車載導航

車輛導航（英文:Vehicle Navigation）是具有定位和導航功能的系統。車載導航產品的基本功能包括:靜態信息查詢、地圖匹配、靜態路徑規劃和導航。車輛導航系統是集先進的衛星定位技術、地理信息技術、現代移動通信技術、數據庫技術、多媒體技術和嵌入式技術于一體的高科技系統。因為車載導航具有衛星定位系統的功能，它可以讓駕駛員在駕駛汽車時隨時隨地知道自己的確切位置。汽車導航還可以告訴駕駛員到達目的地的最短或最快路線。

汽車導航設備于20世紀80年代問世，并于90年代初真正進入市場。汽車導航系統使用光盤存儲數字地圖。通過GPS定位技術和地圖匹配技術，可以實現車輛在電子地圖中的自我定位并顯示在電子地圖上。之后，車載導航增加了路徑規劃與導航、語音引導和靜態信息查詢等功能。隨著信息技術的發展，現代無線通信技術和多媒體技術被廣泛應用于汽車導航中，以實現實時動態的汽車導航功能。2004年后，PND、PDA和智能手機等各種手持導航設備的出現，為車載導航地圖的生存和發展提供了新的機遇。

1921年，明尼蘇達州的約翰·j·博維申請了一項手持導航工具的專利:滾動地圖，可以安裝在汽車上為行駛中的汽車導航。幾年后，英國出現了類似的可穿戴地圖概念，名為“Plus Four”腕帶路線指示器。大約在1932年，一家意大利公司發布了一款名為“Iter-Auto”的導航系統，該系統可以集成到汽車的儀表盤上，形成滾動地圖。此外，該系統還配備了汽車連接布線，可以在行駛過程中自動顯示本地地圖。

上世紀六七十年代，日本人和美國人都熱衷于研究汽車導航設備。1960年，美國成功發射了世界上第一個軌道導航衛星系統，名為“1B過境”。隨后幾年，其他過境衛星相繼出現，這一系統于1964年投入使用。這個太陽能陣列用于接收無線電信號，并為蘋果海軍極地潛艇提供導航支持。它可以幫助船只識別其當前位置，依靠船只上方的衛星，但由于當時沒有多少衛星，信號經常消失。Transit系統成功后，美國海軍研究實驗室于1964年啟動了一項名為TIMATION的新衛星計劃，該計劃基于原子鐘的測距。

1966年，美國通用汽車研究辦公室開發了一種稱為“DAIR”的無衛星導航輔助系統。這種車輛有一個服務中心，它提供兩個通信通道，并可以依靠路邊指示燈獲得有關交通信息的無線電信號更新。嵌入高速公路的磁鐵可以“激活”關于下一個出口和當前速度限制的語音通知。駕駛員可以依靠附近的路線導航站獲得導航信息，同時，他們將獲得一張打孔卡作為方向箭頭（向左、向右或直行），以幫助駕駛員順利到達目的地。該系統在早期進行了測試，發現這不是一種可行的提供導航服務的方式。幾十年后，這個概念以安吉星的名字重新出現。

1973年，日本通商產業省（MITI）和富士重工聯合啟動了日本汽車導航系統研究項目CATC（集成車輛交通控制）。這些研究成果還有兩個特點——成本高、效率低，因此沒有推廣的意義。1977年，美國發射了NTS 2號衛星，為NAVSTAR全球定位系統的到來鋪平了道路。當衛星繞地球運行時，電子設備制造商Rockwell Collins已開始開發其第一臺GPS接收機，命名為“通用開發模型”，這也是第一臺與NTS 2號衛星連接的設備，并于1978年左右開始在飛機系統上測試。本田在1977年開發了自己的汽車導航系統。這家公司開發了一種低成本、非常可靠的氣體軸承陀螺儀來輔助汽車導航。本田汽車的導航設備可以跟蹤方向變化和慣性導航（根據速度和軌道來確定狀態）。該系統可以在單色CRT顯示器上顯示汽車的行駛狀態，并以零起點和透明地圖覆蓋跟蹤汽車在給定路線上的位置。1981年，這一系統作為輔助設備推向經銷商，但從未進入大規模生產。

