GPS全球定位系統(tǒng)叫做Global Position System開頭字母的縮寫。它是美國從上世紀(jì)70年代開始研制，歷時20年，耗資近200億美元，于1994年全面建成的利用導(dǎo)航衛(wèi)星進(jìn)行測時和測距，具有在海、陸、空進(jìn)行全方位實時三維導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。它是繼阿波羅登月計劃、航天飛機后的美國第三大航天工程。如今，GPS已經(jīng)成為當(dāng)今世界上最實用，也是應(yīng)用最廣泛的全球精密導(dǎo)航、指揮和調(diào)度系統(tǒng)。
二、GPS發(fā)展歷程
GPS實施計劃共分三個階段：
第一階段為方案論證和初步設(shè)計階段。從1973年到1979年，共發(fā)射了4顆試驗衛(wèi)星。研制了地面接收機及建立地面跟蹤網(wǎng)。
第二階段為全面研制和試驗階段。從1979年到1984年，又陸續(xù)發(fā)射了7顆試驗衛(wèi)星，研制了各種用途接收機。實驗表明，GPS定位精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。
第三階段為實用組網(wǎng)階段。1989年2月4日第一顆GPS工作衛(wèi)星發(fā)射成功，表明GPS系統(tǒng)進(jìn)入工程建設(shè)階段。1993年底實用的GPS網(wǎng)即（21+3）GPS星座已經(jīng)建成，今后將根據(jù)計劃更換失效的衛(wèi)星。
三、GPS組成
GPS系統(tǒng)主要包括有三大組成部分即空間星座部分、地面控制部分和用戶設(shè)備部分。
GPS系統(tǒng)的空間部分由24顆GPS工作衛(wèi)星所組成，這些GPS工作衛(wèi)星共同組成了GPS衛(wèi)星星座，其中21顆為可用于導(dǎo)航的衛(wèi)星，3顆為活動的備用衛(wèi)星，均勻分布在6個軌道面上，地面高度為20000余公里，軌道傾角為55度，扁心率約為0，周期約為12小時，衛(wèi)星向地面發(fā)射兩個波段的載波信號，載波信號頻率分別為1.57542GHz（L1波段）和1.2276GHz（L2波段），衛(wèi)星上安裝了精度很高的原子鐘（銫鐘或氫鐘其穩(wěn)定度可達(dá)10-12至10-14量級。），以確保頻率的穩(wěn)定性，在載波上調(diào)制有表示衛(wèi)星位置 的廣播星歷，用于測距的C/A代碼和P代碼，以及其它系統(tǒng)信息，能在全球范圍內(nèi)，向任意多用戶提供高精度的、全天候的、連續(xù)的、實時的三維測速、三維定位和授時。每顆衛(wèi)星在L波段的兩個頻率上(L1=1.57542GHz,L2=1.2276GHz)連續(xù)發(fā)射用C/A代碼、P代碼調(diào)制的擴頻信號。為了接收來自衛(wèi)星的信息，GPS接收機必須了解各個衛(wèi)星的固有代碼。使用在標(biāo)準(zhǔn)測位用叫做C/A代碼，為了補足高精度測位所使用的P代碼，也使用了C/A代碼。所謂C/A是Clear and Acquisition或Coarce and Acquisition的簡稱，P是Precision或Protect的意思。
C/A代碼每1ms重復(fù)一次(位率1.023MHz,L2上不用)。P代碼(主要為軍用)每七天重復(fù)一次（位率10.23MHz），衛(wèi)星發(fā)射功率約35W因此到達(dá)地面的信號強度可達(dá)-105——-125dbm。
