GPS系統包括三大部分： 空間部分—GPS衛星星座（21顆工作衛星，3顆備用衛星）； 部分—地面監控系統（1個主控站，3個注入站，5個監測站）； 用戶設備部分—GPS信號接收機（GPS接收機硬件一般由主機、天線和電源組成）。接收GPS衛星發射信號，以獲得必要的導航和定位信息，經數據處理，完成導航和定位工作。
GPS衛星星座 GPS工作衛星及其星座由21顆工作衛星和3顆在軌備用衛星組成GPS衛星星座，記作（21+3）GPS星座。24顆衛星均勻分布在6個軌道平面內，軌道傾角爲55度，各個軌道平面之間相距60度，即軌道的升交點赤經各相差60度。每個軌道平面內各顆衛星之間的升交角距相差90度，一軌道平面上的衛星比西邊相鄰軌道平面上的相應衛星超前30度。
在兩萬公裏高空的GPS衛星，當地球對恒星來說自轉一周時，它們繞地球運行二周，即繞地球一周的時間爲12恒星時。這樣，對于地面觀測者來說，每天將提前4分鍾見到同一顆GPS衛星。位于地平線以上的衛星顆數隨著時間和地點的不同而不同，最少可見到4顆，最多可見到11顆。在用GPS信號導航定位時，爲了結算測站的三維坐標，必須觀測4顆GPS衛星，稱爲定位星座。
地面監控系統 對于導航定位來說，GPS衛星是一動態已知點。星的位置是依據衛星發射的星曆—描述衛星運動及其軌道的參數算得的。每顆GPS衛星所播發的星曆，是由地面監控系統提供的。衛星上的各種設備是否正常工作，以及衛星是否一直沿著預定軌道運行，都要由地面設備進行監測和控制。地面監控系統另一重要作用是保持各顆衛星處于同一時間標准—GPS時間系統。這就需要地面站監測各顆衛星的時間，求出鍾差。然後由地面注入站發給衛星，衛星再由導航電文發給用戶設備。GPS工作衛星的地面監控系統包括一個主控站、三個注入站和五個監測站。
GPS信號接收機 GPS信號接收機的任務是：能夠捕獲到按一定衛星高度截止角所選擇的待測衛星的信號，並跟蹤這些衛星的運行，對所接收到的GPS信號進行變換、放大和處理，以便測量出GPS信號從衛星到接收機天線的傳播時間，解譯出GPS衛星所發送的導航電文，實時地計算出測站的三維位置，位置，甚至三維速度和時間。
靜態定位中，GPS接收機在捕獲和跟蹤GPS衛星的過程中固定不變，接收機高精度地測量GPS信號的傳播時間，利用GPS衛星在軌的已知位置，解算出接收機天線所在位置的三維坐標。而動態定位則是用GPS接收機測定一個運動物體的運行軌迹。GPS信號接收機所位于的運動物體叫做載體（如航行中的船艦，空中的飛機，行走的車輛等）。載體上的GPS接收機天線在跟蹤GPS衛星的過程中相對地球而運動，接收機用GPS信號實時地測得運動載體的狀態參數（瞬間三維位置和三維速度）。
接收機硬件和機內軟件以及GPS數據的後處理軟件包，構成完整的GPS用戶設備。GPS接收機的結構分爲天線單元和接收單元兩大部分。對于測地型接收機來說，兩個單元一般分成兩個獨立的部件，觀測時將天線單元安置在測站上，接收單元置于測站附近的適當地方，用電纜線將兩者連接成一個整機。也有的將天線單元和接收單元制作成一個整體，觀測時將其安置在測站點上。
GPS全球衛星定位導航系統(Global Positioning System-GPS)是美國從本世紀70年代開始研制，曆時20年，耗資200億美元，于1994年全面建成，具有在海、陸、空進行全方位實時三維導航與定位能力的新一代衛星導航與定位系統。經近10年我國測繪等部門的使用表明，GPS以全天候、高精度、自動化、高效益等顯著特點，贏得廣大測繪工作者的信賴，並成功地應用于大地測量、工程測量、航空攝影測量、運載工具導航和管制、地殼運動監測、工程變形監測、資源勘察、地球動力學等多種學科，從而給測繪領域帶來一場深刻的技術革命。