在1983年之前，GPS衛星被嚴格限制在軍事領域，但美國總統羅納德·里根在當年發布了一項指令，取消對GPS衛星的禁令，并將其開放用于民用和商用。由于NAVSTAR全球定位系統在1995年之前未能全面投入使用，福特在1983年開發的Tripmonitor導航系統只能依靠原始的中轉衛星提供跟蹤服務。如果在衛星信號的覆蓋范圍內通過汽車上的后部天線獲得信號，則可以在400米內定位汽車。如果它與衛星失去聯系，系統將依靠定位計算來更新其地理位置。同年，Stanley Honey在完成一個小型導航項目時獲得了諾蘭·布什內爾的天使投資基金。為了尋找汽車路線導航領域的潛在機會，霍尼創立了ETAK公司。到1985年，該公司擁有了帶有矢量地圖顯示屏的導航系統，當汽車轉彎時，顯示屏可以自動旋轉，這樣目的地就可以顯示在地圖上方。此外，該系統可以將地圖數據存儲在一個3.5兆字節的小磁帶上。ETAK將其地圖數字化，并通過向聯邦快遞和UPS等公司提供商業數據獲得了新的收入來源。當時，該公司龐大的數據庫吸引了大量關注。該公司隨后被新聞集團收購，然后轉讓給索尼，最后由TomTom接管。

1987年，汽車導航系統開始使用光盤存儲數字地圖。通過GPS定位技術和地圖匹配技術，可以實現車輛在電子地圖中的自我定位并顯示在電子地圖上。之后，車載導航在之前導航系統的基礎上增加了路徑規劃與導航、語音引導和靜態信息查詢等功能。上世紀90年代初，車載導航真正進入市場。1996年，通用汽車推出了OneStar服務，該服務可以提供基于手機的通信連接，從安吉星客戶服務中心獲得幫助，并通過GPS跟蹤汽車位置。這項服務可以在緊急情況下使用。但與此同時，安吉星還為高端用戶提供語音路線規劃導航，幫助他們尋找酒店和餐廳。同年，美國總統比爾·克林頓成立了一個跨部門的全球定位系統執行委員會。2000年左右，美國政府終于停止了對選擇性使用GPS的限制，并向世界各地的民用和商用用戶開放了精確的全球定位數據。

2000年后，2003年后出現了HDD存儲技術和大容量SD卡存儲技術，解決了CD和DVD無法多次寫入的問題。基于HDD和SD存儲的車輛導航地圖服務稱為可擦除服務。使用硬盤技術的系統宣傳提供更大的存儲空間，并很快從10GB增加到80GB。松下Strada CN-NVD905U等系統不僅提供觸摸屏導航工具，還支持車載娛樂系統，所有這些都集成在一個方便的包中。隨著手機功能的不斷增加，TomTom和其他公司決定開發手機導航應用程序。2002年，該公司推出了用于PDA的導航儀，并配備了底座和GPS接收器來幫助定位地理位置。2004年，TomTom決定將這項技術集成到一款名為TomTom Go的便攜式獨立設備中。TomTom Go可以預加載地圖，突出顯示興趣點，并提供語音指引，通常使用名人的聲音作為廣播語音。

