前言： 目前GPS车载导航行业概况
   随着汽车的普及和道路的建设，城际间的经济往来更加频繁，活动的区域也越来越大；为了提高生活质量，大量的休闲活动、探险活动的举行使我们并不局限在自己认识的一小块区域中，不认识道路，找不到目的地的情况也屡有发生，就此，GPS将会以合适的价位走入车主的世界，成为车上的基本装备。

　　发达国家，车载导航已经是一个非常成熟的系统，只要客户需要，就可以在自己的车上安装这套系统。在美国和西欧，只有高档车上原厂配备自导航；中档车型的用户可以选装或者购车后购买。附带的电子地图都是覆盖整个北美地区和殴盟地区。

　　日本的车载导航发展是领先于全球的。目前在低档车型上已可以安装，超过80%的新车装有车载导航。附带覆盖全国的电子地图内容非常丰富。特有的准3G无线通信网络使驾车人可以在车上实现宽带上网，这样日本已经实现了几乎全部城市的道路信息实时发布。车载导航系统会根据道路信息实时调整行驶路线，这样既可以减少路程花费时间，还可以帮助交通管理部门调整交通流量，一举两得。

　　由于巨大的市场潜力和不可估量的发展前景，日本几乎所有的汽车生产厂家都参加了这一高科技角逐，仅近几年投入市场的新系统就有30多个。如日本的宏达、尼桑、本田、马自达、三菱以及松下、先锋、阿尔派、健伍等公司都已开发出自己的车载导航产品。世界其它发达国家如美国、德国、荷兰不甘落后，力图在该市场占有一席之地。目前在欧洲，由飞利浦、西门子开发的车载导航系统1995年已在雷诺、菲亚特等大众化民用车辆上使用；奔驰-S系列、宝马-7系列。从1994年起，厂装车辆已将GPS车载导航系统列在选装清单上。

　　车载GPS在国内的发展

　　最初进入国内市场的GPS作为一种专业工具，多应用于林业、农业、电力、水利、石油、海洋、地质、国防、交通、环保、气象、城建等行业，但随着数字化生活的临近，GPS也越来越贴近我们的日常工作与生活。大家开始在户外俱乐部、摄影器材店、IT电子产品店见到各种GPS的消费产品，就连汽车经销店、4S店内也越来越多的看到GPS的汽车电子类产品-车载导航仪。 

　　近年来，我国的汽车销售总量和私人购车数量逐年上升。随着人们生活水平的不断提高，汽车逐渐进入家庭，并成为生活必须品，有专家估计，未来几年内汽车的增长速度将会有更大幅上升趋势。作为汽车电子产品GPS系统，它巨大的市场潜力和不可估量的发展前景，让各大家电业巨头看到了商机，纷纷将目光转向了汽车行业。

　　随着中国汽车工业的发展，汽车电子市场的逐渐成熟，消费者也越来越追求方便实用，根据这一趋势，国内的一些知名的汽车厂家，例如一汽、二汽、上海大众与通用等均有在豪华轿车或普通轿车上将GPS导航系统作为标准配置的打算和行动。

　　GPS车载导航系统及产品

　　GPS车载导航系统主要由主机、显示屏、操作键盘(遥控器)和天线组成。它实现了野外踏勘、出游旅行的数字化智能导航。它具有准确的地图、地理信息，清晰的行进路线。全球全天候适时性的应用，永无盲区，免费的卫星资源更使用户随心所欲，畅心使用。多种的数据信息，位置坐标，航行路程、航行时间、方位、偏航方位角、偏航距离、预设报警。无论您在茫茫的阔野草原、野花飘香、溪水叮咚的青山幽谷，还是繁华喧嚣的都市，他都能使您在工作、畅游之际随时准确到达目的地。

