衛星測位システム（えいせいそくいシステム、）や測位衛星システムとは、人工衛星の一種の航法衛星（navigation satellite）から発射される信号を用いて位置測定・航法・時刻配信を行うシステムをいう。海事・航空の分野では、衛星航法システム（）や航法衛星システム（）とも呼ぶ。
全球測位衛星システム（）や全地球測位衛星システムや全地球航法衛星システムや汎地球測位航法衛星システムとは、地球全体を網羅する衛星測位システムの事。米国のGPS、ロシアのGLONASS、欧州のガリレオ、中国の北斗がある。これらに加えて、インドのNavIC、日本のみちびきが携帯電話などでの位置測位に使われている。
概要 衛星測位システムは、測位衛星からの電波を受信し、位置を測定している。位置とは、地球上の位置であり、衛星のみを用いた単独測位では、衛星を基準点として、地球重心に対する位置を測定している。また、複数の観測地点もしくは既知の地上基準点を用いる用いる相対測位／リアルタイムキネマティック測位では、単独測位よりも大幅に測位精度が向上する。
日本では、国土地理院がGNSS連続観測システムの構成要素として、電子基準点を全国に約1,300点設置しており、得られたデータは、電子基準点データ提供サービスを通して、リアルタイムキネマティック測位等に用いられる。加えて、NTTドコモやソフトバンク等の民間企業も、独自の基準点を設置し、高精度の衛星測位サービスを提供している。
海空交通の分野では、衛星航法システムと呼ぶ。衛星航法とは、複数の航法衛星（人工衛星の一種）が航法信号を地上の不特定多数に向けて電波送信（放送）し、それを受信する受信機を用いる方式の航法（自己の位置や進路を知る仕組み・方法）を指す。システムは航法衛星群とそれらを管制する幾つかの地上局から構成される。衛星航法システムの草分けは軍用のトランシット (人工衛星) である。
用語 地理空間情報活用推進基本法（平成19年法律第63号）の第2条第4項に「衛星測位」が定義されている。これによれば「人工衛星から発射される信号を用いてする位置の決定 及び当該位置に係る時刻に関する情報の取得 並びにこれらに関連付けられた移動の経路等の情報の取得をいう」と規定されている。この規定に基づいて日本では「衛星測位システム」と呼ばれることが多い。
2011年（平成23年）4月からは国土地理院では全地球型のシステム（全地球航法衛星システム）を、GNSS（Global Navigation Satellite System）と呼称することになった。よく誤解されるが、GPSはあくまでも衛星測位システムの中の1つ（固有名詞）であり、一般の衛星測位システムそのものを指すものではない。また一般の航法衛星を指して「GPS衛星」と呼ぶことも誤用である。日本の政府文書や産業文書では、「測位衛星」と呼ばれている。
衛星航法のシステムを指す一般的な用語としては航法衛星システム（Navigation Satellite System, NSS）が用いられることがある。英語圏では、その衛星を航法衛星（navigation satellite）と呼ぶ。日本では衛星航法システム（Satellite Navigation System）も使用される。
また、衛星システムとは、人工衛星（宇宙セグメント）および地上系（管制セグメント）からなるもので、利用者セグメントは含まれないのが通常である。そのため、航法衛星システムには、利用者セグメントが含まれず、インフラ側のシステムを指している。
これに対して、衛星測位システムには、利用者セグメントが含まれている。2000年代以降、インフラ側は政府や特定企業が構築することが多くなり、産業上の責任を明確にするため、衛星システムと利用者セグメントを区別することが重要になってきた。衛星システムと利用者セグメントを合わせたものが衛星測位システムである。
全地球航法衛星システム Global Navigation Satellite System (GNSS、全地球航法衛星システム) という用語が国際的に用いられている。
米国政府は、全地球航法衛星システム（A Global Navigation Satellite System of Systems）を特定地域向けの衛星系も含めた包括的システムと定義しhttps://www.gps.gov/cgsic/meetings/2015/auerbach.pdf#page=3、さらに下記のように分類している：
