### GPS与车载导航系统知识点详解
#### 一、GPS系统概述
**1.1 什么是GPS**
GPS（Global Positioning System）即全球定位系统，它是一项由美国陆、海、空军于20世纪70年代联合研发的技术。该系统具备在海洋、陆地和空中进行全面实时三维导航和定位的能力，旨在为海、陆、空三大领域提供全天候的导航服务，同时也被用于情报收集、核爆炸监测以及紧急通信等军事和非军事应用。经过20多年的研发与测试，耗资高达200亿美元，最终于1994年建成并投入运行。自建成以来，GPS系统每天24小时免费向全球提供卫星导航定位信号。
**1.2 GPS系统的组成**
GPS系统主要由三个部分构成：
- **空间星座部分**：由21颗工作卫星加上3颗备用卫星组成。这些卫星位于约20,200千米高的轨道上，运行周期大约为11小时58分钟。24颗卫星均匀分布在六个轨道平面上（每个平面四颗），轨道倾角为55度。这样的配置确保了全球任何地方、任何时候都能观测到至少4颗卫星，从而保证了良好的导航精度。
- **地面监控部分**：包括一个主控站、三个注入站和五个监测站。主控站位于范登堡空军基地，负责整个系统的管理和维护，如收集监测站的数据、计算卫星轨道参数和卫星时钟修正值等。监测站的任务是收集卫星数据并传送给主控站。注入站则负责将最新的导航数据和指令注入卫星。
- **用户设备部分**：由GPS信号接收机硬件和处理软件组成。用户通过GPS接收机接收来自卫星的信号，并通过软件处理这些信号来获取位置、速度、时间等信息，进而实现导航和定位功能。
**1.3 GPS定位原理**
GPS定位的基本原理是基于卫星与接收机之间的距离计算。每颗卫星都会不间断地发送含有身份标识、时间和位置信息的信号。用户接收机接收到这些信号后，可以通过计算得出自己的精确位置。具体而言，利用几何学原理和三个卫星的距离信息可以确定用户的二维位置（经纬度），再结合第四颗卫星的信息可以确定用户的高度，从而实现三维定位。
#### 二、GPS信号与精度提升
**2.1 GPS信号**
GPS卫星发送的信号包括P码（精密码）和C/A码（粗码）。P码仅供美军及其盟友使用，定位精度可达3米；而C/A码对公众开放，定位精度约为14米。为了国家安全考虑，美国曾经实施了SA（选择性可用性）政策，有意降低C/A码的精度至100米左右，并对P码实施了加密（AS政策）。然而，自2000年5月1日起，美国取消了SA政策，使得民用信号的精度大幅提升。
**2.2 提升精度的方法**
尽管GPS系统提供了高精度的位置信息，但在实际应用中，由于卫星轨道误差、大气效应等因素的存在，民用GPS的定位精度仍然有限。为了提高定位精度，通常采用差分GPS（DGPS）技术。这种方法通过设立一个或多个基准站来进行GPS观测，这些基准站的位置是已知的，它们可以测量出与卫星信号之间的偏差，并将这些偏差信息发送给附近的GPS接收机。接收机根据接收到的差分信息校正自己的位置估计，从而显著提高了定位精度。
#### 三、车载导航系统
车载导航系统是基于GPS技术的一种应用形式，它将GPS与地图数据相结合，为驾驶员提供路线指引、实时交通信息等功能。车载导航系统通常包括以下几个组成部分：
- **硬件部分**：主要包括GPS接收机、显示屏幕、存储器和处理器等。
- **软件部分**：包括地图数据库、路径规划算法以及用户界面等。
- **辅助功能**：例如语音导航、实时交通信息更新、紧急呼叫服务等。
随着技术的进步，现代车载导航系统已经非常智能，不仅能够提供基本的路线指引，还可以根据实时交通状况调整路线，避免拥堵，并且支持多种语言和方言的语音播报，极大地提升了驾驶体验和安全性。
GPS与车载导航系统是现代出行不可或缺的重要工具之一。它们不仅为人们提供了准确的位置信息和服务，还在不断进步和发展之中，未来有望提供更多创新功能和更高质量的服务。