地面控制部分是整個系統(tǒng)的中樞，由美國國防部JPO管理，它由分布在全球的一個主控站、三個信息注入站和五個監(jiān)測站組成。對于導(dǎo)航定位來說，GPS衛(wèi)星是一動態(tài)已知點。衛(wèi)星的位置是依據(jù)衛(wèi)星發(fā)射的星歷——描述衛(wèi)星運動及其軌道的參數(shù)算得的。每顆GPS衛(wèi)星所播發(fā)的星歷，是由地面監(jiān)控系統(tǒng)提供的。衛(wèi)星上的各種設(shè)備是否正常工作，以及衛(wèi)星是否一直沿著預(yù)定軌道運行，都要由地面設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測和控制。地面監(jiān)控系統(tǒng)另一重要作用是保持各顆衛(wèi)星處于同一時間標(biāo)準(zhǔn)——GPS時間系統(tǒng)。這就需要地面站監(jiān)測各顆衛(wèi)星的時間，求出時鐘差。然后由地面注入站發(fā)給衛(wèi)星，衛(wèi)星再由導(dǎo)航電文發(fā)給用戶設(shè)備。GPS的空間部分和地面監(jiān)控部分是用戶廣泛應(yīng)用該系統(tǒng)進(jìn)行導(dǎo)航和定位的基礎(chǔ)，均為美國所控制。
用戶設(shè)備部分主要由以無線電傳感和計算機技術(shù)支撐的GPS衛(wèi)星接收機和GPS數(shù)據(jù)處理軟件構(gòu)成。GPS衛(wèi)星接收機能夠捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測衛(wèi)星的信號，并跟蹤這些衛(wèi)星的運行，對所接收到的GPS信號進(jìn)行變換、放大和處理，以便測量出GPS信號從衛(wèi)星到接收機天線的傳播時間，解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文，實時地計算出觀測站的三維位置，甚至三維速度和時間，最終實現(xiàn)利用GPS進(jìn)行導(dǎo)航和定位的目的。
四、GPS測量原理
GPS定位是利用三點定位原理，即知道未知點距離已知點的距離，未知點必然位于以已知點為球心的，距離為半徑的球上，測出未知點和三個已知點的距離，則未知點在三個球圓周的相交處（為兩個點時，因有接收方向，故有一個處于接收背面的點可以舍去），從而準(zhǔn)確的測出未知點的位置。
GPS接收機收到來自衛(wèi)星無線電波的信號，根據(jù)電波到達(dá)所需要的時間，測出距衛(wèi)星的距離（s=t×c距離，t為電波到達(dá)的時間，c是電磁波的速度約為3000000米/秒）。測量與時間有著極大的關(guān)系，先介紹一下時間有關(guān)的術(shù)語。
原子時：1967年10月的第13次國際度量衡總會中，規(guī)定銫原子鐘作為決定國際性時間的基本標(biāo)準(zhǔn)器。簡單的說，是規(guī)定銫原子的振動頻率為9.192631770GHz，以此種頻率為基準(zhǔn)，來表示刻劃的時刻叫做原子時。由于銫原子振動頻率穩(wěn)定度極高（如前述能達(dá)到10-12至10-14量級），能達(dá)到三萬年相差不超過一秒的時間精度。
星歷：精確描述天體（如GPS衛(wèi)星）位置的以時間為變量的函數(shù)的一組參數(shù)。目前，GPS星歷有“廣播星歷”和后處理的“精密星歷”。
測量精度很大程度上取決于時間精度，這也是衛(wèi)星上搭載了原子鐘的原因，為了準(zhǔn)確地得到電磁波到達(dá)的時間，需要GPS接收機也要有同樣高精度的時間，為了把接收機制造成小型和價廉起見，不可能使用昂貴的原子鐘。解決方法是，追加另一顆衛(wèi)星的信息，來尋求正確的時間，這樣一來，為了進(jìn)行正確的測位，必須接收來自四顆衛(wèi)星的電磁波，目前，多數(shù)導(dǎo)航是通過這種方法實現(xiàn)的。
五、GPS的信號
GPS衛(wèi)星發(fā)射兩種頻率的載波信號，即頻率為1575.42MHz的L1載波和頻率為1227.60HMz的L2載波，它們的頻率分別是基本頻率10.23MHz的154倍和120倍，它們的波長分別為19.03cm和24.42cm。在L1和L2上又分別調(diào)制著多種信號，這些信號主要有：
