GPS卫星导航电脑技术背景培训资料
目录
1 全球定位系统（GPS） (2)
1.1 发展历程 (2)
1.2 GPS构成 (3)
1.3 GPS原理 (4)
1.4 GPS特点 (6)
1.5 GPS应用 (7)
1.6 GPS卫星接收机种类 (8)
2 其他全球定位系统 (11)
2.1 格鲁纳斯 (11)
2.2 伽利略 (13)
3 北斗卫星导航定位系统 (15)
3.1 系统构成与工作原理 (15)
3.2 北斗系统三大功能 (16)
3.3 系统的优势与劣势 (16)
3.4 北斗系统的应用................................................................ 错误！未定义书签。
4 GPS导航系统 (17)
4.1 GPS导航系统常识 (17)
4.2 GPS导航系统性能指标 (20)
4.3 GPS车载/便携式导航系统 (17)
4.4 GPS操作系统Windows CE (22)
4.5 GPS导航地图 (25)
5 GPS主要硬件模块简介 (30)
5.1 GPS“三代芯片” (30)
5.2 ARM9 (33)
5.3 TFT (34)
5.4 SD卡 (34)
6 GPS附加娱乐功能基础 (36)
6.1 视频文件格式 (36)
6.2 音频文件格式 (36)
6.3 图像文件格式 (37)
1全球定位系统（GPS）
GPS即全球定位系统（Global Positioning System）。
简单地说，GPS是一个由覆盖全球的24颗卫星组成的卫星系统。这个系统可以保证在任意时刻，地球上任意一点都可以同时观测到4颗卫星，以保证卫星可以采集到该观测点的经纬度和高度，以便实现导航、定位、授时等功能。这项技术可以用来引导飞机、船舶、车辆以及个人，安全、准确地沿着选定的路线，准时到达目的地。
1.1发展历程
GPS系统的前身为美军研制的一种子午仪卫星定位系统（Transit），1958年研制，64年正式投入使用。该系统用5到6颗卫星组成的星网工作，每天最多绕过地球13次，并且无法给出高度信息，在定位精度方面也不尽如人意。然而，子午仪系统使得研发部门对卫星定位取得了初步的经验，并验证了由卫星系统进行定位的可行性，为GPS系统的研制埋下了铺垫。由于卫星定位显示出在导航方面的巨大优越性及子午仪系统存在对潜艇和舰船导航方面的巨大缺陷。美国海陆空三军及民用部门都感到迫切需要一种新的卫星导航系统。
为此，美国海军研究实验室（NRL）提出了名为Tinmation的用12到18颗卫星组成10000km高度的全球定位网计划，并于67年、69年和74年各发射了一颗试验卫星，在这些卫星上初步试验了原子钟计时系统，这是GPS系统精确定位的基础。而美国空军则提出了621-B的以每星群4到5颗卫星组成3至4个星群的计划，这些卫星中除1颗采用同步轨道外其余的都使用周期为24h的倾斜轨道。该计划以伪随机码（PRN）为基础传播卫星测距信号，其强大的功能，当信号密度低于环境噪声的1%时也能将其检测出来。伪随机码的成功运用是GPS系统得以取得成功的一个重要基础。海军的计划主要用于为舰船提供低动态的2维定位，空军的计划能供提供高动态服务，然而系统过于复杂。由于同时研制两个系统会造成巨大的费用而且这里两个计划都是为了提供全球定位而设计的，所以1973年美国国防部将2者合二为一，并由国防部牵头的卫星导航定位联合计划局（JPO)领导，还将办事机构设立在洛杉矶的空军航天处。该机构成员众多，包括美国陆军、海军、海军陆战队、交通部、国防制图局、北约和澳大利亚的代表。
最初的GPS计划在联合计划局的领导下诞生了，该方案将24颗卫星放置在互成120度的三个轨道上。每个轨道上有8颗卫星，地球上任何一点均能观测到6至9颗卫星。这样，粗码精度可达100m，精码精度为10m。
1988年又进行了最后一次修改：21颗工作星和3颗备份星工作在互成30度的6条轨道上。这也是现在GPS卫星所使用的工作方式。经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年3月，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。
1.2GPS构成
◆空间部分——GPS卫星星座：24颗工作卫星，3颗备用卫星。
◆地面支撑系统——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：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。