全地球を利用可能範囲とする衛星系を「全地球衛星系」(Global Constellation) 特定地域向けに限定したコンステレーションを持つ衛星系を「地域衛星系」(Regional Constellation) 衛星を用いて航法を補強するシステムを「衛星型補強系」(Satellite-Based Augmentation)
これは、QZSSが日本のGNSSである、とする日本の規定とも整合している（「地域衛星系」に属する）。
国土地理院が定める公共測量に係る作業規程の準則においては、従来の「GPS測量」の用語に代えて、2011年4月からは「GNSS測量」の用語を使用するように改訂された 2011年度施行改正公共測量作業規程の準則（基準点測量）解説、アイサンテクノロジー 平成 22 年度 －公共測量－ 作業規程の準則の一部改正 第２編 基準点測量 新旧対照表、国土地理院、赤字で示されている箇所。。
なお、Global を「全地球」よりも「全球」などと訳すべきとの異論が出ている。その理由は、globe/global の本義が「球」であり、その意味で Global Surveyer など火星や月の衛星型測量機の名称にも使用されているからである。
分類
対象範囲による分類 対象範囲による分類は、米国の国務省U.S. Department of State, Civil GPS Service Interface Conference 2015-2018や航空宇宙局(NASA)NASA, 9th Multi-MGA Asia conference presentation, https://www.multignss.asia/, October 2017による分類、中国や欧州による分類の２つがあり、全世界的には統一されていない。米国は、GNSSのリーダーシップをとる政策をかかげて、前述のとおり、GNSSを1つのシステム・オブ・システムズとよんでいるhttps://www.gps.gov/cgsic/meetings/2017/auerbach.pdf#page=3。これに対して、中国や欧州は、GNSSとは、GPS・GLONASS・Galileo・BDS の４つとし、常に複数形を用いているhttp://202.127.29.4/meetings/icg2016/index.htmlhttps://gssc.esa.int/navipedia/index.php/Main_Page。
なお国際標準規格（ISO）は、GNSSは、Global Navigation Satellite System としており、複数形ではない。
GNSS を GPS・GLONASS・Galileo・BDS の4つとし、特定地域向けのシステムを「地域航法衛星システム」(RNSS) と呼ぶ立場からすると「日本の準天頂衛星システムは、GNSS ではない」ことになる。これにより、数多くの重要な国際文書や規定において、準天頂衛星システムが GNSS から除外されている。日本国内の多くのサイトや技術資料においても、準天頂衛星システムを RNSS と記載しているものがある。
ここで、RNSS (地域航法衛星システム）という用語は、ITU の国際標準において、RNSS は RadioNavigation Satellite System と規定されており、この規定と矛盾している。また、航空分野も ICAO 条約に基づき、SBAS は GNSS の一部と位置づけられている。
インドのモディ首相は、2016年4月に航法衛星システムに関して IRNSS : Indian Regional Navigation Satellite System と呼んでいたものを NavIC : Navigation Indian Constellation と変更すると発表したhttp://qzss.go.jp/news/archive/irnss-1g_160502.html。つまり「インドの RNSS」 と呼んでいたのを「インドの Constellation」と変更した。しかし、ISROhttps://www.isro.gov.in/等では IRNSS という名称を使用している。
日本では、産業輸出団体が問合せを受け、日本の航法衛星を Regional Navigation Satellite System と呼ばずに米国務省と同一の表現とし、既存の文書における記載を修正するのがよいことの指摘があった。この動向は、2018年にワッセナー・アレンジメントにおけるGNSSに関する文書案が、電子・電機業界に回覧されたことに端を発したもので、2018年5月以降の関連業界の会合で問題となり、GNSSに関する文書案に反対があるhttps://www.wassenaar.org/。
