经过20余年的实践证明，GPS系统是一个高精度、全天候和全球性的无线电导航、定位和定时的多功能系统。GPS 技术已经发展成为多领域、多模式、多用途、多机型的国际性高新技术产业。如今，GPS市场迅速成长状大，GPS产品定位不再局限于导航功能，除了具备卫星同步精确定位、最佳路径搜索、同步语音导航、生活资讯查询等功能和城市地图精准导航之外，还会集移动电视、视频播放和电子相册等娱乐功能，并融入了蓝牙免提、倒车后视、TMC(实时交通信息)、电子狗、WIFI (一种无线网络传输技术)等实用功能于一身。
一、GPS相关基础术语
1.GPS坐标系统
坐标系统是由坐标原点位置、坐标轴指向和尺度所定义的。在GPS定位中，通常采用两类坐标系统:一类是在空间固定的坐标系，另一类是与地球体相固联的坐标系统。
坐标系原点一般取地球质心，而坐标轴的指向具有一定的选择性，为了使用上的方便，国际上都通过协议来确定某些全球性坐标系统的坐标轴指向，这种共同确认的坐标系称为协议坐标系。
为了确定用户接收机的位置，GPS卫星的瞬时位置通常应换算到统一的地球坐标系统。
2.GPS时间系统
在天文学和空间科学技术中，时间系统是精确描述天体和卫星运行位置及其相互关系的重要基准，也是利用卫星进行定位的重要基准。
为精密导航和测量需要，全球定位系统建立了专用的时间系统，由GPS主控站的原子钟控制。
在GPS卫星定位中，时间系统的重要性表现在以下两点:一是GPS卫星作为高空观测目标，位置不断变化，在给出卫星运行位置的同时，必须给出相应的瞬间时刻。例如:要求GPS卫星的位置误差小于1cm，则相应的时刻误差应小于2.6X10 -6s。二是准确地测定观测站至卫星的距离，必须精密地测定信号的传播时间。若要距离误差小于1cm，则信号传播时间的测定误差应小于3X10 -11s。
3.GPS卫星轨道与GPS卫星星历
卫星在空间运行的轨迹称为轨道，描述卫星轨道位置和状态的参数称为轨道参数。
卫星星历是描述卫星运动轨道的信息，是一-组对应某一时 刻的轨道根数及其变化率。根据卫星星历可以计算出任一时刻的卫星位置及其速度，GPS卫星星历分为预报星历(外推的星历，精度不高)和后处理星历(计算后所得星历，精度较高)。
4.GPS卫星信号
GPS卫星所发射信号包括载波信号、P码(或Y码)、C/A码和数据码(或D码)等多种信号分量，而其中P码和C/A码统称为测距码。
GPS卫星信号的产生、构成和复制等涉及到现代数字通信理沦和技术方面的复杂问题。
5.GPS卫星导航电文
GPS卫星的导航电文是用户用来定位和导航的数据基础，包含有关卫星的星历卫星工作状态、时间系统、卫星钟运行状态、轨道摄动改正大气折射改正和由C/A码捕获P码等导航信息。
导航电文又称为数据码(或D码)。导航电文也是二进制码，依照规定格式组成，按帧向外播送。每帧电文含1500比特，播送速度50bit/s，每帧播送时间30s，如图1所示。
GPS卫星信号包含三种信号分量:载波测距码和数据码。信号分量的产生都是在同一个基本频率f=10.23MHz的控制下产生，GPS卫星信号如图2所示。
L1载波上，调制有C/A码、P码(或Y码)和数据码;L2载波上，只调制有P码(或Y码)和数据码。
GPS卫星的测距码和数据码是采用调相技术调制到载波上，且调制码的幅值只取0或1。如果码值取0，则对应的码状态取+1;而码值取1时，对应码状态为-1，载波和相应的码状态相乘后，即实现了载波的调制。
7.GPS卫星信号的解调
为进行载波相位测量，当用户接收到卫星发播的信号后，可通过以下两种解调技术来恢复载波相位。
(1)复制码与卫星信号相乘:由于调制码的码值是用土1的码状态来表示的，若把接收的卫星码信号与用户接收机产生的复制码，在两码同步的条件下相乘，即可去掉卫星信号中的测距码而恢复原来的载波。
(2)平方解调技术:将接收的卫星信号进行平方，由于处于+1状态的调制码经过平方后均为+1，而+1对载波相位不产生影响。故卫星信号平方后，可达到解调目的。
二、GPS 系统的组成
1.空间部分
GPS的空间部分是由24颗工作卫星组成，它位于距地表20km~200km的上空，均匀分布在6个轨道面上(每个轨道面4颗) ， 轨道倾角为55°，如图3所示。
此外，还有3颗有源备份卫星在轨运行。卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4颗以上的卫星，并能在卫星中预存导航信息。GPS 的卫星因为大气摩擦等问题，随着时间的推移，导航精度会逐渐降低。
2.地面控制系统地面控制系统由监测站(Monitor Station)主控制站(MasterMonitor Station)， 地面天线(Ground Antenna)所组成，主控制站位于美国科罗拉多州春田市(ColoradoSpring)。地面控制站负责收集由卫星传回之讯息，并计算卫星星历、相对距离，大气校正等数据。
3.用户设备部分
用户设备部分即GPS信号接收机。其主要功能是能够捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星，并跟踪这些卫星的运行。当接收机捕获到跟踪的卫星信号后，就可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率，解调出卫星轨道参数等数据。根据这些数据，接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算，计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息。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部分。
三、GPS导航基本原理
GPS导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置，如图4所示。