　　目前市场上的GPS车载导航仪种类很多，消费者选购时需注意，作为成熟的GPS车载导航设备，应具有的基本功能包括：GPS卫星导航定位、电子地图浏览查询、智能的路线规划、全程的语音提示。其中，电子地图的数据量与详细程度最为重要，除了丰富的城市地图外，全国的公路网图也是不可或缺的，否则导航仪可就出城不认路了。此外，机器的外形、安装方式、物理性能也是值得注意的，选择安装程序简便、外形美观、防水抗震、收星稳定的GPS车载导航仪会令使用者得心应手。

　　一般的车载GPS导航系统具有以下功能：
　　1.导航功能
　　使用者在车载GPS导航系统上任意标注两点后，导航系统便会自动根据当前的位置，为车主设计最佳路线。有些系统还有修改功能，假如用户因为不小心错过路口，没有走车载GPS导航系统推荐的最佳线路，车辆位置偏离最佳线路轨迹200米以上，车载GPS导航系统会根据车辆所处的新位置，重新为用户设计一条回到主航线路线，或是为用户设计一条从性位置到终点的最佳线路。

　　2．电子地图
　　车载系统都配备了电子地图，一般覆盖全国的各大省会城市，功能强大的地图系统包含了中小城市，城市数目达到了近400个。可以随时查看目的城市的交通、建筑等情况。

　　3．转向语音提示功能。
　　如果前方遇到路口或者转弯，系统具有转向语音提示功能。这样可以避免车主走弯路。此外，可以查阅街道及其周围建筑物，甚至可能具有一些城市交通中的单行线、禁左、禁右等路况信息供查阅。

　　4.定位功能
　　GPS通过接收卫星信号，准确地定出其所在的位置，位置误差小于10米。如果机器里带地图的话，就可以在地图上相应的位置用一个记号标记出来。同时，GPS还可以显示方向，显示海拔高度等信息。

　　5.蓝牙
　　通过蓝牙功能来实现在开车过程当中不去用手接听手机。提高行车安全 

　　6.显示航迹
　　如果去一个陌生的地方，GPS带有航迹记录功能，可以记录下用户车辆行驶经过的路线，小于10米的精度，甚至能显示两个车道的区别。回来时，用户可以启动它的返程功能，让它领着你顺着来时的路线顺利返回。

　 对于汽车族，随着汽车产业不断发展，各城市汽车的数量不断增加，新兴的汽车族中不乏对道路不熟悉者；汽车的增加也带来人们出行习惯的变化，到哪都希望有车可用，跨城市用车的情况将越来越多，使得对道路不熟悉的汽车族进一步增加。由此，GPS自然而然的进入汽车导航、定位这一领域，利用GPS对汽车进行导航、定位，已经不仅是简单的显示地理位置、道路、车速等资料，甚至达到人性化的制定行程、语音提示道路信息、查询周边设施（如：加油站、便利商店、政府机关、旅游景点等）等功能，越来越人性化的功能将使GPS成为汽车族的最佳伴侣。

　　车载导航仪通过接收卫星信号，配合电子地图数据，实时掌握自己的方位与目的地，自主导航的模式不收取任何使用费用，用户可以根据自己的需要有选择的购买地图数据。当使用者把车载GPS安装在车上后，无论使用者身处哪个城市、城镇或是郊区，我们都能在转瞬之间找到一家餐馆或是最近的一家加油站。

　　目前，我国已悄然兴起GPS专业玩家一族，他们大部分是户外运动和汽车越野爱好者。这些使用者可以通过车载GPS了解车辆行使方向，这样就取代传统的高度计，还可以显示海拔高度等信息。通过GPS对卫星信号的接受计算，可以测算出行驶的具体速度。对于那些热爱户外运动，汽车越野爱好者来说GPS让他们再也不会为迷失方向而苦恼，因为GPS导航仪可以让驾车者对行驶道路了如指掌。GPS导航仪还提供全程语音提示，驾车者无须观察显示界面就可能实现导航的全过程，使得行车更加安全舒适。

