การเดินเรือในท้อง ทะเลของ สมัยโบราณ ต้องอาศัย เครื่องบอก ทิศทาง เช่น เข็มทิศ, แผนที่เดินเรือ และ การจดจำสภาพภูมิศาสตร์ต่างๆ ของ เกาะ ภูเขา หมู่หินปะการัง เป็นต้น สิ่งเหล่านี้ นักเดินเรือสมัยโบราณมักใช้สถานที่เป็นจุดสังเกตเพื่อให้แน่ใจว่าได้เดินทางหรืออยู่ในตำแหน่งที่ถูกต้องแล้ว แต่มักพบว่ามีความไม่แน่นอน เสมอไป เพราะสภาพภูมิศาสตร์อาจเปลี่ยนแปลงได้ สิ่งก่อสร้างทั้งที่มนุษย์สร้างขึ้นก็ไม่ได้คงอยู่ที่เดิมตลอดไป มันอาจผุพัง และย้ายตำแหน่งได้เมื่อเวลาผ่านไป ซึ่งทำให้เกิดปัญหาในการเดินทางเพราะไม่รู้ว่าตำแหน่งจริงๆ อยู่ที่ไหนแน่

การเดินเรือโดยใช้หมู่ดาวบนท้องฟ้าเป็นจุดอ้างอิง (Celestial navigation)

ต่อมาในยุคที่การสำรวจและการเดินเรือ ทันสมัยขึ้น เราก็เริ่มหาจุดอ้างอิงที่อยู่กับที่หรือเปลี่ยนแปลงน้อยมากๆ ในที่สุดได้เลือกใช้หมู่ดาวบนท้องฟ้าเป็นจุดอ้างอิง (Celestial navigation) มนุษย์เรามีวิวัฒนาการการบอกทางมาตั้งแต่สมัยแรกด้วยวิธีสังเกตจากดวงดาว ซึ่งใช้การได้ดีเพราะดาวอยู่ห่างจากโลกเรามาก ทำให้สามารถมองเห็นกลุ่มดาวจากที่ต่างๆ ในบริเวณกว้างได้ แต่การวัดดาวทำได้เฉพาะตอนกลางคืนและต้องเป็นคืนที่ท้องฟ้าแจ่มใสเท่านั้น ภายหลังก็มีระบบนำร่องด้วยคลื่นวิทยุซึ่งอาศัยการหาตำแหน่งโดยการวัดเวลาการเดินทางของคลื่นในอากาศแล้วมาคำนวณหาระยะห่างจากสถานีที่เป็นจุดกำเนิดคลื่นอีกที โดยทั่วไปจะใช้คลื่นอย่างน้อย 2 ความถี่ที่ถ่ายทอดมาจากสองสถานี ตำแหน่งที่เราอยู่จะเป็นจุดตัดของคลื่นทั้งสองคือระบบ LORAN และต่อมาได้พัฒนามาใช้ระบบ OMEGA ซึ่งถ่ายทอดคลื่นในย่านวิทยุ VLF 4 ความถี่ (10.2, 11.05, 11-1/3 และ 13.6 KHz) แล้วอาศัยความต่างเฟสของคลื่นที่รับได้มาคำนวณหาตำแหน่ง ซึ่งมีความถูกต้องราวๆ 2 - 4 ไมล์ทะเล แต่ระบบนี้ก็มีปัญหาตรงที่ต้องมีสถานีที่ถ่ายทอดคลื่นอยู่บนพื้นโลก ทำให้มีข้อจำกัดเรื่องพื้นที่ให้บริการ อีกทั้งความถูกต้องยังมีไม่มากพอ โดยทั่วไปจึงต้องอาศัยระบบอื่นเข้าช่วย ในปัจจุบันนี้ เราคงเริ่มได้ยินคำว่า "GPS" ว่ากำลังมีบทบาทในการหาตำแหน่งและการนำร่อง และเข้ามาแทนที่ระบบเดิมๆ ที่มีอยู่