一.空间部分
GPS的空间部分是由24颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成GPS卫星星座，记作（24+3）GPS星座，它位于距地表20200km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°。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，并能保持良好定位解算精度的几何图象。这就提供了在时间上连续的全球导航能力。
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，这样，对于地面观测者来说，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、连续实时的导航定位测量。GPS工作卫星的编号和试验卫星基本相同。
二.地面控制部分
地面控制部分由1个主控站，5 个全球监测站和3 个地面控制站组成。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。监测站均配装有精密的铯钟和能够连续测量到所有可见卫星的接收机。监测站将取得的卫星观测数据，包括电离层和气象数据，经过初步处理后，传送到主控站。主控站从各监测站收集跟踪数据，计算出卫星的轨道和时钟参数，然后将结果送到3 个地面控制站。地面控制站在每颗卫星运行至上空时，把这些导航数据及主控站指令注入到卫星。这种注入对每颗GPS 卫星每天一次，并在卫星离开注入站作用范围之前进行最后的注入。如果某地面站发生故障，那么在卫星中预存的导航信息还可用一段时间，但导航精度会逐渐降低。
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。
三.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，即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。
GPS卫星发送的导航定位信号，是一种可供无数用户共享的信息资源。对于陆地、海洋和空间的广大用户，只要用户拥有能够接收、跟踪、变换和测量GPS信号的接收设备，即GPS信号接收机。可以在任何时候用GPS信号进行导航定位测量。根据使用目的的不同，用户要求的GPS信号接收机也各有差异。
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。接收机一般采用机内和机外两种直流电源。设置机内电源的目的在于更换外电源时不中断连续观测。在用机外电源时机内电池自动充电。关机后，机内电池为RAM存储器供电，以防止数据丢失。目前各种类型的接收机体积越来越小，重量越来越轻，便于野外观测使用。
1.3GPS原理
当苏联发射了第一颗人造卫星后，美国约翰·霍布斯金大学应用物理实验室的研究人员提出既然可以已知观测站的位置知道卫星位置，那么如果已知卫星位置，应该也能测量出接收者的所在位置。这是导航卫星的基本设想。
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。3颗星二维，4颗星三维定位，这是GPS基本原理。
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。GPS系统使用的伪码一共有两种，分别是民用的C/A码和军用的P（Y）码。C/A 码频率1.023MHz，重复周期一毫秒，码间距1微秒，相当于300m；P码频率10.23MHz，重复周期266.4天，码间距0.1微秒，相当于30m。而Y码是在P码的基础上形成的，保密性能更佳。导航电文包括卫星星历、工作状况、时钟改正、电离层时延修正、大气折射修正等信息。它是从卫星信号中解调制解出来，以50b/s调制在载频上发射的。导航电文每个主帧中包含5个子帧每帧长6s。前三帧各10个字码；每三十秒重复一次，每小时更新一次。