　　随着科技人性化时代的到来，GPS车载导航系统逐渐显示出其强大的生命力和广阔的应用前景，市场潜力巨大。GPS导航系统将成为人们休闲、娱乐、旅游探险不可缺少的必备工具，引领时尚前沿消费市场。

什么是GPS？

        GPS即全球定位系统（Global Positioning System）是美国从本世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。经近10年我国测绘等部门的使用表明，GPS以全天候、高精度、 自动化、高效益等显著特点，赢得广大测绘工作者的信赖，并成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、地球动力学等多种学科，从而给测绘领域带来一场深刻的技术革命。GPS全球定位系统（Global Positioning System）是美国第二代卫星导航系统。是在子午仪卫星导航系统的基础上发展起来的，它采纳了子午仪系统的成功经验。和子午仪系统一样，全球定位系统由空间部分、地面监控部分和用户接收机三大部分组成。 
 
        按目前的方案，全球定位系统的空间部分使用24颗高度约2.02万千米的卫星组成卫星星座。21+3颗卫星均为近圆形轨道，运行周期约为11小时58分，分布在六个轨道面上（每轨道面四颗），轨道倾角为55度。卫星的分布使得在全球的任何地方，任何时间都可观测到四颗以上的卫星，并能保持良好定位解算精度的几何图形（DOP）。这就提供了在时间上连续的全球导航能力。 
 
        地面监控部分包括四个监控站、一个上行注入站和一个主控站。监控站设有GPS用户接收机、原子钟、收集当地气象数据的传感器和进行数据初步处理的计算机。监控站的主要任务是取得卫星观测数据并将这些数据传送至主控站。主控站设在范登堡空军基地。它对地面监控部实行全面控制。主控站主要任务是收集各监控站对GPS卫星的全部观测数据，利用这些数据计算每颗GPS卫星的轨道和卫星钟改正值。上行注入站也设在范登堡空军基地。它的任务主要是在每颗卫星运行至上空时把这类导航数据及主控站的指令注入到卫星。这种注入对每颗GPS卫星每天进行一次，并在卫星离开注入站作用范围之前进行最后的注入。 
 
        全球定位系统具有性能好、精度高、应用广的特点，是迄今最好的导航定位系统。随着全球定位系统的不断改进，硬、软件的不断完善，应用领域正在不断地开拓，目前已遍及国民经济各个部门，并开始逐步深入人们的日常生活。 

GPS系统如何组成？

        GPS系统包括三大部分：空间部分—GPS卫星星座；地面控制部分—性地面监控系统；用户设备部分—GPS信号接收机（也就是我们所说的GPS导航仪）。 
 
GPS卫星星座
 
        GPS工作卫星及其星座由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成GPS卫星星座，记作（21+3）GPS星座。 24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内，轨道倾角为55度，各个轨道平面之间相距60度，即轨道的升交点赤经各相差60度。每个轨道平面内各颗卫星之间的升交角距相差90度， 一轨道平面上的卫星比西边相邻轨道平面上的相应卫星超前30度。 


        在两万公里高空的GPS卫星，当地球对恒星来说自转一周时，它们绕地球运行二周， 即绕地球一周的时间为12恒星时。这样，对于地面观测者来说，每天将提前4分钟见到同一颗GPS 卫星。位于地平线以上的卫星颗数随着时间和地点的不同而不同，最少可见到4颗， 最多可见到11颗。在用GPS信号导航定位时，为了结算测站的三维坐标，必须观测4颗 GPS卫星，称为定位星座。这4颗卫星在观测过程中的几何位置分布对定位精度有一定的影响。对于某地某时，甚至不能测得精确的点位坐标，这种时间段叫做“间隙段”。但这种时间间隙段是很短暂的，并不影响全球绝大多数地方的全天候、高精度、连续实时性，GPS工作卫星的编号和试验卫星基本相同。
 