2004年后，PND、PDA和智能手機等各種手持導航設備的出現，為車載導航地圖的生存和發展提供了新的機遇。車載導航地圖不僅是汽車的專屬，也逐漸成為消費電子產品的標配。車載導航地圖數據經過適當的內容裁剪和容量處理后，可以供手持導航設備使用。汽車導航地圖的使用率和使用量的迅速擴大，促使汽車導航地圖的成本迅速下降，促進了汽車市場的發展。2007年，愛信AW株式會社、Zenrin株式會社、電裝公司和豐田公司共同開發了世界上第一項為汽車導航系統自動提供差分地圖數據的技術。它被命名為“按需地圖”，將于2007年春季作為豐田G-BOOK遠程信息服務的一項新功能提供給日本司機。Map on Demand提供日本所有高速公路和收費公路的最新數據，以及用戶登記住所附近的道路和用戶指定目的地附近的道路的數據。數據通過手機網絡傳輸，并通過互聯網下載，為系統提供數據。

2013年，先鋒推出了自己的NavGate系統，可以提供一定程度的虛擬現實導航功能。在汽車遮陽板的位置設置了一個大尺寸的半透明投影屏幕，將疊加的圖像投影在駕駛員的視野中。這種設計有效避免了外界光線對投影儀的影響，并且可以在駕駛員的視野中疊加高亮度和高對比度的圖像。

2018年，歐盟將強制新車配備手機連接系統（eCall系統），大量汽車具有互聯網功能。在導航方面，這促進了無線地圖數據更新（OTA），可以根據需要下載具有額外覆蓋范圍的地圖。在日本，車載導航系統VICS（Vehicle Information and Communication System）已被用于實時發布幾乎所有城市道路的信息，車載導航系統將根據道路信息實時調整行駛路線。隨著電子地圖精度的提高，表達內容更加豐富。詳細的交通特征，如交通燈、人行橫道和緩沖區，可以在高精度導航地圖中識別和表達。車載導航為自動駕駛提供了更好的輔助，提高了自動駕駛的安全性。

車載導航產品的基本功能包括:信息查詢與傳輸、地圖匹配、靜態路徑規劃和動態定位導航。

信息查詢和傳輸:通過多媒體技術，用戶可以根據個人需求查詢路況、出行和生活等實時實用信息，無線通信技術為個性化服務提供了更全面的擴展。車載導航集辦公和娛樂功能于一體，實現了安全駕駛期間免費接收電子郵件、撥打電話、查詢特殊目的地、接收交通和氣候信息、重新選擇音樂記錄等功能。車載導航還具有向GPS持有者或報警中心傳輸定位信息的功能，這里稱為第三方。因此，GPS系統具有GSM網絡通信功能，即利用GSM網絡通過短消息向第三方傳輸相關定位信息。然后由微型計算機解釋短消息，從而在電子視頻上顯示車輛的地理位置信息。

地圖匹配靜態路徑規劃:汽車導航主機在輸入目的地名稱或其他相關信息后，從GPS接收器獲得計算確定的當前經緯度，通過與電子地圖數據進行比較，可以隨時確定車輛的當前位置。自動計算出一條最合適的行駛路線。當然，用戶也可以使用其他選項來搜索最佳路徑。此外，它還可以通過技術手段實現監測、幫助和救援、交通網絡調控等功能，充分發揮交通基礎設施的效能。

動態定位導航:通過衛星定位技術和地圖匹配技術，車輛導航可以對車輛進行自我定位，接收實時道路信息，并在預先建立的電子地圖中及時顯示車輛的位置、行駛速度和距離目的地的距離。車載導航還支持自動語音導航。目前車載導航系統已經實現了幾乎所有城市道路信息的實時發布，車載導航系統會根據道路信息實時調整行車路線。

按功能分類

車輛導航系統根據不同的標準進行分類。從實現導航功能的角度來看，可分為兩類:一類是自主車輛導航系統，其車輛定位和導航功能由車載終端完成；另一類是中央決策車輛導航系統，其部分導航功能需要由控制信息中心完成。