軌道による分類 全地球衛星系では、地球上空の中軌道すなわち地上高度2万 km前後の赤道面に対して55度から65度ほどの傾斜を持ったほぼ円形の3つや6つなどの軌道状に等間隔になるよう衛星が配置されている。地域コンステレーションでは、赤道を中心とする8の字状の軌道や静止軌道が活用されている。
機能 代表的な機能は、衛星航法システムの電波を受信することで地表面上や空中で自らの位置を知ることであるが、それ以外にも幾つかの機能が実現できる。
一般的な機能 位置決定 実時間位置決定（航法） 高精度位置決定（測量） 速度決定（航法） 姿勢決定（航法） 時刻同期
特殊な機能・利用法 すべての衛星航法システムに備わっているのではないが、以下のような特殊な機能を持つシステムがある。 ディファレンシャル測位 大気観測
システム構成 thumb|right|250px|宇宙セグメントであるGPS衛星の軌道アニメーション（慣性系）。数字は北緯45度（北海道付近）から同時受信可能な衛星数
衛星測位システムは、利用者セグメント、宇宙セグメント、地上管制セグメントからなる。 これに対して、航法衛星システムや測位衛星システムという時は、宇宙セグメントと地上管制セグメントからなるシステムを指す。
利用者セグメントは、主に利用者受信機である。宇宙セグメントは、主に航法衛星である。地上管制セグメントは、主に地上局／地上施設である。
利用者受信機 利用者受信機は、複数の航法衛星から電波で送信された航法信号を受信し、その送信時刻を測定する。この測定は、擬似ランダム雑音 (Pseudo Random Noise; PRN) 変調信号の特性を用いて行う。 また航法衛星の天体暦（軌道）の情報を受信し、これにより送信時刻における航法衛星の座標が求められる。
受信機内での測位計算 利用者受信機の座標及び受信時刻（合わせて4つの未知変数：）の解は、慣性系を仮定し、各航法衛星の時空点座標を頂点とする光円錐（4つ以上が必要）の交点となる:en:GNSS positioning calculation#The solution illustrated。 すなわち次の連立方程式の解となる。ここでは用いる航法衛星数を4機とし、航法衛星の信号送信時刻、その座標、光速 が与えられた値である。
なお受信機内測定においては、信号の送受信時刻へは送信機（航法衛星）・受信機の時計誤差がバイアスとして加わる（、）。 受信機内で、の値が測定により得られる（は既知の値である）。 送信機バイアス値 については、航法衛星から天体暦情報と同様に受信し、消去することで、 を得る。
誤差 この送信時刻測定値の測定誤差は、通常10 ns 以下である。 また求められた航法衛星の座標の誤差は視線方向成分がほぼ1.5m以下。
航法衛星
地上で測位が可能とするためには、可視衛星（空中の見通せる範囲内の航法衛星）を4機以上必要とする。さらには、良好な測位精度を得るには、精度阻害の少ない可視衛星を4機以上必要とする。加えて測位精度は複数の可視衛星の見通し方向にも依存し、静止軌道のように赤道上に一直線に並んでいては良好な測位は行えず、できる限り互いに離れた位置関係が望ましい。このような要求を満たすために、全地球規模の測位を行うシステムでは合計20機以上の航法衛星を3つや4つの地上2万キロ程の軌道上に等間隔で配置されることが多いが、特定地域向けの測位用では1つの軌道上に数機だけのシステムも存在する。 航法衛星は原子時計を搭載し短中期的な時間揺らぎの少ない航法信号を生成し送信することができる。原子時計の中長期的ずれ（バイアス誤差）については、予測情報（およそ2時間毎に更新）として利用者へ伝え、利用者側で誤差の除去を行う。
地上局/地上施設 航法衛星を管制する地上局が1つ以上必要であり、全地球規模のシステムでは関連する地上施設等を合わせると10ヶ所前後の地上局を持つ。航法衛星の軌道を管理する施設の他に、衛星軌道を正確に測距する施設、基準となる時系を保持する施設、電離層監視施設、航法衛星の天体暦及び搭載する原子時計の中長期的バイアスの予測値を決定する施設、衛星へのメッセージ通信施設、そしてシステム全体を運用管理する施設が必要となり、これらのいくつかの施設は統合されていることが多い。 軌道の測距の際には衛星と受信機の立場を入れ替え、測位計算を行う。
衛星測位システムの一覧 サムネイル|インドネシアの南タンゲランでスマートフォンに搭載された全地球衛星系衛星（GPS、GLONASS、Galileo、BDS）と地域衛星系（準天頂衛星システム）（2025年） 全地球衛星系 GPS - 米国 ガリレオ (Galileo) - 欧州連合 GLONASS（グロナス） - ロシア連邦 北斗系統 (BDS) - 中国