后两帧共15000b。导航电文中的内容主要有遥测码、转换码、第1、2、3数据块，其中最重要的则为星历数据。当用户接收到导航电文时，提取出卫星时间并将其与自己的时钟做对比便可得知卫星与用户的距离，再利用导航电文中的卫星星历数据推算出卫星发射电文时所处位置，用户在WGS-84大地坐标系中的位置速度等信息便可得知。可见GPS导航系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Δt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。所以如果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。
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。
Vti（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 。
由GPS系统的工作原理可知，星载时钟的精确度越高，其定位精度也越高。早期试验型卫星采用由霍普金斯大学研制的石英振荡器，相对频率稳定度为10 -11/天。误差为14米。1974年以后，GPS卫星采用铷原子钟，相对频率稳定度达到10 -12/天，误差8m。1977年，BOKCK II型采用了马斯频率和时间系统公司研制的铯原子钟后相对稳定频率达到10 -13/天，误差则降为2.9m。1981年，休斯公司研制的相对稳定频率为10 -14/天的氢原子钟使BLOCK IIR型卫星误差仅为1m。
注：GPS的信号有两种，即：C/A码、P码。
C/A码的误差是29.3米到2.93米。一般的接收机利用C/A码计算定位。美国在90代中期为了自身的安全考虑，在信号上加入了SA (Selective Availability)，令接收机的误差增大到100米左右。在2000年5月2日，SA取消，所以，现在的GPS精度应该能在20米以内。
P码的误差是2.93米到0.293米，是C/A码的十分之一。但是P码只能由美国军方使用，AS（Anti-Spoofing），就是在P码上加的干扰信号
1.4GPS特点
全球定位系统的主要特点：
◆全天候；
◆全球覆盖；
◆三维定速定时高精度；
◆快速省时高效率；
◆应用广泛多功能。
1.5GPS应用
自GPS对民间开放以来，各种产品、应用层出不穷，GPS已经深入国民生产、日常生活的方方面面。
一.测量
GPS技术给测绘界带来了一场革命。利用载波相位差分技术（RTK），在实时处理两个观测站的载波相位的基础上，可以达到厘米级的精度。与传统的手工测量手段相比，GPS 技术有着巨大的优势：
◆测量精度高。
◆操作简便，仪器体积小，便于携带。
◆全天候操作。
◆观测点之间无须通视。
◆测量结果统一在WGS84坐标下，信息自动接收、存储，减少繁琐的中间处理环节。
当前，GPS技术已广泛应用于大地测量、资源勘查、地壳运动、地籍测量等领域。
二.交通
出租车、租车服务、物流配送等行业利用GPS技术对车辆进行跟踪、调度管理，合理分布车辆，以最快的速度响应用户的乘车或送请求，降低能源消耗，节省运行成本。
GPS在车辆导航方面发挥了重要的角色，在城市中建立数字化交通电台，实时发播城市交通信息，车载设备通过GPS进行精确定位，结合电子地图以及实时的交通状况，自动匹配最优路径，并实行车辆的自主导航。
民航运输通过GPS接收设备，使驾驶员着陆时能准确对准跑道，同时还能使飞机紧凑排列，提高机场利用率，引导飞机安全进离场。
三.救援
利用GPS定位技术，可对火警、救护、警察进行应急调遣，提高紧急事件处理部门对火灾、犯罪现场、交通事故、交通堵塞等紧急事件的响应效率。特种车辆（如运钞车）等，可对突发事件进行报警、定位，将损失降到最低。有了GPS的帮助，救援人员就可在人迹罕至、条件恶劣的大海、山野、沙漠，对失踪人员实施有效的搜索、拯救。装有GPS装置的渔船，在发生险情时，可及时定位、报警，使之能更快更即使地获得救援。
四.农业
当前，发达国家已开始把GPS技术引入农业生产，即所谓的“精准农业耕作”。该方法利用GPS进行农田信息定位获取，包括产量监测、土样采集等，计算机系统通过对数据的分析处理，决策出农田地块的管理措施，把产量和土壤状态信息装入带有GPS设备的喷施器中，从而精确地给农田地块施肥、喷药。通过实施精准耕作，可在尽量不减产的情况下，降低农业生产成本，有效避免资源浪费，降低因施肥除虫对环境造成的污染。
五.娱乐消遣
随着GPS接收机的小型化以及价格的降低，GPS逐渐走进了人们的日常生活，成为人们旅游、探险的好帮手。通过GPS，人们可以在陌生的城市里迅速地找到目的地，并且可以最优的路径行驶；野营者带者GPS接收机，可快捷地找到合适的野营地点，不必担心迷路；甚至一些高档的电子游戏，也使用了GPS仿真技术。
六.现代军事中的作用