C/A代碼：C/A代碼又被稱為粗捕獲碼，它被調(diào)制在L1載波上，是1MHz的偽隨機噪聲碼（PRN碼），其碼長為1023位（周期為1ms）。由于每顆衛(wèi)星的C/A代碼都不一樣，因此，我們經(jīng)常用它們的PRN號來區(qū)分它們。C/A代碼是普通用戶用以測定測站到衛(wèi)星間的距離的一種主要的信號。
P代碼：P代碼又被稱為精碼，它被調(diào)制在L1和L2載波上，是10MHz的偽隨機噪聲碼，其周期為七天。在實施AS時，P代碼與W代碼進(jìn)行模二相加生成保密的Y代碼，此時，一般用戶無法利用P代碼來進(jìn)行導(dǎo)航定位。
Y代碼：見P代碼。
導(dǎo)航信息：導(dǎo)航信息被調(diào)制在L1載波上，其信號頻率為50Hz，包含有GPS衛(wèi)星的軌道參數(shù)、衛(wèi)星鐘改正數(shù)和其它一些系統(tǒng)參數(shù)。用戶一般需要利用此導(dǎo)航信息來計算某一時刻GPS衛(wèi)星在地球軌道上的位置，導(dǎo)航信息也被稱為廣播星歷。
六、GPS定位方法
GPS定位的方法是多種多樣的，用戶可以根據(jù)不同的用途采用不同的定位方法。GPS定位方法可依據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，作如下劃分：
l 根據(jù)定位所采用的觀測值
偽距定位：偽距定位所采用的觀測值為GPS偽距觀測值，所采用的偽距觀測值既可以是C/A代碼偽距，也可以是P代碼偽距。偽距定位的優(yōu)點是數(shù)據(jù)處理簡單，對定位條件的要求低，不存在整周模糊度的問題，可以非常容易地實現(xiàn)立即尋址；其缺點是觀測值精度低，C/A 代碼偽距觀測值的精度一般為30米，而P代碼偽距觀測值的精度一般也在3米左右，從而導(dǎo)致定位成果精度低，另外，若采用精度較高的P代碼偽距觀測值，還存在AS的問題。
載波相位定位：載波相位定位所采用的觀測值為GPS的載波相位觀測值，即L1、L2或它們的某種線性組合。載波相位定位的優(yōu)點是觀測值的精度高，一般優(yōu)于2個毫米；其缺點是數(shù)據(jù)處理過程復(fù)雜，存在整周模糊度的問題。
l 根據(jù)定位的模式
絕對尋址：絕對尋址又稱為單點定位，這是一種采用一臺接收機進(jìn)行定位的模式，它所確定的是接收機天線的絕對坐標(biāo)。這種定位模式的特點是作業(yè)方式簡單，可以單機作業(yè)。絕對尋址一般用于導(dǎo)航和精度要求不高的應(yīng)用中。
相對定位：相對定位又稱為差分定位，這種定位模式采用兩臺以上的接收機，同時對一組相同的衛(wèi)星進(jìn)行觀測，以確定接收機天線間的相互位置關(guān)系。
l 根據(jù)獲取定位結(jié)果的時間
立即尋址：立即尋址是根據(jù)接收機觀測到的資料，實時地解算出接收機天線所在的位置。
非立即尋址：非立即尋址又稱后處理定位，它是通過對接收機接收到的資料進(jìn)行后處理以進(jìn)行定位得方法。
l 根據(jù)定位時接收機的運動狀態(tài)
動態(tài)定位：所謂動態(tài)定位，就是在進(jìn)行GPS定位時，認(rèn)為接收機的天線在整個觀測過程中的位置是變化的。也就是說，在數(shù)據(jù)處理時，將接收機天線的位置作為一個隨時間的改變而改變的量。動態(tài)定位又分為Kinematic和Dynamic兩類。
靜態(tài)定位：所謂靜態(tài)定位，就是在進(jìn)行GPS定位時，認(rèn)為接收機的天線在整個觀測過程中的位置是保持不變的。也就是說，在數(shù)據(jù)處理時，將接收機天線的位置作為一個不隨時間的改變而改變的量。在測量中，靜態(tài)定位一般用于高精度的測量定位，其具體觀測模式多臺接收機在不同的測站上進(jìn)行靜止同步觀測，時間由幾分鐘、幾小時甚至數(shù)十小時不等。
七、GPS應(yīng)用