เครื่องระบบ LORAN

เครื่องระบบ OMEGA

ระบบ แจ้งตำบลที่บนพื้นโลกด้วยดาวเทียมนั้น เป็นโครงการของกระทรวงกลาโหมสหรัฐอเมริกา ที่ได้ดำเนินโครงการ Global Positioning System หรือ "GPS" ขึ้น ระบบ GPS จะใช้ดาวเทียมจำนวนทั้งหมด 24 ดวง โคจรอยู่ในระดับสูงที่พ้นจากคลื่นวิทยุรบกวนของโลก และวิธีการที่สามารถให้ความถูกต้องเพียงพอที่จะใช้ชี้บอกตำแหน่งได้ทุกแห่งบนโลกตลอดเวลา 24 ชั่วโมงจากการนำมาใช้งานจริง จะให้ความถูกต้องสูง โดยที่ความคลาดเคลื่อนมาตรฐานของตำแหน่งทางราบต่ำกว่า 50 เมตร และถ้ารังวัดแบบวิธี "อนุพันธ์" (Differential) จะให้ความถูกต้องถึงระดับเซนติเมตร จากการพัฒนาทางด้านอุปกรณ์คอมพิวเตอร์ทำให้สามารถผลิตเครื่องรับ GPS ที่มีขนาดลดลง และมีราคาถูกลงกว่าเครื่องรับระบบ TRANSIT เดิมเป็นอันมาก

ปัจจุบันมีการนำ GPS มาใช้งานในหลายสาขาวิชาที่เกี่ยวข้องกับงานสำรวจ อาทิเช่น ภูมิศาสตร์ วิศวกรรมศาสตร์ สิ่งแวดล้อม ได้แก่ การนำ GPS มาใช้ในการกำหนดขอบเขตและจุดที่แน่นอนของป่าสงวน และอุทยาน ใช้ในการบอกตำแหน่งเพื่อใช้ออกงานวงรอบ (TRAVERS) การใช ้GPS ในการสำรวจภูมิประเทศเพื่อทำแผนที่เส้นชั้นความสูง (Contour) และงานถนนหรือแม้แต่การนำ GPS มาใช้ตรวจสอบรายละเอียดความถูกต้องของงานโครงข่ายสามเหลี่ยม และงานวงรอบ เป็นต้น

ดาวเทียม GPS

เครื่อง GPS สามารถหาตำแหน่งได้โดยใช้สัญญาณจากดาวเทียม GPS ที่ส่งไปโคจรอยู่รอบโลก ดาวเทียม GPS ชุดแรกเป็นชุดสำหรับทดลองเรียกว่า "Block I" มีทั้งหมด 10 ดวง ดวงแรกถูกส่งขึ้นในปี 1978 และทยอยส่งจนหมดในปี 1988 จากนั้นในปี 1989-1994 ดาวเทียม GPS ที่จะใช้งานจริง (Block II) ก็ถูกส่งโคจรรอบโลกทั้งหมด 24 ดวง (ใช้งาน 21 ดวง สำรองในวงโคจร 3 ดวง) นอกจากนี้ยังมีอีก 4 ดวงเป็นตัวสำรองซึ่งพร้อมที่จะส่งเข้าวงโคจรหากจำเป็น อายุการใช้งานของดาวเทียมประมาณ 7.5 ปี ดาวเทียมทั้งหมดโคจรรอบโลกที่ความสูง 10,900 ไมล์ทะเล (20,200 กิโลเมตร) มีคาบโคจรรอบโลกประมาณ 11 ชั่วโมง 58 นาที โดยเคลื่อนที่ในแนวระนาบ 6 ระนาบๆ ละ 4 ดวง มีมุมเอียง (Inclination angle) 55 องศา การจัดวางวงโคจรแบบนี้ทำให้ทุกๆ ที่บนพื้นโลกสามารถรับสัญญาณจากดาวเทียมได้ 6 ดวงเกือบจะ 100% ดาวเทียมเหล่านี้จะเป็นจุดอ้างอิงที่ใช้ในการหาตำแหน่ง และ ต้องเคลื่อนที่อยู่ในวงโคจรที่คงที่เสมอ บนพื้นโลกมีสถานีตรวจวัด เพื่อ ปรับวงโคจรของดาวเทียมให้อยู่ในตำแหน่งที่ถูกต้อง และปรับตั้งนาฬิกาในดาวเทียมให้เดินตรงเสมอ สถานีตรวจสอบสำหรับดาวเทียม GPS มีทั้งหมด 5 แห่ง คือที่ Hawaii, Ascension Island, Diego Garcia, Kwajalein, และ Falcon AFB ที่ Colorado Springs ที่สุดท้ายเป็น master control ของ ดาวเทียม GPS ทั้งหมด