美国提出GPS现代化的基本目的是满足和适应21世纪美国国防现代化发展的需要，这是GPS现代化中第一位的，根本的。具体地说，GPS现代化是为了更好地支持和保障军事行动。引用美军一名将领的原话：在军事行动的，或有危险的，或有威胁的环境下，要求GPS能对作战成员的战斗力提供更好的支持，对他们的生命提供更安全的保障，能有助于各类武器发挥更有效的作用。
使用美国GPS精码P（Y）的除美国军方以外，目前美国军方授权所在国家和地区的军方使用的有27个。其中主要是北约国家的军方，在授权亚太地区军方使用的国家和地区主要有：韩国、中国台湾、日本、新加坡、沙特阿拉伯、科威特、泰国等。
GPS除了在各类运载器（包括载人和火器）的导航和定位方面发挥了巨大作用外，在对战斗人员的支持和援助中发挥了关键性作用，因此评价极高。
美国军方和情报部门在1999年6月作出以下4项GPS现代化的响应技术措施。
◆增加GPS卫星发射的信号强度，以增加抗电子干扰能力。
◆在GPS信号频道上，增加新的军用码（M码），要与民用码分开。M码要有更好
的抗破译的保密和安全性能。
◆军事用户的接收设备要比民用的有更好的保护装置，特别是抗干扰能力和快速初始
化功能。
◆创造新的技术，以阻止和阻扰敌方使用GPS。
1.6GPS卫星接收机种类
GPS卫星接收机种类很多，根据型号分为测地型、全站型、定时型、手持型、集成型；
根据用途分为车载式、船载式、机载式、星载式、弹载式。
一.非独立式GPS
笔记本电脑使用的GPS接收机有蓝牙、CF（compact flash）、USB等3种接口，配合PDA使用的还有SDio接口的。这些GPS没有显示屏，不能独立使用，通过nmea协议标准将定位信息提供给计算设备。这些非独立式GPS的制造商大多是新兴的电子设备制造商，很多知名制造商都来自中国台湾省，如长天科技（holux）、丽台科技（leadtek）等。
二.GPS Mouse
USB接口的GPS接收机也被称为GPS Mouse，价格最便宜。GPS Mouse把GPS模块、天线和串口/USB口转换芯片集成在一起，通过一段1～1.5m的线缆连接到笔记本电脑的USB口。USB接口既可以传递GPS定位信息，也可以向GPS模块供电。GPS Mouse非常适合笔记本电脑车辆导航，但是不适合步行时使用。在车辆导航时，GPS Mouse可以放到车外并吸附到车顶上，最大限度地接收GPS信号（优质的汽车玻璃含有金属成分以抵挡紫外线，会降低GPS信号强度）。
三.CF口GPS
CF口GPS主要是为PDA设计的，不过现在的PDA越做越小，已经逐渐放弃CF口而改用SD口。CF口通过转接卡可以接入笔记本电脑的pcmcia接口，因为没有线缆连接，使用起来比USB接口更为方便，优势主要体现在步行使用中。在车用导航时，CF口GPS可以通过外接天线实现GPS Mouse灵活摆放的特性(通过把天线摆放到合适的位置以接收到足够强的GPS卫星信号)。当然，CF口GPS的价格也略高，一般在500～600元。
由于CF口GPS最初主要面向PDA设计，留给我们的后遗症就是部分产品的驱动程序和笔记本电脑上的操作系统兼容性不好，甚至根本不能安装，用户在购买时最好先安装调试再付款。
四.蓝牙GPS
蓝牙GPS接收机是2005年的明星，通过无线连接笔记本电脑、PDA甚至智能手机都非常方便，又可以实现灵活摆放的特点，因此受到了用户普遍欢迎。由于蓝牙标准本身就有模拟串口的功能，所以在电子地图兼容性方面也比较好，不过有时也有不兼容问题。
蓝牙GPS的缺点是需要配备电池并经常充电，而且很多用户不熟悉蓝牙设备的软件设置方法，应用还不够普遍。
五.独立式GPS
其实，最早的民用GPS都是可以独立使用的GPS设备。这类设备又可以分为手持式、
车载式，有独立显示屏用于显示地图或航点航迹信息，大部分有集成的电子地图功能(俗称地图机)，体积一般也比较大，价格从1000～9000元不等，功能差异很大。
独立式GPS一般也具有数据接口和笔记本电脑进行连接，接口大多为串口，部分采用USB口或蓝牙接口。这些接口的主要目的并不是为了把定位信号实时传递给计算设备，而是为在GPS设备和计算机之间复制航迹和地图等信息，因此在连接笔记本电脑传递定位信息时都不太方便。笔记本电脑已经很少配备串口，因此连接串口需要串口/USB口转换器，并安装驱动程序把USB接口模拟成串口。
独立式GPS一般不会连接笔记本电脑一起使用，除非不是地图机，或者没有特定地区的GPS地图。在配合笔记本电脑使用为主的应用模式下，我们也不推荐使用独立式GPS。