GPS最初為美國軍方所專用，由其控制和操作。海灣戰(zhàn)爭后，開放了C/A代碼，并且降低了它的精度。盡管如此，GPS全天候向全球瞬時提供高精度定位及時間信息，引起了全世界的強烈興趣。各國科技工作者研究出種種方法，如相位法、差分測量法等等，大大提高了測量結(jié)果的精度，滿足了各國廣泛應(yīng)用的要求，同時也推動了GPS導(dǎo)航定位技術(shù)的迅速發(fā)展，下面是GPS在一些典型應(yīng)用：
n 高空科學(xué)氣球GPS跟蹤定位系統(tǒng)
n 移動車輛GPS自動定位技術(shù)
n 3GPS精密計時
n 利用GPS技術(shù)確定地球衛(wèi)星軌道
n 艦船、飛機的導(dǎo)航定位
n 導(dǎo)彈的精確制導(dǎo)
目前，全球定位系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于軍事和民用等眾多領(lǐng)域中。下面以它在交通運輸系統(tǒng)中的運用為例，簡要說明一下：
1、 GPS在道路工程中的應(yīng)用
GPS在道路工程中的應(yīng)用，目前主要是用于建立各種道路工程控制網(wǎng)及測定航測外控點等。隨著高等級公路的迅速發(fā)展，對勘測技術(shù)提出了更高的要求，由于線路長，已知點少，因此，用常規(guī)測量手段不僅布網(wǎng)困難，而且難以滿足高精度的要求。目前，國內(nèi)已逐步采用GPS技術(shù)建立線路首級高精度控制網(wǎng)，如滬寧、滬杭高速公路的上海段就是利用GPS建立了首級控制網(wǎng)，然后用常規(guī)方法布設(shè)導(dǎo)線加密。實踐證明，在幾十公里范圍內(nèi)的點位誤差只有2cm左右，達(dá)到了常規(guī)方法難以實現(xiàn)的精度，同時也大大提前了工期。
2、 GPS在汽車導(dǎo)航和交通管理中的運用
三維導(dǎo)航是GPS的首要功能，飛機、船舶、地面車輛以及步行者都可利用GPS導(dǎo)航接收器進(jìn)行導(dǎo)航。汽車導(dǎo)航系統(tǒng)是在全球定位系統(tǒng)GPS基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門新型技術(shù)。汽車導(dǎo)航系統(tǒng)由GPS導(dǎo)航、自律導(dǎo)航、微處理器、車速傳感器、陀螺傳感器、CD—ROM驅(qū)動器、LCD顯示器組成。
GPS導(dǎo)航是由GPS接收機接收GPS衛(wèi)星信號（三顆以上），求出該點的經(jīng)緯度坐標(biāo)、速度、時間等信息。為提高汽車導(dǎo)航定位精度，通常采用差分GPS技術(shù)。當(dāng)汽車行駛到地下隧道、高層樓群、高速公路等遮掩物而與捕獲不到GPS衛(wèi)星信號時，系統(tǒng)可自動導(dǎo)入自律導(dǎo)航系統(tǒng)，此時由車速傳感器檢測出汽車的行進(jìn)速度，通過微處理單元的數(shù)據(jù)處理，從速度和時間中直接算出前進(jìn)的距離，陀螺傳感器直接檢測出前進(jìn)的方向，陀螺儀還能自動存儲各種資料，即使在更換輪胎暫時停車時，系統(tǒng)也可以重新設(shè)定。
由GPS衛(wèi)星導(dǎo)航和自律導(dǎo)航所測到的汽車位置坐標(biāo)資料、前進(jìn)的方向都與實際行駛的路線軌跡存在一定誤差，為修正這兩者的誤差，與地圖上的路線統(tǒng)一，需采用地圖匹配技術(shù)，加一個地圖匹配電路，對汽車行駛的路線與電子地圖上道路誤差進(jìn)行實時相關(guān)匹配作自動修正，此時地圖匹配電路是通過微處理單元的整理程序進(jìn)行快速處理，得到汽車在電子地圖上的正確位置，以指示出正確行駛路線。CD-ROM用于存儲道路資料等信息，LCD顯示器用于顯示導(dǎo)航的相關(guān)信息。
GPS導(dǎo)航系統(tǒng)與電子地圖、無線電通信網(wǎng)絡(luò)及計算機車輛管理信息系統(tǒng)相結(jié)合，可以實現(xiàn)車輛跟蹤和交通管理等許多功能，這些功能包括：
l 車輛跟蹤
l 提供出行路線規(guī)劃和導(dǎo)航
l 信息查詢
l 話務(wù)指揮
l 緊急援助