自主車輛導航：自主動態車輛導航系統也可以稱為車載終端確定性動態導航系統。系統根據實時交通信息在車載導航終端上進行路徑規劃和導航。自主動態車輛導航系統包括三個子系統:控制信息中心子系統、車輛導航子系統和無線通信子系統。控制信息中心子系統是所有車載子系統的控制和管理中心，由通信服務器、GIS服務器（電子地圖數據庫）、實時道路信息中心、應用服務器、中央接入服務器和指揮監控終端組成。車載導航子系統主要由電子地圖數據庫、定位、路徑規劃、路徑引導、無線通信等模塊組成。無線通信子系統為車輛導航子系統和控制信息中心提供數據傳輸的無線通道，實現控制信息中心和車輛導航子系統之間的信息交互。通常采用無線通信網絡、路邊紅外信標和無線信標，還可以通過調頻廣播信號傳輸動態交通信息和其他服務信息。

中心決定的車輛導航：根據實時交通信息，中心確定的動態車輛導航系統基于整個系統規劃多個車輛的路徑，并計算每個可能的起點和終點的最佳或準最佳路線供用戶使用。中心決定式動態車輛導航系統在結構上與自主式動態車輛導航系統基本相似，功能實現上的差異主要體現在控制信息中心子系統和車輛導航子系統上:

控制信息中心子系統：控制信息中心子系統是所有車載子系統的控制和管理中心。它主要提供接收目標車輛的定位信息、融合路況信息數據、判斷和發布實時交通信息、預測每個路段的行駛時間、計算可能的起點和終點的規劃路徑、平衡交通分配以及向一輛或多輛車輛提供引導和咨詢的服務。

車輛導航子系統：車載導航子系統主要由定位、無線通信、路徑引導等模塊組成。車載子系統的主要功能是實現自我定位并將自我定位信息傳輸到控制信息中心，然后接收滿足用戶需求的實時交通信息和動態路線數據，進而實現駕駛導航，其本身不具備路徑規劃功能。

硬件平臺分類

根據硬件平臺的不同，它可以分為CAR-PC車載導航系統、DVD車載導航儀、基于PDA的車載導航儀和其他形式的導航儀。

CAR-PC車輛導航系統：1998年1月，第一個車載電腦系統在美國消費電子展上展出。它安裝在超豪華概念車Else的儀表板上，該概念車屬于開放式汽車微型計算機平臺，使用微軟Windows CE操作系統。從功能上看，它實現了更全面的功能集成。它集成了汽車音頻功能、計算機功能、導航功能和語音識別無線通信系統功能，并以汽車技術為核心，為汽車提供信息和娛樂設施，實現安全駕駛期間免費接收電子郵件、撥打電話和撥號、查詢特殊目的地、接收交通和氣候信息以及重新選擇音樂記錄的功能。

CD-ROM/DVD車載導航儀：CD-ROM/DVD車載導航器需要預先安裝在汽車上。而且一旦安裝在汽車上，就不能拆卸，也不能移動到其他汽車上使用。這種汽車導航儀需要使用經過屏蔽（防磁）的高價電纜，以防止其電磁波影響其他車載設備。

基于PDA的汽車導航儀：無線通信技術全面擴展了個性化服務。由于PDA的成本優勢和PDA操作平臺的開放性和易用性，PDA汽車導航系統已成為市場上廣泛使用的汽車導航系統。

定位方法：通過MCU組合導航計算模塊、GNSS模塊和MCU組合導航計算模塊獲得的定位輸出來計算車輛導航，并將輪速脈沖計數器和GNSS模塊組合輸入到MCU組合導航計算模塊。

該定位方法包括:讀取車輪輪速脈沖數，得到輪速脈沖輸入；利用輪速脈沖數遞歸計算位置，并判斷是否讀取GNSS數據，在讀取GNSS數據的情況下讀取可靠的GNSS數據；獲得定位輸出和誤差校正。降低了系統的使用成本，提高了定位的可靠性和有效性，可以獲得與原始INS/GNSS組合相同的效果，可靠性更好，減少了INS模塊的數量，有效降低了成本。同時，包括里程表模塊、慣性測量單元模塊和地圖匹配模塊在內的其他車輛導航系統都通過RS-232串行接口或USB接口與導航計算機連接。