现在，有越来越多的PDA厂商加入独立式GPS的阵营，推出集成GPS接收机和电子地图的产品。尽管在应用上PDA GPS和传统的独立式GPS地图机很接近，但是这些产品都是通用的处理器、操作系统和电子地图软件，在架构、功耗、坚固性和防水性等方面也明显有别于传统独立式GPS。
2其他全球定位系统
目前，世界上正在运行的全球卫星导航定位系统主要有两大系统：一是美国的GPS系统，二是俄罗斯的“格鲁纳斯”系统。近年来，欧洲也提出了有自己特色的“伽利略”全球卫星定位计划。因而，未来密布在太空的全球卫星定位系统将形成美、俄、欧操纵的GPS、“格鲁纳斯”、“伽利略”三大系统“竞风流”的局面。
2.1格鲁纳斯
一.GLONASS简介
GLONASS是GLObal NA vigation SAtellite System（全球导航卫星系统），是前苏联从80年代初开始建设的与美国GPS系统相类似的卫星定位系统，也由卫星星座、地面监测控制站和用户设备三部分组成。现在由俄罗斯空间局管理。
GLONASS系统的卫星星座由24颗卫星组成，均匀分布在3个近圆形的轨道平面上，每个轨道面8颗卫星，轨道高度19100公里，运行周期11小时15分，轨道倾角64.8°。俄罗斯对GLONASS系统采用了军民合用、不加密的开放政策。GLONASS系统单点定位精度水平方向为16m，垂直方向为25m。
为进一步提高GLONASS系统的定位能力，开拓广大的民用市场，俄政府计划用4年时间将其更新为GLONASS-M系统。内容有：
◆改进一些地面测控站设施；
◆延长卫星的在轨寿命到8年；
◆实现系统高的定位精度：位置精度提高到10～15m，定时精度提高到20～30ns，
速度精度达到0.01m／s。
二.GLONASS与GPS有许多不同之处：
◆一是卫星发射频率不同。
GPS的卫星信号采用码分多址体制，每颗卫星的信号频率和调制方式相同，不同卫星的信号靠不同的伪码区分。而GLONASS采用频分多址体制，卫星靠频率不同来区分，每组频率的伪随机码相同。由于卫星发射的载波频率不同，GLONASS可以防止整个卫星导航系统同时被敌方干扰，因而，具有更强的抗干扰能力。
◆二是坐标系不同。
GPS使用世界大地坐标系（wgs-84），而GLONASS使用前苏联地心坐标系（pe-90）。
◆三是时间标准不同。
GPS系统时与世界协调时相关联，而GLONASS则与莫斯科标准时相关联。
GLONASS系统和GPS系统的比较：
另外，俄计划将系统发播频率改为GPS的频率，并得到美罗克威尔公司的技术支援。
GLONASS系统的主要用途是导航定位，当然与GPS系统一样，也可以广泛应用于各种等级和种类的测量应用、GIS应用和时频应用等。
三.GPS+GLONASS系统对纯GPS系统的改进：
1）可见卫星数增加一倍：GLONASS卫星星座组网完成后，可用于导航定位的卫星总数将增加一倍。在地平线以上的可见卫星数如为纯GPS系统时，一般为7-11颗；GPS+GLONASS系统则可达到14-20颗。在山区或城市中，有时因障碍物遮挡，纯GPS可能无法工作，GPS+GLONASS则可以工作。
2）提高生产效率：在测量应用中，GPS测量所需要的观测时间取决于求解载波相位整周模糊度所需要的时间。观测时间越长或可观测到的卫星数越多，则用于求解载波相位整周模糊度的数据也就越多，求解结果的可靠性越好。为了提高生产效率，常使用快速定位、实时动态测量（RTK）或后处理动态测量。但要满足一定的精度要求，必须正确求解载波相位整周模糊度，可观测到的卫星数增加得越多，则求解载波相位整周模糊度所需要的观测时间就可缩短得越多，因此GPS+GLONASS可以提高生产效率。
3）提高观测结果的可靠性：用卫星系统进行测量定位的观测结果的可靠性主要决定于用于定位计算的卫星颗数。因此GPS+GLONASS将大大提高观测结果的可靠性。
4）提高观测结果的精度：观测卫星相对于测站的几何分布（DOP值）直接影响观测结果的精度。可观测到的卫星越多，则可以大大改善观测卫星相对于测站的几何分布，从而提高观测结果的精度。
2.2伽利略
一.Galileo简介
“伽利略”（Galileo）系统是欧洲计划建设的新一代民用全球卫星导航系统，预计2008年系统建成并投入运营。按照规划，“伽利略”计划将耗资约27亿美元，星座由30颗卫星组成。卫星采用中等地球轨道，均匀地分布在高度约为2.3万公里的3个轨道面上，星座包括27颗工作星，另加3颗备份卫星。系统的典型功能是信号中继，即向用户接收机的数据传输可以通过一种特殊的联系方式或其他系统的中继来实现，例如通过移动通信网来实现。“伽利略”接收机不仅可以接收本系统信号，而且可以接收GPS、“格鲁纳斯”这两大系统的信号，并且具有导航功能与移动电话功能相结合、与其他导航系统相结合的优越性能。