ดาวเทียม GPS NAVSTAR

ดาวเทียมแต่ละดวงจะติดตั้งนาฬิกาอะตอมซึ่งตั้งเวลาไว้ให้ตรงกันทุกดวง ดาวเทียม GPS จะถ่ายทอดสัญญาณในรูปของคลื่นวิทยุตลอดเวลา คลื่นวิทยุที่ว่า นี้ จะส่งออกมาสองความถี่ คือ L1 = 1.2276 GHz และ L2 = 1.57542 GHz (ที่เรียก L1/L2 เพราะเป็นความถี่ย่าน L-Band) ดาวเทียมทุกดวงจะมีวงจรสำหรับสร้าง Pseudo Random Code ออกมาด้วย bit rate 1.023 Mbps แต่ code จะแตกต่างกันไปตาม Algorithm ที่เลือกใช้ ส่วนตัว Code นี้จะ นำ มา Modulate กับ Carrier L1/L2 แล้วก็ส่ง ค่า มา ยัง พื้นโลก การ Modulate Pseudo Random Code กับ L1/L2 ทำให้สัญญาณวิทยุอื่นๆ ไม่สามารถ Synchronize กับ L1/L2 ได้ ดาวเทียม GPS ทุกดวงจึงสามารถใช้ความถี่ในการส่งสัญญาณเพียงชุดเดียว เพราะ Pseudo Random Code ที่ดาวเทียมแต่ละดวง Generate ขึ้นมา จะเป็นตัวบ่งชี้ได้ว่าสัญญาณที่ Receiver ได้รับมาจากดาวเทียมดวงไหน และสัญญาณที่ดาวเทียม GPS ส่งมานี่เองที่จะเอาไปคำนวณหาตำแหน่งบนพื้นโลกได้

เครื่อง GPS Receiver แบบต่างๆ ที่บางเครื่องนำไปใช้งานกับระบบแผนที่ได้ด้วย

เครื่องรับ GPS Receiver

เครื่องรับ GPS Receiver มีหน้าที่หลักๆ ก็คือรับสัญญาณจากดาวเทียม แล้วมาแปลงเป็นพิกัดของตำแหน่งที่มันอยู่บนพื้นโลก สิ่งที่ GPS Receiver สามารถคำนวณและให้คำตอบจะมี 3 ค่า คือ พิกัด ความเร็วในการเคลื่อนที่ และ เวลา ส่วนฟังก์ชันอื่นๆ เช่นตำแหน่งบนแผนที่ ระยะทางระหว่างสองจุดบนพื้นโลก หรือหาเวลาที่จะไปถึงปลายทาง ฯลฯ จะเป็นตัวเสริมความสามารถของระบบซึ่งแล้วแต่ว่าบริษัทที่ผลิต GPS Receiver เช่น GARMIN, SUZUKI, ECHOTEC, จะใส่มาให้ภายใน เฉพาะ โดย GPS Receiver มีส่วนสำคัญๆ คือ

1. วงจรรับสัญญาณ GPS ซึ่ง Lock ความถี่ให้ตรงกับ L1/L2 ของ วงจรจะทำการ Demodulate เพื่อให้ได้ Pseudo Random Code ที่ดาวเทียมส่งมา