GPS除了用于導(dǎo)航、定位、測量外，由于GPS系統(tǒng)的空間衛(wèi)星上載有的精確時鐘可以發(fā)布時間和頻率信息，因此，以空間衛(wèi)星上的精確時鐘為基礎(chǔ)，在地面監(jiān)測站的監(jiān)控下，傳送精確時間和頻率是GPS的另一重要應(yīng)用。全球定位系統(tǒng)GPS是近年來開發(fā)的最具有開創(chuàng)意義的高新技術(shù)之一，其全球性、全能性、全天候性的導(dǎo)航定位、定時、測速優(yōu)勢必然會在諸多領(lǐng)域中得到越來越廣泛的應(yīng)用。
八、導(dǎo)航的概念
導(dǎo)航是一個技術(shù)門類的總稱，它是引導(dǎo)飛機、船舶、車輛以及個人（總稱作運載體）安全、準(zhǔn)確地沿著選定的路線，準(zhǔn)時到達(dá)目的地的一種手段。導(dǎo)航的基本功能是回答：我現(xiàn)在在哪里？我要去哪里？如何去？
九、導(dǎo)航系統(tǒng)概念
導(dǎo)航應(yīng)由導(dǎo)航系統(tǒng)完成，包括裝在運載體上的導(dǎo)航設(shè)備以及裝在其它地方與導(dǎo)航設(shè)備配合使用的導(dǎo)航臺。從導(dǎo)航臺的位置來看，主要有：
陸基導(dǎo)航系統(tǒng)： 即導(dǎo)航臺位于陸地上，導(dǎo)航臺與導(dǎo)航設(shè)備之間用無線電波聯(lián)系。
星基導(dǎo)航系統(tǒng)：導(dǎo)航臺設(shè)在人造衛(wèi)星上，擴大覆蓋范圍。
GPS導(dǎo)航系統(tǒng)屬于星基導(dǎo)航系統(tǒng)。
十、主要導(dǎo)航系統(tǒng)簡介
在衛(wèi)星定位系統(tǒng)出現(xiàn)之前，遠(yuǎn)程導(dǎo)航與定位主要用無線導(dǎo)航系統(tǒng)。
1、 無線電導(dǎo)航系統(tǒng)
Ø 羅蘭--C：工作在100KHZ，由三個地面導(dǎo)航臺組成，導(dǎo)航工作區(qū)域2000KM，一般精度200-300M。
Ø Omega（奧米茄）：工作在十幾千赫。由八個地面導(dǎo)航臺組成，可覆蓋全球。精度幾英里。
Ø 多卜勒系統(tǒng)：利用多卜勒頻移原理，通過測量其頻移得到運動物參數(shù)（地速和偏流角），推算出飛行器位置，屬自備式航位推算系統(tǒng)。誤差隨航程增加而累加。
缺點：覆蓋的工作區(qū)域??；電波傳播受大氣影響；定位精度不高。
2、 衛(wèi)星定位系統(tǒng)
Ø 最早的衛(wèi)星定位系統(tǒng)是美國的子午儀系統(tǒng)（Transit），1958年研制，64年正式投入使用。由于該系統(tǒng)衛(wèi)星數(shù)目較?。?-6顆），運行高度較低（平均1000KM），從地面站觀測到衛(wèi)星的時間隔較長（平均1.5h），因而它無法提供連續(xù)的實時三維導(dǎo)航，而且精度較低。
Ø 全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GLONASS：GLONASS是GLObal NAvigation Satellite System(全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng))的字頭縮寫，是前蘇聯(lián)從80年代初開始建設(shè)的與美國GPS系統(tǒng)相類似的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，也由衛(wèi)星星座、地面監(jiān)測控制站和用戶設(shè)備三部分組成?，F(xiàn)在由俄羅斯空間局管理。GLONASS系統(tǒng)從理論上有24顆衛(wèi)星，但由于衛(wèi)星使用壽命和資金緊張等問題，實際上的可用衛(wèi)星遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于24，目前有8顆供使用的衛(wèi)星。