地面监控系统
 
        对于导航定位来说，GPS卫星是一动态已知点。星的位置是依据卫星发射的星历—描述卫星运动及其轨道的 的参数算得的。每颗GPS卫星所播发的星历，是由地面监控系统提供的。卫星上的各种设备是否正常工作，以及卫星是否一直沿着预定轨道运行，都要由地面设备进行监测和控制。地面监控系统 另一重要作用是保持各颗卫星处于同一时间标准—GPS时间系统。这就需要地面站监测 各颗卫星的时间，求出钟差。然后由地面注入站发给卫星，卫星再由导航电文发给用户设备。 GPS工作卫星的地面监控系统包括一个主控站、三个注入站和五个监测站。
 
GPS信号接收机（也就是我们所说的GPS导航仪）
 
        GPS 信号接收机的任务是：能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号， 并跟踪这些卫星的运行，对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处理，以便测量出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出测站的三维位置， 位置，甚至三维速度和时间。
        静态定位中，GPS接收机在捕获和跟踪GPS卫星的过程中固定不变，接收机高精度 地测量GPS信号的传播时间，利用GPS卫星在轨的已知位置，解算出接收机天线所在位置的三维坐标。而动态定位则是用GPS接收机测定一个运动物体的运行轨迹。GPS信号接收机 所位于的运动物体叫做载体（如航行中的船舰，空中的飞机，行走的车辆等）。载体上的GPS接收机天线在跟踪GPS卫星的过程中相对地球而运动，接收机用GPS信号实时地 测得运动载体的状态参数（瞬间三维位置和三维速度）。
        接收机硬件和机内软件以及GPS数据的后处理软件包，构成完整的GPS用户设备。GPS接收机的结构 分为天线单元和接收单元两大部分。对于测地型接收机来说，两个单元一般分成两个独立的部件，观测时将天线单元安置在测站上，接收单元置于测站附近的适当地方， 用电缆线将两者连接成一个整机。也有的将天线单元和接收单元制作成一个整体，观测时将其安置在测站点上。
        GPS接收机一般用蓄电池做电源。同时采用机内机外两种直流电源。设置机内电池的目的 在于更换外电池时不中断连续观测。在用机外电池的过程中，机内电池自动充电。关机后，机内电池为RAM存储器供电，以防止丢失数据。近几年，国内引进了许多种类型的GPS测地型接收机。各种类型的GPS测地型接收机用于精密相对定位时，其双频接收机精度可达5mm+1PPM.D，单频接收机在一定距离内精度可达 10mm+2PPM.D。用于差分定位其精度可达亚米级至厘米级。 目前，各种类型的GPS接收机体积越来越小，重量越来越轻，便于野外观测。GPS和GLONASS 兼容的全球导航定位系统接收机已经问世。

GPS如何定位？
        GPS接收机可接收到可用于授时的准确至纳秒级的时间信息；用于预报未来几个月内卫星所处概略位置的预报星历；用于计算定位时所需卫星坐标的广播星历，精度为几米至几十米（各个卫星不同，随时变化）；以及GPS系统信息，如卫星状况等。 
　　
        GPS接收机对码的量测就可得到卫星到接收机的距离，由于含有接收机卫星钟的误差及大气传播误差，故称为伪距。对0A码测得的伪距称为UA码伪距，精度约为20米左右，对P码测得的伪距称为P码伪距，精度约为2米左右。 
 
        GPS接收机对收到的卫星信号，进行解码或采用其它技术，将调制在载波上的信息去掉后，就可以恢复载波。严格而言，载波相位应被称为载波拍频相位，它是收到的受多普勒频移影响的卫星信号载波相位与接收机本机振荡产生信号相位之差。一般在接收机钟确定的历元时刻量测，保持对卫星信号的跟踪，就可记录下相位的变化值，但开始观测时的接收机和卫星振荡器的相位初值是不知道的，起始历元的相位整数也是不知道的，即整周模糊度，只能在数据处理中作为参数解算。相位观测值的精度高至毫米，但前提是解出整周模糊度，因此只有在相对定位、并有一段连续观测值时才能使用相位观测值，而要达到优于米级的定位精度也只能采用相位观测值。 
 