各システムの現状については各項目を参照。
GPS
アメリカ合衆国のグローバル・ポジショニング・システム (GPS) は、最大32機の6種類の異なる軌道平面の中地球軌道衛星によって構成される。1978年から運用され、1994年に全地球上で常時使用できるようになった。GPSは、2010年代までは世界中で最も普及している衛星航法システムであり、マルチGNSSを採用した利用者受信機でも、"GPS"が衛星測位システムの代名詞的に総称される場合もある。
かつて米国には1996年にナビゲーションサービスを終了したトランシットがあった。
2000年代以降のGPSの近代化により2014年4月からはCNAVと呼ばれる新しいナビゲーションメッセージがL2C信号とL5信号を用いて送信されるようになった。また、2018年からは L1C信号の送信が始まった。2023年7月現在、L1C信号は6機、L2C信号は25機、L5信号は18機のGPS衛星からそれぞれ送信されている。L1C信号は2020年代後半までに、L5信号は2027年までに24機のGPS衛星で利用できる予定である。
Galileo
米国依存からの脱却のため、当時のヨーロッパ共同体とヨーロッパ宇宙機関は、2002年3月にガリレオと呼ばれる独自の全地球航法衛星システムを導入する事で合意した。当初、中華人民共和国も計画に参加していたが、後に離脱した。当初の予定では24億ポンドで30機の中地球軌道の衛星によって2010年から運用する予定とされた。GPSと共存性・相互運用性が確保される見込みである。
その後財源や事業体制などの課題により運用開始は2012年の予定になった。最初の実験衛星ジオベ衛星は、ロシアのソユーズロケットを用いて2005年12月28日に打ち上げられた。2016年12月25日、ようやく全地球サービス開始にこぎつけたと日本では報道された。2024年11月現在、25機のGalileo衛星が運用中である。
2023年1月にThe Galileo High Accuracy Service (HAS) が開始された。HASは 精密単独測位 による高精度測位サービスで水平精度は20cm以下（95％）であるとされている。
GLONASS
旧ソ連は米国との対抗上、GPSと同様のGLONASS(グロナス)を構築しようとしたが必要な衛星を全て打上げる前にソ連が崩壊してしまい、予算の縮小から衛星打ち上げが頓挫。一部の地域で部分的に運用されていた。ロシア連邦成立後に計画が再開され、2005年には再開後初の衛星を打ち上げ、2010年9月までに24基の衛星を打ち上げ、GLONASSは復旧した（24機中24機が運用中である。）。2011年には全世界で測位可能となり、現在は測位精度を高めるためにGLONASSとGPSを併用する受信機が登場している（GLONASS#受信機も参照）。2023年8月には新世代のGLONASS衛星（GLONASS-K2）が初めて打ち上げられた。
北斗衛星導航系統
中国は、北斗系統 と呼ばれる地域衛星系を拡張し、2020年より全地球規模で測位できるBeidou satellite navigation system to cover whole world in 2020。計画はBeiDou navigation System (BDS) と呼ばれる。BDS は30機の中軌道の衛星と5機の静止衛星から構成される。 2024年11月現在、BDSは44機の衛星で運用中である。内訳は北斗-2衛星が15機と北斗-3衛星が29機、衛星軌道別では、静止軌道（GEO) 7機、中軌道（MEO）27機、傾斜対地同期軌道（IGSO）10機である。
BDSはGalileoと同様に精密単独測位による高精度測位サービスを提供している。また、SBASについては試験中としている。
地域衛星系 準天頂衛星システム（QZSS, みちびき) - 日本 インド地域航法衛星システム（NavIC）- インド
みちびき
4機の人工衛星からなりGPS等の位置情報を補正して高精度の測位を可能とする日本の準天頂衛星システム（，みちびき）は、2018年度から運用が始まった。2026年の7号機打ち上げにより、2027年には7機体制の運用が開始され、日本上空に常に4機以上のみちびき衛星が滞空する状態となる予定である。
