(一) GPS 系統發展
美國國防部於 1973 年實驗設計一種 4 顆衛星的導航系統，初期命名為 TRANSIT 系統。這些衛星位於地球較高軌道，主要提供海運及軍事的應用，但因準確度不夠，其 位置信號最快只能兩小時更新一次，實用價值大打折扣。但美國也因此驗證了以衛星作 定位導航的可行性，著手開發正式的系統取代此系統的運行。
西元 1974 年美國發射名為導航之星(NavStar)衛星定位系統的第一顆衛星，開始將 原子鐘放入太空，此原子鐘是決定地面與衛星時間同步及換算距離的時間基礎，驗證了 其穩定性與準確度之後，1977 年發射此系列的第二顆衛星，結束對原子鐘在衛星定位系 統中作為信號抵達時間運算的試驗(安守中，2006)。
1983 年，美國客機因導航錯誤偏離航道遭俄國空軍擊落，此事件促使次年美國政府 宣布開放 GPS 部分導航功能給民間使用，且根據美國國會的決議，不論政治立場如何，
均開放全世界每個角落可以免費使用 GPS 的訊號。1991 年波斯灣戰爭時期，用於定位 的衛星包含第一代實驗性衛星(Block-I)以及部分的第二代衛星(Block-II)，總數達到 21 顆，亦是 GPS 第一次實際運用在前線戰役中，至此 GPS 定位能力開始逐漸被世人所熟 知。其後，因 GPS 系統用於民間定位服務的精度高於原先設計，美國國防部基於國家
安全考量，在 1990 年三月於系統中加入降低精度的 SA 干擾碼，此人為的干擾碼將原先 的導航誤差提高至百公尺的範圍(安守中，2006)。
在 1993 年 12 月 8 日第 24 顆 GPS 衛星進入太空軌道運行後，GPS 已經達到初步操 作能力(IOC , Initial Operation Capability)，24 顆 GPS 衛星(包含初期測試用的 Block-I 與 量產型 Block-II/IIA)提供 24 小時全天候的定位與導航資訊。美國空軍太空司令部(AFSC , U.S. Air Force Space Command)於 1995 年 4 月 27 日宣布 GPS 已達到完整操作能力(FOC , Full Operational Capability)，將 IOC 中的 Block-I 衛星加以汰換，24 顆衛星全部由 Block-II/IIA 衛星所組成，成功的滿足軍事實務的操作。
2000 年 5 月 1 日因應民間的要求，美國總統克林頓宣布停止 SA 干擾碼的發送。這 是 GPS 歷史上一個重要里程碑，此舉使 GPS 定位精度提高十倍，誤差由 100~150 公尺 縮減至 10~15 公尺，開啟了 GPS 在民間應用的新紀元。解除 SA 的好處如下(曾清涼、
儲慶美，1999)：
1. 對於位置、方位及速度的準確度提高約十倍。
2. DGPS 差分修正的功能精度提高 1~5m。
3. 使用上無須更新軟硬體。
關閉 SA 效應為 GPS 現代化的開始，接著將一個新的軍用訊號(M-Code)及第二個民 用訊號(L2C)加到 L2 頻率上，最後則是將第三個民用訊號加到 L5 頻率上。現階段尚未 考慮將現有 L1 上的 C/A 電碼提升至 L1C。下一個現代化計畫則是設計及發射新一代衛 星 GPS Block III 以 提 供 未 來 至 2030 年 高 精 度 軍 用 與 民 用 系 統 的 需 求 (http://gge.unb.ca/Resources/)。GPS 現代化的時間表如表 1 所示。
截至 2012 年 3 月 29 日止，在軌的 GPS 衛星共有 31 顆，正常運作的衛星有 31 顆。
GPS 星群分布如圖 2 所示，圖中編號 5、7、12、15、17、29 及 31 號等七顆衛星為現代 化的 Block IIR-M 衛星。
圖2 2012 年 3 月 29 日 GPS 星群分圖(http://gge.unb.ca/Resources/)
表1 GPS 現代化的時間表(蔡孟倫，2008) GLONASS 系統之運作，並提出類似 GPS 現代化之計畫，計畫在 2011 年前將 GLONASS 系統恢復到 24 顆在軌運行的工作衛星。該計畫第一步為發射壽命更長的第二代衛星 GLONASS-M 衛星(M 表示 Modified，改良型的意思)，其衛星上將第二個民用訊號調制 在 L2 頻率，增加了定位的精度。從 1999 年開始陸續發射，1999～2002 年發射的 GLONASS-M 衛星壽命為 5 年，2003 年以後發射的 GLONASS-M 衛星壽命為 7 年。接 著為發展中的第三代 GLONASS-K 衛星，其將第三個民用訊號調制在 L3 頻率，進一步 提升新一代 GLONASS 的性能，且重量更輕，設計使用壽命超過 10 年，在衛星壽命方 面，可以達到和美國相同的水準。根據俄羅斯官方宣稱，計畫在 2017 年完成 GLONASS 系統的更新換代，全面升級為 GLONASS-M 和 GLONASS-K 系統，以提高定位精度，