2. ปูม (Almanac) ของดาวเทียมซึ่งเก็บเป็นวงโคจรของดาวเทียมแต่ละดวง ทำให้รู้ได้ว่าขณะเวลานั้นๆ ดาวเทียมอยู่ที่ตำแหน่งไหนบนท้องฟ้า

3. Pseudo Random Code Generator อยู่ข้างในตัว GPS Receiver เป็นตัวสร้าง Code ที่ตรงกับที่มีอยู่ในดาวเทียม GPS แต่ละดวง

4. Microprocessor ทำหน้าที่ในการประมวลผลข้อมูล และคำนวณหาตำแหน่ง ความเร็ว และเวลา

การหาตำแหน่งบนพื้นโลกเริ่มจากตัว GPS receiver จะตรวจจากปูมที่บันทึกอยู่ใน Receiver เพื่อหาว่าดาวเทียม GPS อยู่ที่ตำแหน่งใดบนท้องฟ้าขณะนั้น หลังจากนั้นก็หาสัญญาณวิทยุที่ถ่ายทอดมาจากดาวเทียม โดยทั่วไป ไม่ว่าจุดใดบนโลกจะมองเห็นดาวเทียม GPS ได้ระหว่าง 6 - 9 ดวง แต่สัญญาณวิทยุนี้ จะ อ่อนมาก ถ้ามีอะไรมาบัง (เช่น ตึกสูงๆ หรือภูเขา) ตัว Receiver ก็จะรับสัญญาณไม่ได้ ที่สำคัญคือ..จำเป็นต้องใช้ดาวเทียมอย่างน้อย 4 ดวงในการหาตำแหน่งบนพื้นโลก

การหาตำแหน่งบนพื้นโลก

ก่อนจะไปถึงการหาตำแหน่งบนพื้นต้องทำความเข้าใจสักหน่อยเกี่ยวกับการอ้างอิงตำแหน่งของ GPS ระบบ GPS ใช้การอ้างอิงตาม World Geodetic System-84 (WGS-84) ซึ่งจำลองโลกว่าเป็นทรงรี (Ellipsoid) ที่มีรัศมีตามแนวเส้นศูนย์สูตร (Semi-major axis) = 6378137 เมตร และรัศมีตามแนวขั้วโลก (Semi-minor axis) = 6356752.3124 เมตร ระยะห่างของดาวเทียมจะเป็นระยะห่างจากศูนย์กลางโลกตามการอ้างอิงของ WGS-84 การจำลองแบบนี้ทำให้สามารถคำนวณตำแหน่งได้ตามหลักของเรขาคณิต คือ ตำแหน่งที่ Receiver คำนวณได้ก็จะเป็นจุดที่ระบุอยู่ในระบบ Coordinate สามมิติ (X, Y, Z) พอเอามาเทียบกับ Ellipsoid ของ WGS-84 ก็จะได้เป็นตำแหน่งและความสูงเทียบจาก Ellipsoid ค่าเหล่านี้จะเอามาแปลงเป็นพิกัดและความสูงจริงๆ อีกที แต่เนื่องจาก ความสูง ของพื้นผิวโลก โลกเราไม่ได้ราบเรียบเหมือนกับ Ellipsoid ที่เป็น Model เพราะ พื้นโลกจริงมีทั้งภูเขา ทะเล หลุมลึก ซึ่งมีช่วงความต่างกว่า 20 กิโลเมตร ดังนั้นจึงต้องหาจุดอ้างอิงสำหรับความสูงขึ้นมา ซึ่งจุดที่ว่านั้นก็คือ "ระดับน้ำทะเลกลาง" (จุดอ้างอิงของพิกัดก็คือ Prime Meridian ที่ผ่านเมือง Greenwich กับเส้นศูนย์สูตร) ระดับน้ำทะเลกลางเป็นตำแหน่งของพื้นผิวซึ่งคิดตามตามแรงโน้มถ่วงของโลกเรียกว่า "จีออยด์" (Geoid) ใน WGS-84 มีแผนที่จีออยด์ของตำแหน่งต่างๆ ทั่วโลกระบุไว้ด้วยว่าต่างจาก Ellipsoid ของ WGS-84 มากน้อยแค่ไหน ดังนั้นเราจึงสามารถหาตำแหน่งความสูงของเราเทียบกับระดับน้ำทะเลกลางได้