かつて、新衛星ビジネス株式会社が2002年（平成14年）に設立され、高速で移動する車輛の内部で精度25cmとされる測位精度を用いた各種事業が検討された。最初の人工衛星は、2008年（平成20年）に打ち上げられる予定であった。予算の都合で、通信・放送との複合機能衛星となっており、それらのサービスのシナジー効果が期待されていたが、採算性の面から2006年（平成18年）3月に放送・通信の事業化が断念され、純粋な測位衛星として利用されることになった（新衛星ビジネス社は2007年8月2日に解散し、財団法人衛星測位利用促進センターが、測位分野のみ継続）。
一方、政府による打ち上げの動きもあり、2005年（平成17年）の第44回衆議院議員総選挙の自由民主党マニフェスト「政権公約2005」政権公約2005の52項目にも「国家基盤としての衛星測位の確立と骨格的空間情報の整備」との記載があった。政府ではその後、内閣官房に測位・地理情報システム等推進会議が設置され、2006年（平成18年）3月には「準天頂衛星システム計画の推進に係る基本方針」を発表した。それによると、国家が衛星測位の重要性を認識し、民間の資金負担がないとしても、国家が衛星測位システムを整備することを宣言した。
2010年（平成22年）9月11日に、準天頂衛星の実用試験機として初号機QZS-1が打ち上げられた。2013年に初号機の運用が開始され、L1-SAIF信号を送出しており、高精度なSBAS（衛星航法補強システム）的利用が可能である。2017年に衛星3機が追加で打ち上げられ、2018年11月1日に4機体制でシステムを正式な運用が開始した。
2021年10月26日、設計寿命を迎えた初号機の後継機1機が、H-IIAロケット44号機によって打ち上げられた。
2023年6月、宇宙基本計画が改定され11機体制構想の本格的な検討・開発への着手が明記された。2030年代中の11機体制完成を目指す。
2025年2月2日、H3ロケット5号機により、みちびき6号機が打ち上げられた。2025年12月22日、H3ロケット8号機によってみちびき5号機が打ち上げられたが、予定の起動投入に失敗した。2026年8月11日、H3ロケット9号機によりみちびき7号機打ち上げられた。
NavIC
NavIC（Navigation with Indian Constellation）は、インド政府の下でインド宇宙研究機関が運用している衛星航法システムである。2006年5月に政府は計画を承認して、2013年に運用を始めた。7機の航法衛星から構成される。7機の衛星は全て静止軌道から地域の地図情報を送信する。天候に関わらず7.6m以上の精度でインドとその周辺のおよそ1,500 kmの地域を網羅する。最終目標はインド全域で端末も全てインド製になる予定である。
衛星型補強系 thumb|right|250px|静止衛星型衛星航法補強システム (SBAS) 航空機での精度向上を当初目的として、衛星航法補強システム (SBAS: Satellite Based Augmentation System) が運用されている。 WAAS MSAS（2020年3月末に運用終了し、みちびきに引き継がれた） EGNOS GAGAN
KASS
また、次の地域においてSBASが計画されている。http://www.navipedia.net/index.php/Other_SBAS - 中米、南米 AFI - アフリカ MALAYSIA - マレーシアを中心とする東南アジア CWAAS - カナダ 民間企業による全地球測位補強サービス
公共のディファレンシャル測位補強サービス Coast Guard NDGPS 海上保安庁 DGPS（2019年3月1日12:00に廃止された） EUPOS DGNSS - 韓国
衛星系の比較 2024年12月現在。 システム 国 信号方式 軌道高度、軌道周期 運用中の衛星数 周波数GPS アメリカCDMA 20,200 km11h56m 31機 1575.42 MHz（L1信号）1227.6 MHz（L2信号）1176.45 MHz（L5信号）ガリレオ 欧州連合CDMA 23,222 km 14.1h 25機E1: 1575.420 MHzE6: 1278.750 MHzE5a: 1176.450 MHzE5b: 1207.140 MHz GALILEO OPEN SERVICE SIGNAL-IN-SPACE INTERFACE CONTROL DOCUMENT (OS SIS ICD) Issue 2.1 | November 2023GLONASS ロシア連邦FDMA/CDMA 19,100 km 11h15m44s 24機 