定位過程分析：車輛導航定位系統由北斗二代全球衛星導航系統、慣性導航系統、地理信息系統和數據融合與控制系統組成。其中，慣性導航系統包括光纖陀螺、加速度傳感器、壓力傳感器、電子羅盤、整形電路及其與數據融合和控制系統連接的接口電路；數據融合和控制系統包括處理器和接口，卡爾曼濾波器模塊集成在處理器中。該方法通過開發基于GIS技術的實時、穩定、高精度的車載導航定位系統，實現了車載北斗二號和GPS導航定位終端的兼容使用，并與INS相結合，使用戶既能接收到北斗二號信號，又能接收到GPS信號，二者相互兼容并自動切換，提高了導航定位的精度和可靠性。隨著車載組合導航系統的發展，車載組合導航系統的應用范圍和領域將進一步擴大，并在應用中積累相關經驗。

定位誤差分析：GPS定位誤差主要包括三種類型的誤差:由結構因素引起的誤差、由衛星排列引起的誤差和由選擇性可用性引起的誤差。

結構因素引起的誤差包括:衛星引起的誤差、大氣無線電波延遲誤差和接收機引起的誤差。由衛星布置引起的誤差可以通過由衛星和接收器之間的相對幾何位置定義的各種精度因子（DOP）來描述。SA（選擇性可用性）是美國政府提出的一項政策，旨在人為降低民用GPS的精度。它主要通過調整衛星星歷和衛星時鐘數據來產生衛星與接收機之間的距離誤差。實施選擇性可用性時，民用GPS定位誤差超過100米，差分GPS定位方法主要用于車輛導航領域。2000年，克林頓政府取消了選擇性可用性，GPS的SA誤差也被消除。

路徑規劃：無論是最短距離路徑計算、最短出行時間路徑計算、最少擁堵路徑計算、最佳出行舒適度路徑計算、最佳轉彎計算，其采用的核心算法都是最短路徑算法。因此，路徑規劃是利用最短路徑算法在電子地圖路網中求解用戶所需的最佳行駛路線的過程。

車輛導航系統中使用的最短路徑算法可分為兩類:一類應用于車輛導航系統的中心，根據用戶的應用為用戶分配動態的最優路徑。由于計算量大，中心通常使用高端計算機或并行計算機集群來提高計算速度；另一種算法應用于車載導航終端。為了保證導航系統的實時性，系統對這類算法的計算速度要求很高，因此一般采用分層搜索、分區搜索等方法來提高算法的計算效率。

路徑引導：慣性導航/車身速度組合

根據車輛的行駛特點，其行駛軌跡受地面約束，主要沿縱軸運動，行駛過程中可能會有偶爾的停車。基于這樣的運動學特征，可以提取有效信息來輔助慣性導航。目前，提出的方法包括非完整約束（NHC）、零速度更新（ZUPT）、零角速度更新（ZARU）、零綜合航向率（ZIHR）和高度約束。

ZUPT/齊爾：ZUPT技術歷史悠久，可以追溯到20世紀60年代和70年代美國炮兵部隊大地測量中使用的位置和方位確定系統（PADS）。當ZUPT有效時，系統有一個已知的零速度作為觀測值，用來與慣性導航的速度相結合，降低定位誤差率，約束速度和姿態誤差狀態。從原理上講，ZUPT等效于靜態條件下的慣導自對準，有利于慣導姿態誤差估計。高精度慣性導航系統利用ZUPT提高其在軍用車載應用中的自主導航能力，還利用ZUPT提高全球導航衛星系統之前測繪領域的移動測繪作業的精度。此時，一般要求每隔一定時間（2-5分鐘）進行一次ZUPT，通常持續20-60秒。在面向公眾的汽車應用中，一般不要求停車，而是檢測隨機停車過程，從而實施ZUPT。在停車狀態下，航向總是不變的，因此Shin和Groves分別提出了零航向角速度積分（ZIHR）和零角速度修正（ZARU）來控制航向漂移。ZIHR是ZARU的集成工藝，對陀螺噪聲的抑制效果更好。