隨著全球定位系統的不斷改進，硬、軟件的不斷完善，應用領域正在不斷地開拓，目前已遍及國民經濟各種部門，並開始逐步深入人們的日常生活。 GPS系統的特點: 1、全球，全天候工作：能爲用戶提供連續，實時的三維位置，三維速度和精密時間。不受天氣的影響。 2、定位精度高： 單機定位精度優于10米，采用差分定位，精度可達厘米級和毫米級。 3、功能多，應用廣： 隨著人們對GPS認識的加深，GPS不僅在測量，導航，測速，測時等方面得到更廣泛的應用，而且其應用領域不斷擴大。
1、GPS發展 在衛星定位系統出現之前，遠程導航與定位主要用無線導航系統。 ★ 羅蘭--C：工作在100KHZ，由三個地面導航台組成，導航工作區域2000KM，一般精度200-300M。 ★ Omega（奧米茄）：工作在十幾千赫。由八個地面導航台組成，可覆蓋全球。精度幾英裏。 ★ 多蔔勒系統：利用多蔔勒頻移原理，通過測量其頻移得到運動物參數（地速和偏流角），推算出飛行器位置，屬自備式航位推算系統。誤差隨航程增加而累加。 缺點：覆蓋的工作區域小；電波傳播受大氣影響；定位精度不高。
2、衛星定位系統 最早的衛星定位系統是美國的子午儀系統（Transit），1958年研制，64年正式投入使用。由于該系統衛星數目較小（5-6顆），運行高度較低（平均1000KM），從地面站觀測到衛星的時間隔較長（平均1.5h），因而它無法提供連續的實時三維導航，而且精度較低。爲滿足軍事部門和民用部門對連續實時和三維導航的迫切要求。1973年美國國防部制定了GPS計劃。
3、GPS發展曆程 GPS實施計劃共分三個階段： 第一階段：方案論證和初步設計階段。從1973年到1979年，共發射了4顆試驗衛星。研制地面接收機及建立地面跟蹤網。 第二階段：全面研制和試驗階段。從1979年到1984年，又陸續發射了7顆試驗衛星，研制了各種用途接收機。實驗表明，GPS定位精度遠遠超過設計標准。 第三階段：實用組網階段。1989年2月4日第一顆GPS工作衛星發射成功，表明GPS系統進入工程建設階段。1993年底實用的GPS網即（21+3）GPS星座已經建成，今後將根據計劃更換失效的衛星。 GPS原理 1、GPS系統的組成 GPS由三個獨立的部分組成： ★ 空間部分：21顆工作衛星，3顆備用衛星。 ★ 地面支撐系統：1個主控站，3個注入站，5個監測站。 ★ 用戶設備部分：接收GPS衛星發射信號，以獲得必要的導航和定位信息，經數據處理，完成導航和定位工作。 GPS接收機硬件一般由主機、天線和電源組成。 2、GPS定位原理 GPS定位的基本原理是根據高速運動的衛星瞬間位置作爲已知的起算數據，采用空間距離後方交會的方法，確定待測點的位置。如圖所示，假設t時刻在地面待測點上安置GPS接收機，可以測定GPS信號到達接收機的時間△t，再加上接收機所接收到的衛星星曆等其它數據可以確定以下四個方程式： 上述四個方程式中待測點坐標x、 y、 z 和Vto爲未知參數，其中di=c△ti (i=1、2、3、4)。 di (i=1、2、3、4) 分別爲衛星1、衛星2、衛星3、衛星4到接收機之間的距離。 △ ti (i=1、2、3、4) 分別爲衛星1、衛星2、衛星3、衛星4的信號到達接收機所經曆的時間。 △ c爲GPS信號的傳播速度（即光速）。 四個方程式中各個參數意義如下： x、y、z 爲待測點坐標的空間直角坐標。 xi 、yi 、zi (i=1、2、3、4) 分別爲衛星1、衛星2、衛星3、衛星4在t時刻的空間直角坐標，可由衛星導航電文求得。 Vt i (i=1、2、3、4) 分別爲衛星1、衛星2、衛星3、衛星4的衛星鍾的鍾差，由衛星星曆提供。Vto爲接收機的鍾差。 由以上四個方程即可解算出待測點的坐標x、y、z 和接收機的鍾差Vto 。