1602 MHz (G1)1246 MHz (G2)1202 MHz（G3)北斗系統(BDS) 中国CDMA 21,150 km 12.6h （他にGEO軌道、IGSO軌道あり） 44機 B1: 1561.098 MHzB2: 1207.140 MHzB3: 1268.520 MHzB1C: 1575.420 MHzB2a: 1176.450 MHzB2b: 1207.14 MHzNavIC インドCDMA35,700km （3機はGEO軌道） 8機 1176.45 MHz（L5信号）2498.028 MHz（S信号）みちびき 日本CDMA 42,165 km23h56m （2機はGEO軌道） 5機（2機追加予定） 1575.42 MHz（L1信号）1227.6 MHz（L2信号）1176.45 MHz（L5信号）1278.75 MHz（L6信号）2 GHz（S帯信号）Quasi-Zenith Satellite System Interface Specification Satellite Positioning, Navigation and Timing Service (IS-QZSS-PNT-006) (July 11, 2024) Cabinet OfficeQuasi-Zenith Satellite System Interface Specification Centimeter Level Augmentation Service (IS-QZSS-L6-005) (September 21, 2022) Cabinet Office
技術 航法信号 衛星側から利用者側への情報の流れは、一般的には一方向の電波によるダウンリンクで実現されている。航法信号は、衛星メッセージとコードの2つを重ねて多重化したデジタルデータで搬送波を変調して生成される。このデジタルデータは衛星時刻と高度に同期している。
衛星メッセージ（データ層） 送信時刻や衛星軌道情報などが含まれる。 コード（コード層） 周期的に変調されたコードを受信側が航法信号から分別することによって、伝播時間の測定が行われる。 搬送波（物理層） 搬送波はC, S, Lのバンドが使用される。Cバンドがアップリンクに使用され、SバンドとLバンドが利用者への航法信号の搬送波に使用されているが、将来、Cバンドを航法信号への使用することも考えられている。
衛星メッセージはコードを排他的論理和 (Exclusive-Or) によって変調することで両者は多重化される。この多重化されたコードを元に搬送波がスペクトル拡散による変調を受けて送信すべき航法信号が生成される。
PRNによるコード生成 一般にはコードは擬似ランダム雑音 (Pseudo Random Noise; PRN) を使って生成される。擬似ランダム系列の信号は、開始位置の時刻を定めておけば、復調時にその生成時刻を知ることができる。
原子時計 航法衛星は航法信号生成の基準として原子時計を搭載している。航法衛星搭載の原子時計には、時計バイアスの短中期的変動予測が規定誤差内に収まる品質が求められ、宇宙空間で長期に亘る稼働を続ける信頼度が求められる。
一般に航法衛星には複数個の原子時計を搭載し、そのうちの1つを動作させるが、寿命等による信頼度低下が地上局での監視により限界を超えると判断された場合は停止させ、残りの原子時計の一つへ動作切り替えを行う。搭載している全ての原子時計が劣化した場合には、その航法衛星は退役とする。
米国のGPSでは衛星搭載原子時計の高い技術と運用実績を持ち、寿命限界の近くまで原子時計を動作させることも行われている反面、予期せず急速に劣化する事象への対処が遅れ、利用者への通知が遅れるトラブルも発生している。
ディファレンシャル測位 ディファレンシャル測位もしくはディファレンシャルGNSS (DGNSS) と呼ばれる。各衛星からの航法信号送信時刻に関わる精度阻害の程度のうち、系統誤差に分類される要因（衛星の天体暦と原子時計の誤差及び大気遅延）によるものを合わせた寄与（和）はおよそ1から7mに相当する範囲にある。これを補正情報として利用者へ伝送すれば、測位計算の際に系統誤差だけは相殺でき正確な測位に近づけることができる。補正情報は、位置情報が既知である地上に固定された基準局受信機における各衛星の測定値を用いてほぼ実時間的に生成し利用者へ伝送する。陸域では誤差が1cm以下の高精度補正情報を基準局網から生成することが日本国内では既に行われている。なおランダム誤差については補正情報（ディファレンシャル測位）によっては除去できない。
誤差要因