“伽利略”系统与GPS系统的主要区别在于：
“伽利略”系统确定地面位置或近地空间位置要比GPS精确10倍。其水平定位精度优于10米，时间信号精度达到100纳秒。必要时，免费使用的信号精确度可达6米，如与GPS 合作甚至能精确至4米。一位电子工程师举例说明了这个区别：“如今的GPS只能找到街道，而‘伽利略’系统则能找到车库门。”
“伽利略”系统将为欧盟成员国和中国的公路、铁路、空中和海洋运输甚至徒步旅行者有保障地提供精度为1米的定位导航服务，从而也将打破美国独霸全球卫星导航系统的格局。
二.“伽利略”定位系统的优势
“伽利略”系统是世界上第一个基于民用的全球卫星导航定位系统，在2008年投入运行后，全球的用户将使用多制式的接收机，获得更多的导航定位卫星的信号，将无形中极大地提高导航定位的精度，这是“伽利略”计划给用户带来的直接好处。另外，由于全球将出
现多套全球导航定位系统，从市场的发展来看，将会出现GPS系统与“伽利略”系统竞争的局面，竞争会使用户得到更稳定的信号、更优质的服务。世界上多套全球导航定位系统并存，相互之间的制约和互补将是各国大力发展全球导航定位产业的根本保证。
“伽利略”计划是欧洲自主、独立的全球多模式卫星定位导航系统，提供高精度，高可靠性的定位服务，实现完全非军方控制、管理，可以进行覆盖全球的导航和定位功能。“伽利略”系统还能够和美国的GPS、俄罗斯的GLONASS系统实现多系统内的相互合作，任何用户将来都可以用一个多系统接收机采集各个系统的数据或者各系统数据的组合来实现定位导航的要求。
“伽利略”系统可以发送实时的高精度定位信息，这是现有的卫星导航系统所没有的，同时“伽利略”系统能够保证在许多特殊情况下提供服务，如果失败也能在几秒钟内通知客户。与美国的GPS相比，“伽利略”系统更先进，也更可靠。
三.我国参与“伽利略”计划
目前全世界使用的导航定位系统主要是美国的GPS系统，欧洲人认为这并不安全。为了建立欧洲自己控制的民用全球导航定位系统，欧洲人决定实施“伽利略”计划。2003年9月18日，欧盟和中国草签了中国参与“伽利略”计划的协议。2004年10月9日，双方又签署了此项目的技术合作协议；因而引发美国媒体发出美国可能击毁“伽利略”卫星的报道。可见，此项目不但具有极高经济价值，也深具政治和军事战略意义。
参与“伽利略”计划是迄今为止我国与欧洲最大的合作计划。全球导航定位系统的应用十分广泛，从经济建设、国防建设等各方面来考虑，我国都应该建立自己的全球导航定位系统。比如，将来我们建立起全国的车辆定位系统后，如果我们没有其他导航定位系统而只依靠GPS系统，那么一旦出现意外情况，将使整个交通系统瘫痪。“伽利略”计划总值36亿欧元，2004年10月9日，中欧伽利略计划技术合作协议在北京正式签署，中国将投入2亿欧元参与“伽利略计划”，约5％。据悉，中国是正式加入“伽利略计划”的第一个非欧盟国家，这标志着我国航天事业在国际合作领域迈出走向欧洲化的第一大步。
3北斗卫星导航定位系统
北斗卫星导航定位系统，是中国自行研制开发的区域性有源三维卫星定位与通信系统（CNSS），是除美国的GPS、俄罗斯的GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统。
3.1系统构成与工作原理
北斗卫星定位系统由两颗地球静止卫星（800E和1400E）、一颗在轨备份卫星（110.50E）、中心控制系统、标校系统和各类用户机等部分组成。系统的工作过程是：首先由中心控制系统向卫星Ⅰ和卫星Ⅱ同时发送询问信号，经卫星转发器向服务区内的用户广播，用户响应其中一颗卫星的询问信号，并同时向两颗卫星发送响应信号，再经卫星转发回中心控制系统。中心控制系统接收并解调用户发来的信号，然后根据用户的申请服务内容进行相应的数据处理。对定位申请，中心控制系统测出两个时间延迟：即从中心控制系统发出询问信号，经某一颗卫星转发到达用户，用户发出定位响应信号，经同一颗卫星转发回中心控制系统的延迟和从中心控制发出询问信号，经上述同一卫星到达用户，用户发出响应信号，经另一颗卫星转发回中心控制系统的延迟。由于中心控制系统和两颗卫星的位置均是已知的，因此由上面两个延迟量可以算出用户到第一颗卫星的距离，以及用户到两颗卫星距离之和，从而知道用户处于一个以第一颗卫星为球心的一个球面，和以两颗卫星为焦点的椭球面之间的交线上。另外中心控制系统从存储在计算机内的数字化地形图查寻到用户高程值，又可知道用户出于某一与地球基准椭球面平行的椭球面上。从而中心控制系统可最终计算出用户所在点的三维坐标，这个坐标经加密由出站信号发送给用户。