DGPS原理 目前GPS系統提供的定位精度是優于10米，而爲得到更高的定位精度，我們通常采用差分GPS技術：將一台GPS接收機安置在基准站上進行觀測。根據基准站已知精密坐標，計算出基准站到衛星的距離改正數，並由基准站實時將這一數據發送出去。用戶接收機在進行GPS觀測的同時，也接收到基准站發出的改正數，並對其定位結果進行改正，從而提高定位精度。 差分GPS分爲兩大類：僞距差分和載波相位差分。 1．僞距差分原理 這是應用最廣的一種差分。在基准站上，觀測所有衛星，根據基准站已知坐標和各衛星的坐標，求出每顆衛星每一時刻到基准站的真實距離。再與測得的僞距比較，得出僞距改正數，將其傳輸至用戶接收機，提高定位精度。這種差分，能得到米級定位精度，如沿海廣泛使用的“信標差分”。 2．載波相位差分原理 載波相位差分技術又稱RTK（Real Time Kinematic）技術，是實時處理兩個測站載波相位觀測量的差分方法。即是將基准站采集的載波相位發給用戶接收機，進行求差解算坐標。載波相位差分可使定位精度達到厘米級。大量應用于動態需要高精度位置的領域。
功能介紹 車輛定位及導航系統是ITS環境中駕駛員信息支持系統的核心設備。 其主要功能包括查詢、尋路、導航、行車信息服務及提供車載娛樂功能。 ★ 查詢：利用車載電子地圖，根據用戶提供的信息（如車輛位置、 地名、建築物名、電話號碼等）查詢其在地圖上的相關位置； ★ 尋 路： 根據出發地、目的地或中間地點位置，以及接收到的實時交通信息從複雜道路網中找到一條距離最短或時間最少的行車路線； ★ 導航：根據制定的行車路線，利用屏幕顯示、聲音提示等方式爲駕駛員提供適時引導使其方便又快捷地到達目的地； ★ 行車信息服務： 在行車過程中,可以實時報告當前位置、到達目的地的預期時間，有些系統還提供車載internet服務等； ★ 車載娛樂： 利用導航系統中的多媒體設施，播放CD、VCD等。 分類 車輛定位及導航系統可分爲自主式以及中心定位式系統兩類。 ★ 自主式系統 一般在車輛上裝有GPS接收機和電子地圖，利用車載設備就可以在車載地圖上確定車輛位置。車輛也以無線通訊方式獲取交通信息、下載地圖等。 ★ 中心式系統 一般許多車輛具有統一的控制中心。中心具備確定每一車輛位置並向車輛提供引導、查詢的功能。主要用于專用車隊（如警用、消防、公交等）系統。
系統構成 根據車載導航系統的功能，系統可分成定位部分、數字地圖部分、人機接口、無線通訊及系統軟件（提供尋路、導航等實用功能）等五個部分。
地圖功能 ★ 系統用電子地圖中的地理信息要素進行尋路； ★ 將GPS等傳感器接收的信息與數字地圖進行匹配，直觀顯示當前位置； ★ 根據尋路結果及GPS等傳感器接收的信息，提供實時的導航功能； ★ 利用地圖中的地理信息實時供駕駛員查詢，如車輛當前位置到終點的距離以及路標、旅館、停車場位置等。 電子地圖可以表示出道路的形狀及道路名、交叉口等地理信息。 實用的導航系統具有結構完善的電子地圖。
車載導航系統的人機接口 人機接口提供了駕駛員操縱導航器的接口按鍵，並以屏幕顯示、聲音播放等多媒體手段爲駕駛員提供導航。 車載導航系統的硬件及其布置 車載導航系統的硬件部分包括GPS天線、接收機、陀螺儀等傳感器、導航用計算機、CD-ROM光盤驅動器、可視顯示器及揚聲器等。
無線通訊無線通訊 駕駛員可以用無線通訊獲取當前交通信息等。無線通訊可以采用GSM、廣播副載波、尋呼系統及短距離信標等實現。