เมื่อ เรา ทราบถึง การอ้างอิงตำแหน่ง GPS แล้ว คราวนี้ก็มาถึงการหา ตำแหน่งจาก จุด (X, Y, Z) ในระบบ GPS สิ่งที่เราต้องการในการหาตำแหน่งคือระยะทางระหว่างดาวเทียมกับเครื่องรับ GPS Receiver แต่การวัดระยะโดยตรงทำได้ยากมากและไม่ได้ค่าที่ละเอียดพอ ในบรรดาการวัดทั้งหมด "เวลา" เป็นสิ่งที่เราวัดได้แม่นยำที่สุดโดยใช้การสั่นของอะตอมธาตุซีเซียม ที่เรียกว่านาฬิกาอะตอม ถ้าเครื่องรับ GPS Receiver สามารถวัดเวลาได้แม่นยำพอ เราก็จะสามารถวัดระยะเวลาที่คลื่นเดินทางจากดาวเทียมมาถึงเครื่องรับ GPS Receiver ได้ เมื่อ ได้ระยะเวลาที่คลื่นเดินทางก็จะสามารถหาระยะทางระหว่างดาวเทียมกับเครื่องรับ GPS Receiver ได้โดยคำนวณกับความเร็วของแสง การวัดระยะเวลาของเครื่องรับ GPS Receiver มีจุดสำคัญที่ Pseudo Random Code ทั้งเครื่องรับ GPS Receiver และดาวเทียม GPS จะ Generate Pseudo Random Code ที่เหมือนกันในขณะเวลาเดียวกัน เมื่อเครื่องรับ GPS Receiver ได้รับ Pseudo Random Code จากดาวเทียม GPS มันก็จะทำการเปรียบเทียบว่า Code ที่ได้รับมีความแตกต่างจาก Code ที่ Receiver Generate ในแกนเวลามากน้อยแค่ไหน ค่าความแตกต่างที่ได้ก็จะเป็นเวลาที่ใช้ในการเคลื่อนที่ของสัญญาณจากดาวเทียมมาถึงเครื่องรับ GPS Receiver เมื่อรู้ระยะเวลาที่แน่นอนก็จะสามารถหาระยะห่างจาก Receiver ถึงดาวเทียมได้ เมื่อเราได้ระยะห่างจากดาวเทียมดวงแรก เราจะได้ว่าตำแหน่งของเครื่องรับ GPS Receiver จะอยู่บนพื้นผิวของทรงกลมเสมือนอันหนึ่ง ที่มีรัศมีเท่ากับระยะห่างระหว่างดาวเทียมกับเครื่องรับ GPS Receiver และ เมื่อได้ระยะห่างจากดาวเทียมดวงที่สอง เราก็จะ ทราบ ได้ว่าตำแหน่งของเครื่องรับ GPS Receiver จะอยู่บนทรงกรมเสมือนอีกอันหนึ่งด้วย ดังนั้นจะได้ว่าตำแหน่งของเครื่องรับ GPS Receiver จะอยู่บนเส้นรอบวงกลมที่เกิดจากจุดตัดของทรงกลมเสมือนทั้งสองอัน เมื่อได้ระยะห่างจากดาวเทียมดวงที่สาม เราก็จะได้ทรงกลมเสมือนสามลูกตัดกันซึ่งจะเกิดจุดตัด 2 จุด เครื่องรับ GPS Receiver จะอยู่ที่จุดตัดจุดใดจุดหนึ่งในสองจุดนี้ โดยทั่วไปตำแหน่งของจุดตัดนี้จะมีอันหนึ่งที่ไม่น่าจะเป็นคำตอบที่ถูก (เช่น คำนวณแล้วได้จุดที่อยู่นอกโลก ในผิวโลก ไม่ใช่บนผิวโลก) ซึ่งจะถูกตัดทิ้งไป และจุดที่เหลือก็คือผลลัพธ์ที่ถูกต้องว่าเราอยู่ที่ตำแหน่งใดบนพื้นโลกนั่นเอง วิธีการที่ใช้หาตำแหน่งนี้เรียกว่า "Triangulating"