GLONASS系統(tǒng)的衛(wèi)星星座由24顆衛(wèi)星組成，均勻分布在3個近圓形的軌道平面上，每個軌道面8顆衛(wèi)星，軌道高度19100公里，運行周期11小時15分，軌道傾角64.8°。與美國的GPS系統(tǒng)不同的是GLONASS系統(tǒng)采用頻分多址(FDMA)方式，根據(jù)載波頻率來區(qū)分不同衛(wèi)星（GPS是碼分多址（CDMA），根據(jù)調(diào)制碼來區(qū)分衛(wèi)星）。每顆GLONASS衛(wèi)星發(fā)播的兩種載波的頻率分別為L1=1,602+0.5625k(MHz)和L2=1,246+0.4375k(MHz)，其中k=1～24為每顆衛(wèi)星的頻率編號。所有GPS衛(wèi)星的載波的頻率是相同，均為L1=1575.42MHz和L2=1227.6MHz。GLONASS衛(wèi)星的載波上也調(diào)制了兩種偽隨機噪聲碼：S代碼和P代碼。俄羅斯對GLONASS系統(tǒng)采用了軍民合用、不加密的開放政策。GLONASS系統(tǒng)單點定位精度水平方向為16m，垂直方向為25m。另外，俄計劃將系統(tǒng)發(fā)播頻率改為GPS的頻率，并得到美羅克威爾公司的技術(shù)支持。下表是GPS與GLONASS的比較：
項目 GPS系統(tǒng) GLONASS系統(tǒng)
星座衛(wèi)星數(shù) 24 24
軌道面?zhèn)€數(shù) 6 3
軌道高度 20183公里 19100公里
運行周期 11小時58分 11小時15分
軌道傾角 55度 65度
載波頻率 L1:1575.42MHz L1:1602.56-1615.50MHz
L2:1227.60MHz L2:1246.44-1256.50MHz
傳輸方式 碼分多址 頻分多址
調(diào)制碼 C/A代碼和P代碼 S代碼和P代碼
時間系統(tǒng) UTC UTC
坐標(biāo)系統(tǒng) WGS-84 SGS-E90
SA 有（2000年5月1日取消） 無
AS 有 無
GPS系統(tǒng)的建立給導(dǎo)航和定位技術(shù)帶來了巨大的變化，它從根本上解決了人類在地球上的導(dǎo)航和定位問題，可以滿足不同用戶的需要。
十、GPS優(yōu)點
GPS的問世標(biāo)志著電子導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展到了一個更加輝煌的時代。GPS系統(tǒng)與其它導(dǎo)航系統(tǒng)相比，主要特點有如下六個方面。
1、定位精度高
GPS可為各類用戶連續(xù)地提供高精度的三維位置、三維速度和時間信息。
2、觀測時間短
隨著GPS系統(tǒng)的不斷完善，軟件的不斷更新，目前，20km以內(nèi)相對靜態(tài)定位，僅需15～20min；快速靜態(tài)相對定位測量時，當(dāng)每個流動站與基準(zhǔn)站相距在15km以內(nèi)時，流動站觀測時間只需1～2min，然后可隨時定位，每站觀測只需幾秒鐘，立即尋址速度快。目前GPS接收機的一次定位和測速工作在1s甚至更小的時間內(nèi)便可完成，這對高動態(tài)用戶來講尤其重要。
3、執(zhí)行操作簡便
隨著GPS接收機不斷改進(jìn)，自動化程度越來越高，有的已達(dá)“傻瓜化”的程度；接收機的體積越來越小，重量越來越輕，極大地減輕測量工作者的工作緊張程度和勞動強度。使野外工作變得輕松愉快。
4、全球、全天候作業(yè)
由于GPS衛(wèi)星數(shù)目較多且分布合理，所以在地球上任何地點均可連續(xù)同步地觀測到至少4顆衛(wèi)星，從而保障了全球。全天候連續(xù)實時導(dǎo)航與定位的需要。目前GPS觀測可在一天24h內(nèi)的任何時間進(jìn)行，不受陰天黑夜、起霧刮風(fēng)、下雨下雪等氣候的影響。
5、功能多、應(yīng)用廣