NHC/里程表：非完整性約束（NHC）假設車輛在橫向和垂直方向上沒有速度，即車輛不會跳躍和側滑，從而在車輛系統中形成兩個“虛擬”速度測量值，這是車輛運行期間導航輔助的重要信息源。在輪式地面車輛的應用中，里程表（車輪編碼器）是一個自主傳感器，它通過檢測車輪的轉數來輸出車輪在地面上的行駛距離。

地圖應用流程：首先建立電子地圖數據庫，對路網進行編碼。其次，地圖匹配可以分為模擬導航和真實導航。地圖匹配算法將通過其他定位方法（如GPS、導航估計等）測量的車輛位置或行駛軌跡進行比較和匹配。）用車載電子地圖的道路數據，找到車輛所在的道路，計算出車輛在道路上的位置，然后修正其他定位方法的誤差。真正的導航用GPS，檢查和不斷修正模擬導航，可以結合起來完成真正的導航。最后根據定位信息和地圖數據庫，通過算法獲取引導碼，通過智能播報完成導航功能。導頻碼的算法思想是:考慮現實中有多少種情況，然后分別編碼；當實際遇到這種情況時，根據GPS定位信息，我們可以做出智能決策以供參考。

地圖匹配技術：地圖匹配是車輛導航系統中校正定位誤差的常用方法。其基本原理是將定位設備輸出的車輛位置或軌跡與導航電子地圖中的道路數據進行比較，找到車輛當前行駛的路段以及車輛在該路段上最可能的位置。在車輛導航系統中，地圖匹配技術是實現路徑引導功能的先決條件，因為只有做好地圖匹配才能準確獲取車輛所在路段的信息、車輛行駛距離的信息以及車輛前方路口的信息，這是準確獲取路徑引導指令的基礎。

有三種主要類型的地圖匹配方法，即點對點匹配、點至曲線匹配和曲線至曲線匹配。由于地圖匹配算法中考慮的匹配因素不同，不同地圖匹配算法的精度和穩定性也不同。

車載導航系統主要由主控計算機、液晶顯示器、語音報警器、遙控器、綜合導航處理器、GPS傳感器、速率陀螺儀和光驅組成。根據用戶的需要，主控計算機可以是通用計算機或專用處理器。

無線數據通信系統：無線數據通信系統是指采用無線通信技術的車載計算機系統。隨著計算機和網絡技術在汽車上的應用，一個新的計算機市場——無線數據通信系統正在形成。

無線數據通信系統是無線通信技術、衛星導航系統、網絡通信技術和車載計算機的產物，被認為是未來汽車技術的明星。當汽車在行駛過程中發生故障時，它通過無線通信連接到服務中心進行遠程車輛診斷。發動機內置的計算機記錄汽車主要部件的狀態，并隨時為維修人員提供準確的故障位置和原因。通過終端接收信息并查看交通地圖、道路介紹、交通信息、安全和公共秩序服務以及娛樂信息服務等。在后座上，您還可以玩電子游戲和應用網絡，包括金融、新聞、電子郵件等。

通過無線數據通信系統提供的服務，用戶不僅可以了解交通信息、停車場附近的停車位并確認當前位置，還可以與家庭網絡服務器連接以隨時了解家電的運行、安全和客人來訪情況。也就是說，集成上述所有功能的車載計算機系統稱為無線數據通信系統。

無線數據通信系統：無線數據通信系統的應用領域基本可分為三個子系統:前排座椅系統、后排座椅系統和發動機機械系統。

前排座椅系統主要考慮安全性、車輛安全性、駕駛簡單性和舒適性，為了避免分散駕駛員的注意力，輸入系統主要采用語音輸入或觸摸面板；輸出系統是投射在擋風玻璃上的中型面板（LCD或有機發光二極管）、語音輸出或平視顯示屏。