要达到这一目的，卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。而用户到卫星的距离则通过纪录卫星信号传播到用户所经历的时间，再将其乘以光速得到(由于大气层电离层的干扰，这一距离并不是用户与卫星之间的真实距离，而是伪距(PR); 当GPS卫星正常工作时，会不断地用1和0二进制码元组成的伪随机码(简称伪码)发射导航电文。
可见GPS导航统卫星部分的作用就是不断地发射导航电文。然而，由于用户接收机使用的时钟与卫星星载时钟不可能总是同步，所以除了用户的三维坐标x、y、z外，还要引进一个△t即卫星与接收机之间的时间差作为未知数，然后用4个方程将这4个未知数解出来。所以，要想知道接收机所处的位置，至少要能接收到4个卫星的信号。四、GPS 接收机工作原理及分类
GPS卫星接收机应具有以下功能:能够捕获到待测卫星，并能够跟踪这些卫星的运行;对所接收到的GPS信号具有变换、放大和处理的功能，以便测量出GPS信号从卫星到接收天线的传播时间，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，甚至三维速度和时间。
GPS信号接收机不仅需要功能较强的机内软件，而且需要一个多功能的GPS数据测后处理软件包。接收机加处理软件包，才是完整的GPS信号用户设备。
GPS用户设备主要包括GPS接收机及其天线、微处理机及其终端设备和电源等，如图5所示。
接收机和天线是核心部分，习惯上统称为GPS接收机。主要功能是接收GPS卫星发射信号，并进行处理，获取导航电文和必要的观测量。在实际应用中，按用途可将GPS接收机分为以下四类:
1.导航型接收机此类型主要用于运动载体的导航，它可以实时给出载体的位置和速度。一般采用C/A码伪距测量，单点实时定位精度较低(土10m)，有SA(选择性效益处理程序)影响时为土100m。该类接收机价格便宜，应用广泛。根据应用领域不同，还可以进一步分为:车载型--用于车辆导航定位;航海型--用于船舶导航定位;航空型--用于 飞机导航定位，要求适应高速运动;星载型--用于卫星的导航定位，要求更高。
2.测地型接收机
测地型接收机主要用于精密大地测量和工程测量，如图6所示。这类仪器主要采用载波相位观测值进行相对定位，定位精度高。仪器结构复杂，价格较贵。
这类接收机主要利用GPS卫星提供的高精度时间标准进行授时，常用于天文台及无线电通讯中时间同步，如图7所示。
当通过硬件和软件做成GPS定位终端用于车辆定位的时候，称为车载GPS，但光有定位还不行，还要把这个定位信息传到报警中心或者车载GPS持有人那里，常称为第三方。所以，GPS定位系统中还包含了GSM网络通讯(手机通讯)，通过GSM网络用短信的方式把卫星定位信息发送到第三方。通过微机解读短信电文，在电子地图上显示车辆位置，这样就实现了车载GPS定位。
另外，根据接收机的载波频率可分为单频接收机和双频接收机两类。单频接收机只能接收L1载波信号，测定载波相位观测进行定位。由于不能有效消除电离层延迟影响，单频接收机只适用于短基线(<15km)的精密定位。双频接收机可以同时接收L1 L2载波信号。利用双频对电离层延迟的不-样，可以消除电离层对电磁波信号的延迟的影响，因此双频接收机可用于长达几千公里的精密定位。
[提示]常说的车载GPS导航与车载GPS定位有所区”别:车载GPS导航仪中安装有接收GPS卫星信号的芯片及相关分析运算电路，它可以通过天线同时接收多颗卫星的信号，然后分析计算出汽车与这些卫星之间的距离，再转换到汽车在地面的位置，最后根据预存的地图信息进行导航提示，完全不需要第三方介入。
五、手机A-GPS功能简介
目前，市场上具有GPS导航手机有两类，一类是GPS导航，另一类是A-GPS导航。那么什么是A-GPS呢?A-GPS (Assisted GPS)即辅助GPS技术，它可以提高GPS卫星定位系统的性能。通过移动通信运营基站它可以快速地定位，广泛用于含有GPS功能的手机上。GPS通过卫星发出的无线电信号来进行定位。若在很差的信号条件下，例如在一座城市，这些信号可能会被许多不规则的建筑物、墙壁或树木削弱。在这样的条件下，非A-GPS导航设备可能无法快速定位，而A-GPS系统可以通过运营商基站信息来进行快速定位，且初次定位速度不到30s，而传统GPS需要几分钟。但一旦找到了卫星信号，后续定位速度是差不多的。
在蜂窝移动通信系统中，AGPS系统通过手机定位服务器作为辅助服务器来协助GPS接收器(通常是手机)完成测距和定位服务，如图8所示。
辅助定位服务器有比GPS接收器强大得多的GPS信号接收环境和能力，在这种情况下，辅助定位服务器通过网络与手机的GPS接收器通信而提供定位协助。由于有了移动网络的协助，GPS接收器的效率比没有协助定位服务器的时候有了很大的提高，因为有部分原本由接收器处理的工作被辅助定位服务器所处理。简单地说:“A"是基站定位，“GPS"是卫星定位，A-GPS便是两者的结合，从而使定位更快更准。
A-GPS是一种结合网络基站信息和GPS信息对移动台进行定位的技术，既利用全球卫星定位系统GPS，又利用移动基站，解决了GPS覆盖的问题，可以在2代的G、C网络和3G网络中使用。A-GPS是需要网络的辅助才能使用，是需要收取流量费用的(GPS 是不需要网络的辅助，直接就可以使用的)。[提示]A-GPS是利用手机基站的信号，辅以连接远程服务器的方式下载卫星星历 (英语:Almanac Data)，再配合传统的GPS卫星接收器，让定位的速度更快，定位能力更强。有A-GPS功能的手机肯定内置有GPS模块，即具有普通GPS功能，但有GPS模块的手机不一定有A-GPS功能，这在选购导航手机时应注意区分。
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