GPS系統(tǒng)不僅可用于測量、導(dǎo)航，還可用于測速、測時。測速的精度可達(dá)0.1m/s，測時的精度可達(dá)幾十毫微秒。其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大。
十一、汽車GPS導(dǎo)航系統(tǒng)與汽車GPS防盜系統(tǒng)
GPS防盜車安全系統(tǒng)是GPS與通信技術(shù)結(jié)合，對移動的車輛進(jìn)行監(jiān)控，通過中心控制臺確定車輛的移動方位。當(dāng)汽車失竊時，可以報由中心控制臺來發(fā)現(xiàn)其逃跑路線，進(jìn)而實施截獲，也是GPS的一種實際運用，目前國內(nèi)有多家從事GPS防盜系統(tǒng)開發(fā)、生產(chǎn)的廠家。
汽車GPS導(dǎo)航系統(tǒng)則是GPS與GIS（地理信息系統(tǒng)）、語音技術(shù)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、多媒體技術(shù)及多種測量技術(shù)等相結(jié)合的產(chǎn)物。移動車輛接收來自GPS的定位信號，并在數(shù)字化的電子地圖上顯示出來，并通過語音提示，對駕駛者進(jìn)行道路指引。
GIS概述
一、GIS的定義
GIS是地理信息系統(tǒng) (Geographic information System)的簡寫，它是一套可以整合各項相關(guān)地理資料的信息化操作系統(tǒng),其架構(gòu)于一完整豐富的地理數(shù)據(jù)庫之上,并具有資料擷取、編修、更新、儲存、查詢、處理、分析及展示等不同功能。
舉例如都市信息系統(tǒng)、土地監(jiān)控系統(tǒng)、地籍信息系統(tǒng)、交通信息系統(tǒng)及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、流域管理系統(tǒng)等等,皆屬于地理信息系統(tǒng)的一環(huán)。
就GIS系統(tǒng)所處理的資料來說,我們可以簡單的將其分類為空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)二種。
空間資料(Spatial Data)是與地理位置有關(guān)的資料,一般來說是以坐標(biāo)的方式來表示,如經(jīng)緯度坐標(biāo)、世界橫麥卡托坐標(biāo)皆是。
屬性資料(Attribute Data)則是與地理位置無關(guān)的資料,如街道名稱、河川名稱/長度、或與地籍有關(guān)的地號、地目、所有人等等均屬此類。
在空間資料中的各個對象,彼此之間有其空間關(guān)聯(lián)性,再加上空間資料與屬性資料之間的連結(jié)關(guān)系,也就構(gòu)成一個GIS系統(tǒng)兼具查詢、顯示、分析、數(shù)據(jù)管理等之多功能、效率高之整合性系統(tǒng)。
二、地圖的本質(zhì)
地圖是一種儲存地理資料的工具，目前保留下來的最早期地圖，就是為了記錄土地的所有權(quán)而制作的。
我們可以由地圖上量取地面的一些性質(zhì)或是一組地理現(xiàn)象之間彼此的關(guān)聯(lián)性；地圖是一種以圖像的方式，來呈現(xiàn)地球上的現(xiàn)象；地圖是一個地方的圖畫，而這個圖畫顯示了物體在哪里；地圖可以表現(xiàn)房間里的物；地圖可以表現(xiàn)城鎮(zhèn)中的房子、建筑 物和街道；地圖可以表現(xiàn)縣市或國家中的城鎮(zhèn)、湖泊和山脈；地圖還可以表現(xiàn)我們居住地方許多其它的東西。
地圖是許多決策支持分析時的重要工具，有許多作業(yè)是野外的現(xiàn)場所無法進(jìn)行分析的，例如：坡度的計算、視域圖的計算等，都有賴于圖面上的分析。在進(jìn)行環(huán)境影響評估的時候，我們可以由圖面上的作業(yè)來分析那些地區(qū)是沖擊比較大；那些是沖擊比較小的。隨著環(huán)境問題的日益嚴(yán)重，有關(guān)于自然環(huán)境的分析及研究成為眾所矚目的問題，地圖的使用是自然環(huán)境分析時的利器，可以解決許多問題，所以地圖的使用也日形重要，不再是地理學(xué)者的專利，可以預(yù)見的是地圖的分析功能越來越重要。