后座系統主要側重于多媒體娛樂，包括互動游戲、高傳真視聽系統、視頻點播、數字廣播和數字電視。發動機機械系統主要用于根據車載電腦采集的車況信息診斷車況、優化駕駛效率、調節遠程發動機或儲備零部件。

目前，無線數據通信系統主要用于車載系統，根據使用目的可分為三種基本類型:交通信息和導航服務、用于安全駕駛和車輛保護及故障診斷的車輛維護服務以及娛樂和通信服務。為了實現上述功能，還必須提供全球定位系統技術、地理信息系統（GIS）和智能交通系統（ITS）技術。值得一提的是，無線數據通信系統已逐漸演變為集成GPS跟蹤設備和無線通信技術的車載系統。

衛星定位系統：衛星定位系統（GNSS）包括GPS系統、北斗導航系統、GLONASS、伽利略等系統。以GPS為例:GPS（全球定位系統）全球導航系統，也稱為全球衛星定位系統。通過24顆定位衛星提供的信號，將三維位置連續傳輸到地面，地面接收到的信息經過中繼設備處理，從而確定傳輸信息的物體的位置。車輛自動導航系統是根據GPS接收機提供的車輛當前位置和用戶輸入的車輛目的地計算出合適的行駛路線，并以適當的方式向駕駛員提供必要的信息，以完成導航和定位工作。

GPS空間：GPS由三部分組成:GPS空間部分、地面監測組和GPS用戶接收機部分。

車載導航

GPS的空間部分最初設計由分布在六個等距軌道上的24顆衛星組成。衛星分布可以確保在任何時候世界任何地方都有不少于4顆衛星進行觀測。24顆衛星中有3顆用作備用。每個軌道平面上有四顆衛星，與地球呈55度角同向運行，空間間隔約為90度。通過測量這些衛星的到達時間，用戶可以用四顆衛星確定四個導航參數:緯度、經度、高度和時間。2011年6月，美國空軍成功擴展了GPS衛星，調整了6顆衛星的位置，并增加了3顆衛星。這使工作衛星的數量增加到27顆，擴大了GPS系統的覆蓋范圍并提高了精確度。截至2018年10月18日，除備用衛星外，在軌工作的衛星共有31顆。地面監控站由一個主控站和四個監控遙控站組成。主控制站位于美國大陸，四個監測站位于大西洋、太平洋和印度洋的儲存島嶼上。

用戶接收機通過接收多顆衛星的信號計算自身位置，從而實現定位導航。GPS接收機可以捕獲根據衛星高度的某個截止角選擇的待測衛星的信號，跟蹤這些衛星的運行，對接收到的GPS信號進行轉換、放大和處理，從而測量GPS信號從衛星到接收機天線的傳播時間，解釋GPS衛星發送的導航電文，并實時計算該站的三維位置，甚至三維速度和時間。

定位過程：GPS結合電子地圖可以實現對城市交通管理、車輛調度管理、公安、銀行車輛、港口和河道船舶的自動引導和監控，應用潛力巨大。根據地形圖制作的矢量電子地圖，需要轉換GPS坐標才能正確匹配。下面將從GPS定位坐標系、WGS-84大地坐標系、地圖投影和平面坐標轉換等方面詳細討論坐標匹配問題。GPS定位過程主要包括以下步驟:首先，確定用戶的宇宙直角坐標系位置，即用戶的X、Y和Z位置。其次，從宇宙直角坐標系到WGS-84大地坐標系的轉換不僅可以找出用戶在WGS-84大地坐標系中的坐標位置，三是坐標投影變換，即將球面坐標變換為平面電子地圖的投影坐標，如高斯-克魯格投影坐標。第四，二維平面相似變換，即通過平移、旋轉和縮放操作，實現其與CPS地圖的配準。以上四個過程都是通過計算機程序實現的。