從目前的 20 m 提高至米級(陳俊勇，2009)。
與前期衛星相比，GLONASS-M 具有以下優勢(Zinoview, 2005)：
1. 使用年限更長(由 3 年提升為 7 年)。
2. 增加了民用 L2 訊號。
3. 裝備更穩定的時鐘(由51013提升為11013)與更精確的時鐘差改正(由 20ns 提 升為 8ns)。
4. 額外的 GLONASS-M 導航訊號。
5. 衛星間無線電鏈結。
截至 2012 年 3 月 29 日止，以建置完成的 GLONASS 衛星共有 31 顆。GLONASS 星群分布如圖 3 所示。
圖3 2012 年 3 月 29 日 GLONASS 星群分布圖(http://gge.unb.ca/Resources/) (三) GPS/GLONASS 系統整合
GPS 和 GLONASS 均是使用衛星訊號的定位系統，能提供高精度三維位置、速度和 時間資訊，被廣泛應用於導航、測繪和許多領域。GLONASS 系統在工作原理、系統組 成和服務內容上和 GPS 系統十分相似，定位原理也大致相同，但二種系統之間仍存在 著差異性，若想結合兩種系統達到雙系統觀測的優勢，便需瞭解彼此特性的異同，方能 進行整合運用，兩種系統的差異如表 2 所示。
由表 2 可知，GPS 與 GLONASS 系統在軌道建置方法、軌道中運行的角度、坐標系 統、時間系統與載波頻率間存在著差異，但是相同具有 L1 及 L2 兩個頻道，一個提供軍 用，一個開放給民間使用。
表2 GPS 系統與 GLONASS 系統差異 (Universal Coordiated Time) 間的差值不同，且二者是以不同天文台所制訂的 UTC 為準，
GPS 系統所使用的是 UTC (USNO)時間，GLONAS 系統則使用 UTC (SU)時間，兩者之
系之差異。在進行 GPS/GLONASS 雙系統整合時，是將 GLONASS 的 PZ-90 坐標系統 轉換至 GPS 的 WGS-84 坐標系統，由於 PZ-90 坐標系統與 WGS-84 坐標系統，兩系統 在 z 軸方向的定義相同，因此轉換時僅需作 xy 平面的旋轉與原點之平移
2. 時間系統整合
由前一章時間系統說明可知，GLONASS 時間(GLONASST)與 GPS 時間(GPST)兩者 之間除存在 3 小時的整數偏差外，還存在一個偏差(1s × n − 19s )。另外，UTC(SU)與 UTC(USNO)之間也存在數十奈秒的偏差，俄羅斯政府計畫將兩者的偏差放入導航電文 中，以利於 GPS/GLONASS 的組合應用。由 GLONASST 與 UTC 的關係和 GPST 與 UTC 的關係，可得(王永泉，2008)：
GLONASST=GPST−1s × n −19s +03h 00m (1) 式中 n 為調整參數，由國際地球自轉組織 IERS (International Earth Rotation Service)發布，
不同的年份會有不同的差值。 L1:1598.0625~1615.5 MHz、L2:1242.9375~1256.5 MHz。
因為 GPS 和 GLONASS 使用頻率不同，為使接收儀能同時接收 GPS 與 GLONASS 之 衛 星 訊 號 ， 雙 系 統 接 收 儀 必 須 先 解 決 儀 器 內 部 的 公 共 頻 率 源 ， 因 此 結 合 GPS/GLONASS 的接收儀均經過特殊頻率設計。
另外在 GPS/GLONASS 訊號的差分處理方面，因為每顆 GLONASS 衛星訊號均具有不 同的載波頻率，處理上若單純把 GLONASS 訊號視為額外的 GPS 訊號來求解，將無法 得到 GPS 對 GLONASS 差分訊號的週波未定值，故處理上將個別解算 GPS 對 GPS 差分 的週波未定值及 GLONASS 對 GLONASS 差分的週波未定值(曾清涼、儲慶美，1999)。