GPS系统包括三大部分： 空间部分—GPS卫星星座（21颗工作卫星，3颗备用卫星）； 部分—地面监控系统（1个主控站，3个注入站，5个监测站）； 用户设备部分—GPS信号接收机（GPS接收机硬件一般由主机、天线和电源组成）。接收GPS卫星发射信号，以获得必要的导航和定位信息，经数据处理，完成导航和定位工作。
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著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。
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著预定轨道运行，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 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全球卫星定位导航系统(Global Positioning System-GPS)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。
随著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种部门，并开始逐步深入人们的日常生活。 GPS系统的特点: 1、全球，全天候工作：能为用户提供连续，实时的三维位置，三维速度和精密时间。不受天气的影响。 2、定位精度高： 单机定位精度优于10米，采用差分定位，精度可达厘米级和毫米级。 3、功能多，应用广： 随著人们对GPS认识的加深，GPS不仅在测量，导航，测速，测时等方面得到更广泛的应用，而且其应用领域不断扩大。
1、GPS发展 在卫星定位系统出现之前，远程导航与定位主要用无线导航系统。 ★ 罗兰--C：工作在100KHZ，由三个地面导航台组成，导航工作区域2000KM，一般精度200-300M。 ★ Omega（奥米茄）：工作在十几千赫。由八个地面导航台组成，可覆盖全球。精度几英里。 ★ 多卜勒系统：利用多卜勒频移原理，通过测量其频移得到运动物参数（地速和偏流角），推算出飞行器位置，属自备式航位推算系统。误差随航程增加而累加。 缺点：覆盖的工作区域小；电波传播受大气影响；定位精度不高。
2、卫星定位系统 最早的卫星定位系统是美国的子午仪系统（Transit），1958年研制，64年正式投入使用。由于该系统卫星数目较小（5-6颗），运行高度较低（平均1000KM），从地面站观测到卫星的时间隔较长（平均1.5h），因而它无法提供连续的实时三维导航，而且精度较低。为满足军事部门和民用部门对连续实时和三维导航的迫切要求。1973年美国国防部制定了GPS计划。
3、GPS发展历程 GPS实施计划共分三个阶段： 第一阶段：方案论证和初步设计阶段。从1973年到1979年，共发射了4颗试验卫星。研制地面接收机及建立地面跟踪网。 第二阶段：全面研制和试验阶段。从1979年到1984年，又陆续发射了7颗试验卫星，研制了各种用途接收机。实验表明，GPS定位精度远远超过设计标准。 第三阶段：实用组网阶段。1989年2月4日第一颗GPS工作卫星发射成功，表明GPS系统进入工程建设阶段。1993年底实用的GPS网即（21+3）GPS星座已经建成，今后将根据计划更换失效的卫星。 GPS原理 1、GPS系统的组成 GPS由三个独立的部分组成： ★ 空间部分：21颗工作卫星，3颗备用卫星。 ★ 地面支撑系统：1个主控站，3个注入站，5个监测站。 ★ 用户设备部分：接收GPS卫星发射信号，以获得必要的导航和定位信息，经数据处理，完成导航和定位工作。 GPS接收机硬件一般由主机、天线和电源组成。 2、GPS定位原理 GPS定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置。如图所示，假设t时刻在地面待测点上安置GPS接收机，可以测定GPS信号到达接收机的时间△t，再加上接收机所接收到的卫星星历等其它数据可以确定以下四个方程式： 上述四个方程式中待测点坐标x、 y、 z 和Vto为未知参数，其中di=c△ti (i=1、2、3、4)。 