ความแม่นยำของระบบ

ความถูกต้องของตำแหน่งจะอยู่ที่ความถูกต้องในการวัดเวลา ( เพราะเป็นตัวแปรอย่างเดียวในระบบ)ดังนั้นการวัดตรงนี้ต้องทำละเอียดมาก ถ้าลองเทียบจาก Pseudo Random Code ที่ถูก Generate ด้วย Bit Rate 1.023 Mbps คาบของ Cycle ก็จะประมาณ 1 usec (1/1000000 วินาที) ถึงเวลาจะน้อยนิดเดียว แต่ถ้าวัดผิดเพียง 1 cycle นี่ก็เพี้ยนไป 300 เมตรแล้ว เครื่อง Receiver ที่มีประสิทธิภาพสูงจะสามารถเปรียบเทียบ Code ได้ละเอียดระดับ 1-2% ของ cycle ทำให้ผิดพลาดไป แค่ 3-6 เมตร แต่ก็ยังไม่ดีพอสำหรับงานบางงาน เนื่องจากสัญญาณจาก GPS ไม่ได้มีเพียง Pseudo Random Code เท่านั้น ยังมีสัญญาณ Carrier L1/L2 ซึ่งมีความยาวคลื่นประมาณ 20 cm. หากใช้ carrier เข้ามาช่วยในการวัดเวลาก็จะได้ผลที่แม่นยำขึ้นอีกมาก ตามทฤษฏีจะมี Error เพียง 3-4 mm. เท่านั้น

อย่างไรก็ตาม การวัดเวลาที่ถูกต้องหมายความว่าเครื่องรับ GPS Receiver จะต้องมีนาฬิกาที่เดินตรงกับนาฬิกาบนดาวเทียม GPS และ จุดนี้ เป็น สิ่งสำคัญ ใน ideal case การใช้วิธี triangulating จะให้ผลลัพธ์ที่ถูกต้องเพียงจุดเดียว (จากสองจุดที่หามาได้) แล้วถ้าเวลาของ Receiver เดินตรงกันกับนาฬิกาของดาวเทียมจริงๆ ผลของการหาจุดตัดจากดาวเทียม GPS มากกว่า 3 ดวงจะต้องได้เป็นจุดเดียวเสมอ ดังนั้นหากการวัดระยะจากดาวเทียมดวงที่สี่ส่งผลให้ไม่ตัดกับจุดตัดดังกล่าว ก็แสดงว่านาฬิกาของเครื่องรับ GPS Receiver ไม่ตรงกับนาฬิกาของดาวเทียมแล้ว เราก็จะสามารถ Synchronize เวลาของเครื่องรับ GPS Receiver ใหม่ให้ตรงได้โดยการปรับนาฬิกาของ Receiver จนกระทั่งได้จุดตัดเป็นจุดเดียว ในทางปฏิบัติ สัญญาณจากดาวเทียม GPS มีข้อผิดพลาด อยู่บ้าง และเป็นตัวทำให้ผลลัพธ์ของตำแหน่งผิดไปด้วย ข้างล่างนี้ เป็นตัวอย่างของ Error ที่เกิดขึ้น

• สัญญาณจากดาวเทียมจะไม่ได้เคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสงจริงๆ แต่จะช้ากว่าแสงเล็กน้อย เนื่องจากต้องเคลื่อนที่ผ่านชั้นบรรยากาศของโลก