        按定位方式，GPS定位分为单点定位和相对定位（差分定位）。单点定位就是根据一台接收机的观测数据来确定接收机位置的方式，它只能采用伪距观测量，可用于车船等的概略导航定位。相对定位（差分定位）是根据两台以上接收机的观测数据来确定观测点之间的相对位置的方法，它既可采用伪距观测量也可采用相位观测量，大地测量或工程测量均应采用相位观测值进行相对定位。 
 
        在GPS观测量中包含了卫星和接收机的钟差、大气传播延迟、多路径效应等误差，在定位计算时还要受到卫星广播星历误差的影响，在进行相对定位时大部分公共误差被抵消或削弱，因此定位精度将大大提高，双频接收机可以根据两个频率的观测量抵消大气中电离层误差的主要部分，在精度要求高，接收机间距离较远时（大气有明显差别），应选用双频接收机。 
 
        在定位观测时，若接收机相对于地球表面运动，则称为动态定位，如用于车船等概略导航定位的精度为30－100米的伪距单点定位，或用于城市车辆导航定位的米级精度的伪距差分定位，或用于测量放样等的厘米级的相位差分定位（RTK），实时差分定位需要数据链将两个或多个站的观测数据实时传输到一起计算。在定位观测时，若接收机相对于地球表面静止，则称为静态定位，在进行控制网观测时，一般均采用这种方式由几台接收机同时观测，它能最大限度地发挥GPS的定位精度，专用于这种目的的接收机被称为大地型接收机，是接收机中性能最好的一类。目前，GPS已经能够达到地壳形变观测的精度要求，IGS的常年观测台站已经能构成毫米级的全球坐标框架。

GPS的最初用途？


1、GPS的最初用途
 
        GPS最初就是为军方提供精确定位而建立的，至今它仍然由美国军方控制。军用GPS产品主要用来确定并跟踪在野外行进中的士兵和装备的坐标，给海中的军舰导航，为军用飞机提供位置和导航信息等。 
 
2、GPS系统用途广泛 
 
        目前，GPS系统的应用已十分广泛，我们可以应用GPS信号可以进行海、空和陆地的导航，导弹的制导，大地测量和工程测量的精密定位，时间的传递和速度的测量等。对于测绘领域，GPS卫星定位技术已经用于建立高精度的全国性的大地测量控制网，测定全球性的地球动态参数；用于建立陆地海洋大地测量基准，进行高精度的海岛陆地联测以及海洋测绘；用于监测地球板块运动状态和地壳形变；用于工程测量，成为建立城市与工程控制网的主要手段。用于测定航空航天摄影瞬间的相机位置，实现仅有少量地面控制或无地面控制的航测快速成图，导致地理信息系统、全球环境遥感监测的技术革命。 
 
        许多商业和政府机构也使用GPS设备来跟踪他们的车辆位置，这一般需要借助无线通信技术。一些GPS接收器集成了收音机、无线电话和移动数据终端来适应车队管理的需要。  
 
3、多元化空间资源环境的出现 
 
        目前，GPS，GLONASS，INMARSAT等系统都具备了导航定位功能，形成了多元化的空间资源环境。这一多元化的空间资源环境，促使国际民间形成了一个共同的策略，即一方面对现有系统充分利用，一方面积极筹建民间GNSS系统，待到2010年前后，GNSS纯民间系统建成，全球将形成GPS/GLONASS/GNSS三足鼎立之势，才能从根本上摆脱对单一系统的依赖，形成国际共有、国际共享的安全资源环境。世界才可进入将卫星导航作为单一导航手段的最高应用境界。国际民间的这一策略，反过来有影响和迫使美国对其GPS使用政策作出更开放的调整。总之，由于多元化空间资源环境的确立，给GPS的发展应用创造了一个前所未有的良好的国际环境。 
 