di (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4到接收机之间的距离。 △ ti (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4的信号到达接收机所经历的时间。 △ c为GPS信号的传播速度（即光速）。 四个方程式中各个参数意义如下： x、y、z 为待测点坐标的空间直角坐标。 xi 、yi 、zi (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4在t时刻的空间直角坐标，可由卫星导航电文求得。 Vt i (i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4的卫星钟的钟差，由卫星星历提供。Vto为接收机的钟差。 由以上四个方程即可解算出待测点的坐标x、y、z 和接收机的钟差Vto 。
DGPS原理 目前GPS系统提供的定位精度是优于10米，而为得到更高的定位精度，我们通常采用差分GPS技术：将一台GPS接收机安置在基准站上进行观测。根据基准站已知精密坐标，计算出基准站到卫星的距离改正数，并由基准站实时将这一数据发送出去。用户接收机在进行GPS观测的同时，也接收到基准站发出的改正数，并对其定位结果进行改正，从而提高定位精度。 差分GPS分为两大类：伪距差分和载波相位差分。 1．伪距差分原理 这是应用最广的一种差分。在基准站上，观测所有卫星，根据基准站已知坐标和各卫星的坐标，求出每颗卫星每一时刻到基准站的真实距离。再与测得的伪距比较，得出伪距改正数，将其传输至用户接收机，提高定位精度。这种差分，能得到米级定位精度，如沿海广泛使用的“信标差分”。 2．载波相位差分原理 载波相位差分技术又称RTK（Real Time Kinematic）技术，是实时处理两个测站载波相位观测量的差分方法。即是将基准站采集的载波相位发给用户接收机，进行求差解算坐标。载波相位差分可使定位精度达到厘米级。大量应用于动态需要高精度位置的领域。
功能介绍 车辆定位及导航系统是ITS环境中驾驶员信息支持系统的核心设备。 其主要功能包括查询、寻路、导航、行车信息服务及提供车载娱乐功能。 ★ 查询：利用车载电子地图，根据用户提供的信息（如车辆位置、 地名、建筑物名、电话号码等）查询其在地图上的相关位置； ★ 寻 路： 根据出发地、目的地或中间地点位置，以及接收到的实时交通信息从复杂道路网中找到一条距离最短或时间最少的行车路线； ★ 导航：根据制定的行车路线，利用屏幕显示、声音提示等方式为驾驶员提供适时引导使其方便又快捷地到达目的地； ★ 行车信息服务： 在行车过程中,可以实时报告当前位置、到达目的地的预期时间，有些系统还提供车载internet服务等； ★ 车载娱乐： 利用导航系统中的多媒体设施，播放CD、VCD等。 分类 车辆定位及导航系统可分为自主式以及中心定位式系统两类。 ★ 自主式系统 一般在车辆上装有GPS接收机和电子地图，利用车载设备就可以在车载地图上确定车辆位置。车辆也以无线通讯方式获取交通信息、下载地图等。 ★ 中心式系统 一般许多车辆具有统一的控制中心。中心具备确定每一车辆位置并向车辆提供引导、查询的功能。主要用于专用车队（如警用、消防、公交等）系统。
系统构成 根据车载导航系统的功能，系统可分成定位部分、数字地图部分、人机接口、无线通讯及系统软件（提供寻路、导航等实用功能）等五个部分。
地图功能 ★ 系统用电子地图中的地理信息要素进行寻路； ★ 将GPS等传感器接收的信息与数字地图进行匹配，直观显示当前位置； ★ 根据寻路结果及GPS等传感器接收的信息，提供实时的导航功能； ★ 利用地图中的地理信息实时供驾驶员查询，如车辆当前位置到终点的距离以及路标、旅馆、停车场位置等。 电子地图可以表示出道路的形状及道路名、交叉口等地理信息。 实用的导航系统具有结构完善的电子地图。
车载导航系统的人机接口 人机接口提供了驾驶员操纵导航器的接口按键，并以屏幕显示、声音播放等多媒体手段为驾驶员提供导航。 车载导航系统的硬件及其布置 车载导航系统的硬件部分包括GPS天线、接收机、陀螺仪等传感器、导航用计算机、CD-ROM光盘驱动器、可视显示器及扬声器等。
无线通讯无线通讯 驾驶员可以用无线通讯获取当前交通信息等。无线通讯可以采用GSM、广播副载波、寻呼系统及短距离信标等实现。