北斗卫星定位系统覆盖范围是北纬5°～55°，东经70°～140°之间的心脏地区，上大下小，最宽处在北纬35°左右。其定位精度为水平精度100 m（1 σ），设立标校站之后为20 m （类似差分状态）。工作频率：2 491.75 MHz。系统能容纳的用户数为每小时540000户。
由于在定位时需要用户终端向定位卫星发送定位信号，由信号到达定位卫星时间的差值计算用户位置，所以被称为“有源定位”。
3.2北斗系统三大功能
◆快速定位：北斗系统可为服务区域内用户提供全天候、高精度、快速实时定位服务，
定位精度20—100m；
◆短报文通信：北斗系统用户终端具有双向报文通信功能，用户可以一次传送40-60
个汉字的短报文信息；
◆精密授时：北斗系统具有精密授时功能，可向用户提供20ns-100ns时间同步精度。
3.3系统的优势与劣势
一.优势：
◆同时具备定位与通信功能，无需其他通信系统支持；
◆覆盖中国及周边国家和地区，24小时全天候服务，无通信盲区；
◆特别适合集团用户大范围监控与管理，及无依托地区数据采集用户数据传输应用；
◆中心节点式定位处理和指挥型用户机设计，同时解决“我在哪”和“你在哪”；
◆自主系统，高强度加密设计，安全、可靠、稳定，适合关键部门应用。
二.劣势：
◆北斗系统属于有源定位系统，系统容量有限，定位终端比较复杂。
北斗系统属于区域定位系统，目前只能为中国以及周边地区提供定位服务。
4GPS技术应用——导航系统
4.1GPS导航常识
一.“导航”是什么意思？
通过借助GPS全球定位功能及车载电子地图，然后在您输入了要去的目的地后导航系统就会在您的行驶过程中自动在电子地图上给您规划出到达目的地的最佳行车路线，并配有专业导航语言及文字导航信息来引导您正确航行至目的地，这就是导航的意思。
所以要实现导航功能必须满足两个基本条件：第一是有GPS全球定位系统的终端设备，即能接收和处理卫星信号；第二就是要有（中国）电子地图。
二.GPS与导航的区别
GPS与导航是两个不同的概念，GPS可以说是一种技术，而导航则是利用这种技术而创造出来的一种产品；所以说导航是在GPS的基础上发展起来的。GPS其实就是一些经纬度和海拔高度的数据信息，对于绝大部分终端用户来说即使知道了也没多少实际作用；导航就不一样了，只要您打开导航系统，并确定了您要去的目的地，导航系统便会自动完成行驶路径的规划，并配合专业文字及语言报读信息引导您安全快捷到达您的目的地。简单地说，导航就是“带路人”，而且这个“带路人”的道路数据非常庞大，现在的电子地图覆盖范围已经非常广泛。
三.GPS防盗和GPS导航
GPS防盗是利用GPS全球卫星定位技术来实现远程追踪防盗的，属于较早期的GPS产品；而GPS导航则是利用GPS技术并配合电子地图来实现智能导航功能的，属于高新GPS 产品；所以两者不是同一个概念，作用当然也不同。有了GPS导航系统，不但能对自己的地理位置了如指掌，更能指引自己轻松快捷到达想去的目的地。当然，目前GPS导航不具备GPS防盗的防盗功能，而GPS防盗也不具备GPS导航的导航功能，这就是两者的区别。
4.2GPS导航系统
通常我们所说的GPS导航系统实际上是指，通过接收卫星信号来配合电子地图实现定位与导航的用户设备，他的特点是只接收卫星信号，不发送信号。主要应用形式之一就是车载／便携式导航系统。
车载／便携式导航系统实现了野外踏勘、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。
一.产品架构
导航系统主要组成分为硬件、操作系统和导航软件三大部分。目前的车载／便携式导航系统还集成了电影、音乐、电子书、游戏等附加功能。
二.导航系统的主要功能
导航系统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。一般的车载导航系统具有以下功能：
1）自动导航功能
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。有些系统还有地图修改功能。
2）导航电子地图
车载系统都配备了电子地图，用以随时查看城市的交通、建筑等情况，以及配合导航。
3）转向语音提示功能。