4、发展GPS产业 
 
        今后GPS将像目前汽车、无线电通信等一样形成产业化。美国已将广域增强系统WAAS（即将广域差分系统中的发送修正数据链转为地球同步卫星发送，使地球同步卫星也具有C/A码功能，形成广域GPS增强系统）计划发展成国际标准。我国目前也有一些单位生产车载GPS系统。为发展我国的GPS产业，武汉已经成立中国GPS工程中心。 
 
5、GPS的应用将进入人们的日常生活 
 
        最近几年，越来越多普通消费者买得起的GPS接收器出现了。随着技术的进步，这些设备的功能越来越完善，几乎每月都有新的功能出现，但价格在下跌，尺寸也越来越小了。两三年前GPS设备还像艺术品一样令人望而却步，而现在消费者终于可以拥有一款梦想已久的GPS接收器了，还带有以前做梦也想不到的很多先进的功能。 
 
        消费类GPS手持机的价格从几百元到几千元不等，它们基本上都有12个并行通道和数据功能。有些甚至能与便携电脑相连，可以上传/下载GPS信息，并且使用精确到街道级的地图软件，可以在PC的屏幕上实时跟踪你的位置或自动导航。 
 
        GPS信号接收机在人们生活中的应用，是一个难以用数字预测的广阔天地，手表式的GPS接收机，将成为旅游者的忠实导游。尽管目前大多数人还不知道什麽是GPS，但有人预言，GPS将改变我们的生活方式。今后，所有运载器，都将依赖于GPS。GPS就象移动电话、传真机、计算机互联网对我们生活的影响一样，人们日常生活将离不开它

什么是电子地图
通常我们所看到的地图是以纸张、布或其他可见真实大小的物体为载体的，地图内容是绘制或印制在这些载体上。而电子地图是存储在计算机的硬盘、软盘、光盘或磁带等介质上的，地图内容是通过数字来表示的，需要通过专用的计算机软件对这些数字进行显示、读取、检索、分析。电子地图上可以表示的信息量远远大于普通地图，如公路在普通地图上用线划来 表示位置，线的形状、宽度、颜色等不同符号表示公路的等级及其他信息。在电子地图上，是通过一串X、Y坐标表示位置，通过线划的属性表示公路的等级及其他信息，比如‘1’表示高速公路、‘2’表示国道等，电子地图上的线划属性可以有很多，比如公路等级、名称、路面材料、起止点名称、路宽、长度、交通流量等等信息都可以作为一条道路的属性记录下来，能够比较全面地描述道路的情况，这些是普通地图简单的符号不可能表示出来的。 
电子地图可以非常方便地对普通地图的内容进行任意形式的要素组合、拼接，形成新的地图。可以对电子地图进行任意比例尺、任意范围的绘图输出。非常容易进行修改，缩短成图时间。可以很方便地与卫星影像、航空照片等其他信息源结合，生成新的图种。可以利用数字地图记录的信息，派生新的数据，如地图上等高线表示地貌形态，但非专业人员很难看懂，利用电子地图的等高线和高程点可以生成数字高程模型，将地表起伏以数字形式表现出来，可以直观立体地表现地貌形态。这是普通地形图不可能达到表现效果。 
国家测绘局现有全国范围的1∶400万、1∶100万、1∶25万电子地图，今后还要生产1∶5万电子地图，这些是国家基础地理信息系统的重要组成部分,是其他各部门专业信息管理、分析的载体。各省、市测绘及城市规划部门生产了大量的大比例尺电子地图，如1∶5000,1∶2000,1∶1000等，可用于城市规划建设、交通、旅游、汽车导航等许多部门。所有这些数字 地图将各部门日常工作由原来一大堆地图翻来翻去，变成为计算机前作业，科学、准确、直观,大大提高效率。 
电子地图种类很多，如地形图、栅格地形图、遥感影像图、高程模型图、 各种专题图等等。