• บรรยากาศชั้น Ionosphere จะทำให้สัญญาณโดนรบกวนจาก Ion ที่มีอยู่หนาแน่น

• บรรยากาศชั้น Troposphere ก็ทำให้สัญญาณโดนรบกวนจากความกดดันและอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลง

• สัญญาณที่ได้รับอาจจะสะท้อนกับสิ่งก่อสร้างทำให้เกิด Mutipath Error ซึ่งเกิดในลักษณะเดียวกับการเกิดภาพซ้อนเป็นเงาใน TV ทำให้ได้ค่าที่ไม่แน่นอน

• นาฬิกาอะตอมของดาวเทียม GPS เองก็มีโอกาสเดินไม่ตรงได้เหมือนกัน แม้ว่านาฬิกาอะตอมจะมีการปรับตั้งโดยสถานีควบคุมภาคพื้นดินแต่ บางครั้งอาจจะผิดไปเป็นนาทีได้เหมือนกัน เพราะสถานีควบคุมไม่สามารถตรวจสอบดาวเทียมได้ตลอดเวลา ซึ่งกรณีนี้มีหน่วยงานที่รับผิดชอบจะออก E-mail แจ้งให้หน่วยงานที่เป็นสมาชิกทราบตลอดเวลาหลังการปรับแต่งแล้ว

• ตำแหน่งของดาวเทียมที่ Receiver เลือกจะ Lock สัญญาณก็มีความสำคัญด้วย เพราะถ้าหากดาวเทียมทำมุมที่ไม่เหมาะสม ก็จะทำให้การตัดกันของทรงกลมให้ผลที่ผิดพลาดมากกว่า

Error เหล่านี้พอจะลดลงได้โดยใช้หลักของสถิติในการคำนวณ ปกติ GPS จะไม่ได้วัดค่าเพียงครั้งเดียวเพื่อหาคำตอบ แต่จะวัดค่าซ้ำหลายสิบ หรือหลายร้อยครั้ง แล้วก็หาค่าทางสถิติเพื่อให้ได้ตำแหน่งที่ใกล้เคียงตำแหน่งจริงที่สุด แต่เนื่องจาก กระทรวงกลาโหมสหรัฐมีนโยบายที่บังคับให้ GPS มี error หรือที่ เรียกว่า "Selective Availability" (SA) ..SA Error เพื่อลดความถูกต้องของการระบุตำแหน่งของ GPS เพื่อไม่ให้ฝ่ายตรงข้ามสามารถใช้ประโยชน์จาก GPS ในทางทหารได้ วิธีการก็คือดาวเทียม GPS ทุกดวงจะสร้างสัญญาณรบกวนเข้าไปทำให้ความถูกต้องของสัญญาณที่ส่งออกมาตามปกติลดลง ผลก็คือการคำนวณตำแหน่งจะมีความผิดพลาดไปประมาณ 30 เมตรต่อดาวเทียม 1 ดวง นอกจากนี้ดาวเทียมยังอาจจะถูกสั่งให้เคลื่อนที่ออกนอกวงโคจรเพื่อเพิ่มข้อผิดพลาดให้เกิดมากขึ้นด้วย

