại:
loại một tần số và loại hai tần số. Loại một tần số chỉ thu được các mã phát của sĩng L1. Loại hai tần số nhận được cả hai loại sĩng L1 và L2. Loại một tần số xác định được vị trí tương đối giữa các trạm với độ chính xác 1-5 cm nếu khoảng cách < 50 km. Độ chính xác sẽ giảm đi đáng kể nếu khoảng cách > 50 km. Để đo được khoảng cách trên hàng ngàn km ta phải loại trừ ảnh hưởng của tần điện ly.
Muốn vậy, ta phải sử dụng máy hai tần số.
Việc xác định vị trí các điểm trên mặt đất bằng cơng nghệ vệ tinh dựa trên cơ sở đo khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu theo tốc độ và thời gian truyền sĩng điện từ. Nếu đo khoảng cách đến ba vệ tinh đã biết tọa độ, ta cĩ thể xác định được tọa độ của điểm đặt trạm thu bằng phương pháp giao hội cạnh. Vì cĩ sự khác nhau về độ chính xác xác định giờ trên vệ tinh, tại trạm thu và một số nguyên nhân khác nên khoảng cách được xác định đến vệ tinh sẽ mang sai số. Khoảng cách cĩ mang sai số được gọi là giả cự ly. Để tính đúng tọa độ các điểm theo các giả cự ly phải đo đến ít nhất bốn vệ tinh.
Phương pháp định vị điểm bằng cơng nghệ GPS cĩ thể chia thành định vị tuyệt đối và định vị tương đối.
- Định vị tuyệt đối: là sử dụng máy thu GPS xác định tọa độ của điểm đặt máy trong hệ tọa độ trắc địa thế giới WGS-84 (World Geodetic System 1984). Thành phần tọa độ cĩ thể là x, y, z trong hệ tọa độ vuơng gĩc khơng gian địa tâm1 hoặc B, L, H trong hệ tọa độ mặt cầu. Định vị tuyệt đối thường đạt độ chính xác thấp, sai số tọa độ cỡ hàng chục mét.
- Định vị tương đối: là sử dụng hai máy thu GPS đo đồng thời ở hai điểm khác nhau để xác định hiệu tọa độ của chúng là ∆x, ∆y, ∆z hoặc ∆B, ∆L, ∆H trong hệ tọa độ WGS-84
Trên cơ sở nguyên lý định vị tương đối, người ta sử dụng phương pháp đo tĩnh đo hiệu pha sĩng tải để xác định hiệu tọa độ từng cặp điểm với độ chính xác cao (cĩ sai số cỡ xăngtimét, thậm chí tới milimét) đáp ứng yêu cầu xây dựng lưới khống chế tọa độ nhà nước. Ngồi ra, cịn sử dụng phương pháp đo động để xác định vị trí tương đối của hàng loạt điểm (máy thu di động) so với máy cơ sở đặt tại điểm cố định đã biết tọa độ.
Thiết bị GPS gọn nhẹ, thao tác đơn giản, khơng yêu cầu cao về điều kiện thời tiết, điều kiện thơng hướng dễ dàng (chỉ cần một khoảng trống đủ rộng để thấy đồng thời bốn vệ tinh trên bầu trời), vì vậy cơng nghệ GPS ngày càng được sử dụng rộng rãi để xây dựng lưới khống chế tọa độ nhà nước, lưới khống chế tọa độ cơng trình và đo vẽ địa hình.