不論在旅行、航海、儲存資料、研究、環(huán)境規(guī)劃、野外實習(xí)等都可使用地圖來作為輔助的工具。
三、地圖的分類
每一張地圖都是一種真實世界的縮影，在地圖和真實世界之間也就存在著一個比例，依據(jù)這一個比例的大小，可以將地圖分成大比例、中比例和小比例地圖。
大小比例尺并沒有一定的定義，根據(jù)每一個國家的幅員大小、社會經(jīng)濟條件而有不同的定義。
一般而言，大于1：50,000的地圖，都可以稱為大比例尺地圖，亦即一般普通目的地圖都落在這一類。相對的，主題地圖大都是小比例尺的地圖，如臺灣地區(qū)的氣候圖等。
四、地圖學(xué)的數(shù)學(xué)問題
地圖是用來表現(xiàn)地理現(xiàn)象的一種模型，所以繪制地圖的第一個工作是調(diào)查地面現(xiàn)象的實際情形，諸如這些現(xiàn)象分布的位置、形狀、面積、距離等等，都是所要調(diào)查的空間特性資料。
地理現(xiàn)象的位置是所有空間特性的基礎(chǔ)，有了位置資料我們就可以進(jìn)一步求算距離、面積、形狀等，和地圖繪制非常相關(guān)的一個工作就是測量，測量工作的目的在于調(diào)查和記錄空間資料的位置。
為了記錄測量的結(jié)果，我們必須要有一套坐標(biāo)系統(tǒng)，使得地表上的任一個地點都有獨特的坐標(biāo)值，如此我們才可以明確地記錄各種地理現(xiàn)象的位置，如：海岸線位置、國界、測站的位置等，然后才可以進(jìn)一步將這些現(xiàn)象繪制在地圖上。
五、投影
繪圖之前，地圖學(xué)者必須依據(jù)所欲繪制地區(qū)的范圍和圖面的大小來決定一個比例尺，這個比例尺可以視為繪圖所依據(jù)的地球儀和實際地球之間的比例。
比例尺決定之后，繪圖者必須想辦法將地球儀上面的球面位置轉(zhuǎn)繪成地圖上的平面坐標(biāo)。這是一個比較棘手的問題，因為地球的外形近似于一個球體，無法原原本本的被轉(zhuǎn)換成平面，必須加以拉扯、變形之后，才可能轉(zhuǎn)換到平面上的坐標(biāo)。以科學(xué)性的敘述而言，這個工作是將地球儀上的幾何現(xiàn)象投影到一個平面上，所以我們稱這種轉(zhuǎn)換為地圖投影。
地圖學(xué)者已發(fā)明了三百種左右的投影方法。從球面上轉(zhuǎn)換成平面的過程，我們沒有辦法將球面上的所有幾何性質(zhì)都完整地保留至平面上，所以每個投影方法一定都有一些扭曲或變形，亦即有它的優(yōu)點和缺點，繪圖者可以依據(jù)制圖目的和需要來選擇一個合適的方法，讀圖的時候也必須了解各種投影的意義和它的變形程度，才能充分掌握地圖上的信息。
六、經(jīng)度與緯度的定義
根據(jù)地球的形狀和轉(zhuǎn)動的方向，古代的希臘人發(fā)明了以經(jīng)線和緯線來界定地球表面位置的坐標(biāo)系統(tǒng)。
這套系統(tǒng)以南極、北極和赤道作為基準(zhǔn)。南北極則是地球的旋轉(zhuǎn)和地表相交的二個端點，那么赤道又是什么呢？我們可以想象有一個很大的平面，它通過地球的中心，而且與地球的旋轉(zhuǎn)軸垂直，這一個平面和地球表面切割出來的圈就是赤道。
如果我們以二個數(shù)值來表現(xiàn)地面上任一地點的坐標(biāo)值，那么其中一個可以由距離赤道的遠(yuǎn)近來界定，這個值也就是緯度，我們以赤道的緯度為零，赤道以北為北緯，赤道以南為南緯，距離赤道越近的地方緯度就越小，南北極的緯度最大，各為九十度。
經(jīng)線是和赤道垂直相交的一組線，從南極連接至北極。緯度是用來界定地面上任一地點的南北方向的值，經(jīng)度則是用來定義東西向的值，由于地球一圈是360度，所以全世界的經(jīng)度也分成360度。