เพราะมี SA นี่เอง กระทรวงกลาโหมสหรัฐจึงกำหนดให้มีบริการสองแบบ คือ Standard Positioning Service (SPS) ซึ่งเป็นบริการฟรีที่ใครๆ ก็ใช้งานได้ สัญญาณที่ส่งมาจากดาวเทียมจะถูกรบกวนโดย SA error // Receiver ที่มีขายตามท้องตลาดก็จะใช้บริการจาก SPS ตาม Requirement ของกระทรวงกลาโหมสหรัฐกำหนดให้ SPS มีความถูกต้องของพิกัดในแนวตั้ง แนวนอน และเวลา เป็น 100 m/156 m/340 ns (Confidential factor = 95%) ตามลำดับ อีกบริการหนึ่งคือ Precise Positioning Service (PPS) จะใช้ในทางทหารโดยเฉพาะ อาจจะอนุญาตให้คนทั่วไปมีสิทธิใช้ แต่ก็จะถูกควบคุมเป็นพิเศษ ตัวเครื่องรับ GPS Receiver สำหรับ PPS จะมีกุญแจถอดรหัสเพื่อตัด SA errors ออกได้ ทำให้มีความถูกต้อง 22 m/27.7 m/200 ns ที่ confidential factor = 95% ส่วนการหาความสูงจะเป็นไปได้ก็ต่อเมื่อรับสัญญาณดาวเทียมได้อย่างน้อย 4 ดวง

เครื่องรับ Differential GPS หรือ DGPS

เครื่อง DGPS ที่ใช้งานในอุตสาหกรรมการบิน

เครื่อง DGPS ที่ใช้งานในเรือ

เครื่องรับ GPS Receiver ทั่วไปสามารถนำไปใช้งานได้อย่างกว้างขวางโดยเฉพาะการนำร่องสำหรับเรือหรือเครื่องบิน แต่ยังไม่ดีพอสำหรับการใช้เพื่อวัดระยะในการสำรวจหรืองานทางวิศวกรรม เพื่อให้ SPS สามารถให้คำตอบถูกต้องแม่นยำขึ้น เราต้องพยายามตัด error ต่างๆ ออกให้ได้ และนั่นก็เป็นที่มาของ Differential GPS หรือ DGPS หลักการของ DGPS จะใช้เครื่องรับ GPS Receiver สองตัวในการทำงาน ตัวหนึ่งติดตั้งอยู่กับที่บนพื้นผิวโลกซึ่งใช้เป็น Reference Receiver อีกตัวเป็นเครื่องรับ GPS Receiver ที่ถือไปไหนมาไหนได้สำหรับวัดตำแหน่ง เนื่องจากดาวเทียม GPS อยู่ไกลมากจากผิวโลกมาก ดังนั้นตำแหน่งที่ต่างกันเพียงเล็กน้อยบนผิวโลกจึงไม่มีความสำคัญมากนักเมื่อเทียบกับระยะห่างของดาวเทียม หากเครื่องรับ GPS Receiver สองตัวอยู่ห่างกันไม่มาก (ราวๆ 2-300 กิโลเมตร) สัญญาณที่เครื่องรับ GPS Receiver สองตัวได้รับในเวลาเดียวกันจะผ่านบรรยากาศโลกที่มีลักษณะเหมือนๆ กัน ก็ควรจะมี error ที่เท่ากันด้วย การที่เรามี Reference Receiver อยู่กับที่บนผิวโลกที่ตำแหน่งที่แน่นอนทำให้เราสามารถหาได้ว่าค่าที่คำนวณจากสัญญาณดาวเทียมมี error มากน้อยขนาดไหน เมื่อรู้ error ก็จะสามารถส่งสัญญาณไปยังเครื่องรับ GPS Receiver ตัวอื่นๆ ที่เคลื่อนที่อยู่ในรัศมี ให้ทำการปรับแก้ค่าให้ถูกต้องได้ การใช้ DGPS สามารถให้ความแม่นยำกว่าเดิมมาก จากเดิมที่ผิดพลาดราวๆ 100 เมตร จะถูกลดลงเหลือไม่ถึง 3 เมตร ปัจจุบันหน่วยยามฝั่งของสหรัฐและตัวแทนจากนานาชาติได้ติดตั้ง Reference Receivers เป็นจำนวนมาก ตัว Reference Receiver จะส่ง error ที่คำนวณออกมาได้ กระจายไปให้ Receiver อื่นในรัศมีของคลื่นวิทยุ โดยใช้ความถี่ในย่าน 300 MHz

หลักการของเครื่องรับ GPS แบบ Differential GPS หรือ DGPS