系统具有转向语音提示功能，随时提醒车主转弯、超速等信息。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）测速功能
通过GPS对卫星信号的接收计算，可以测算出行驶的具体速度。
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。
7）配合信息平台，可实现车辆管理、调度等功能。
三.导航系统的关键技术
导航系统的三大重要技术是
◆GPS系统
◆航位推算（Dead Reckoning DR）
◆地图匹配（Map Matching MM）
目前由于受GPS定位精度的影响，而且在城市路段复杂的情况下，往往会出现高楼、高架桥、隧道等阻挡、干扰GPS信号，使GPS定位信息有较大的偏差甚至失去信号，单纯用GPS定位很难得到满意的定位效果。
航位推算是利用陀螺仪等惯性器件，再加上车速脉冲输入，实现车辆的惯性自主导航，但是它需要车辆初始位置的输入，车辆速度输入，并且惯性器件的漂移误差和标定误差将使累计误差随时间而增大。而且由于成本的限制，航位推算在普通导航系统中无法普及。
地图匹配软件纠错技术可以弥补定位技术误差带来的影响。地图匹配是一种通过软件技术和计算方法，校正GPS定位或者航位推算定位误差的技术，因而能够极大地提供车辆的定位精度，减少定位误差。
地图匹配，指的是GPS和电子地图的匹配。由于受各种制作电子地图的方法和输入原始地图陈旧等的影响，特别是在我们国家，没有统一的规范的电子地图数据标准，因而造成电子地图也带来误差，甚至误差也比较大。这就不难想象现在很多技术用来提高这两者的精度，比如差分GPS技术和数据校正。地图匹配除了能将这两者匹配起来之外，它还可以满足一些终端用户的需要，比如说终端用户要求定位信息还能满足交通规则的要求，如车辆在我们国家应该是靠右行驶，某些路段只是单行道等。
地图匹配根据其匹配目的的不同，可将其分为道路匹配和非道路匹配。道路匹配是将GPS定位信息匹配到地理信息系统中的道路上，而非道路匹配是建立在道路匹配的基础上，是指车辆进入加油站、停车场或者其他地方作短暂的旅行，偏离道路时候的匹配。
为了使用道路匹配更加有效，我们在进行匹配之前首先提出两个前提：
（1）车辆总是行驶在路上；
（2）使用电子地图的精度要远大于GPS定位精度。
对于这二个条件总是满足的，否则匹配结果会难以让人想象。事实上，在正常的交通情况下，和飞机导航与海洋运输不同，公路运输车辆局限于有限的公路网络系统，仅仅是进入
停车场、或其他的短暂旅行，如加油站，因而条件一是可以满足的。条件二可以通过使用高精度的电子地图数据库来实现。很明显，用于该模块的数字地图必须相对准确，否则，系统将产生错误的位置输出，这种错误输出会严重降低系统的性能。因而数字地图允许的误差范围为15m（真实地面距离）。目前GPS的民用精度（在SA干扰取消后）可以达到10m的定位精度，因此通过上述地图匹配技术，GPS定位精度能够满足民用导航系统的实用要求。
四.GPS导航系统性能指标
◆卫星轨迹
这里有24颗GPS卫星沿六条轨道绕地球运行（每四颗一组），一般不会有超过12个卫星在地球的同一边，大多数GPS接收器可以追踪8～12颗卫星。计算lat/long（2维）坐标至少需要3颗卫星。再加一颗就可以计算3维坐标。对于一个给定的位置，GPS接收器知道在此时哪些卫星在附近，因为它不停地接收从卫星发来的更新信号。
◆并行通道
一些消费类GPS设备有2～5条并行通道接收卫星信号。因为最多可能有12颗卫星是可见的（平均值是8），这意味着GPS接收器必须按顺序访问每一颗卫星来获取每颗卫星的信息。
市面上的GPS接收器大多数是12并行通道型的，这允许它们连续追踪每一颗卫星的信息，12通道接收器的优点包括快速冷启动和初始化卫星的信息，而且在森林地区可以有更好的接收效果。一般12通道接收器不需要外置天线，除非你是在封闭的空间中，如船舱、车厢中。
◆定位时间
这是指你重启动你的GPS接收器时，它确定现在位置所需的时间。对于12通道接收器，如果你在最后一次定位位置的附近，冷启动时的定位时间一般为3～5分钟，热启动时为15～30秒，而对于2通道接收器，冷启动时大多超过15分钟，热启动时为2～5分钟。
注：
冷启动：初次使用时；电池耗尽导致星历信息丢失时；关机状态下将接收机移动1000公里以上距离。
热启动：距离上次定位的时间小于两个小时的启动。
温启动：距离上次定位的时间超过两个小时的启动。
◆定位精度
大多数GPS接收器的水平位置定位精度在5m～10m左右，但这只是在SA没有开启的情况下。