特性特點：GPS的全球覆蓋率高達98%。GPS系統是全天候的，不容易受到任何天氣的影響。三維定點、定速、定時精度高，不需要站間通信。它具有快速、省時、高效的特點，應用廣泛、多功能、可移動。

電子地圖：導航系統數字地圖產品是與導航應用系統配套使用的終端地圖數據產品。它包含空間位置的地理坐標，并可以與空間定位系統結合，將人或車輛從起點精確地引導到目的地的電子地圖或數據集。自20世紀80年代末以來，一些發達國家開發并產生了多尺度和高精度的導航數據。歐洲、北美和日本已形成成熟的導航數據生產技術，并擁有廣泛的商用導航數據產品，其應用范圍已擴展到多個領域，形成了巨大的市場規模。美國的NAVTECH公司、歐洲的Tele Atlas公司和日本數字道路地圖協會（JDRMA）的相關公司是世界上導航數據產品的主要專業制造商。

導航電子：導航電子地圖的基本內容應包括路網、背景、注釋和索引四大類信息，應支持導航系統的實現:地圖顯示與定位、目的地檢索、路徑規劃、引導與提示。路網信息包括道路信息和節點信息；背景信息包括行政區劃和其他特征；標注信息包括地圖上的重要特征和道路名稱信息；索引信息包括興趣點和地址搜索信息。

道路信息包括道路編號、道路名稱、道路功能等級、道路形狀、道路寬度、道路通行方向、道路交通限制措施等。，和道路幾何線；節點信息包括交叉點類型、道路連接關系、交通限制以及節點幾何形狀是一個點。

車載導航電子地圖的應用模式主要有兩種:一種是GPS單機定位+矢量電子地圖。該系統可根據目標位置（工作時輸入）和車輛當前位置（由GPS測量）自動計算并顯示最佳路線，引導駕駛員以最快的速度到達目的地，并能以多媒體方式提示駕駛員。制作一個矢量地圖數據庫要花很多錢。二是GPS差分定位+矢量電子地圖。該系統利用固定站與移動車船之間的兩種GPS偽距差分技術，可使定位精度達到1~3M。當采用雙向通信方式時，它可以形成車輛和船只的自動導航系統，還可以將移動車輛和船只上的GPS定位結果準確、實時地傳輸到控制中心，并顯示在電子地圖上，以形成交通網絡監控和指揮系統。

語音識別和合成：一般來說，在駕駛過程中實現非手動控制導航系統非常重要，此時語音識別功能非常必要。人類說話的速度是打字的四倍，因此使用語言控制汽車導航系統是安全、快速和有效的。語音合成技術是將文本輸出的信息轉換成機器輸出的語言，以便與人交流。隨著技術的發展，導航系統越來越先進，語音識別和合成技術發展迅速。目前，許多汽車導航系統中的語音系統提示越來越多，但如何優化導航系統中視覺和語音的分布以優化駕駛員的安全性和便利性仍需研究。

輸出裝置：汽車自動導航系統的輸出設備包括顯示屏和語音輸出裝置，克服了駕駛員必須集中精力駕駛而不能在駕駛過程中一直查看顯示屏的問題。一種實用且人性化的汽車自動導航系統利用語音輸出完成轉彎、掉頭等處的語音提醒。，達到提醒駕駛員道路信息的目的。例如，在車輛行駛到根據系統推薦路線應該轉彎的路口前，語音輸出設備會提示駕駛員:“前方300米后請左轉（或右轉）”，這樣駕駛員完全不需要注意屏幕的顯示，也可以根據推薦路線正確、快速地到達目的地。此外，您還可以隨時查看酒店、商店、加油站、修理廠、車站、碼頭、服務區、收費站、醫院、學校等興趣點的位置以及最新的道路信息。你也可以在汽車被搶后停止發動機在指定范圍內運行，并向警方報告汽車的位置。停車后，娛樂設施可以播放DVD、VCD、音樂和廣播節目，使用方便，更加人性化。