車載導航（英文：Vehicle Navigation）是一種搭載在汽車上具有定位導航功能的系統。車載導航產品基本功能包括：靜態信息查詢，地圖匹配靜態路徑規劃與導航。
車載導航系統是把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等綜合在一起的高科技系統。由于車輛導航具有衛星定位系統功能，所以能讓駕駛者在駕駛汽車時隨時隨地知曉自己的確切位置。車載導航還能告訴駕駛者去往目的地的最短或者最快路徑。
車載導航設備在上世紀80年代問世，90年代初期真正進入市場，車載導航系統使用CD-ROM存儲數字地圖，通過GPS定位技術及地圖配技術可實現車輛在電子地圖中的自定位，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、語音誘導及靜態信息查詢等功能。隨著信息技術的發展，車載導航廣泛應用現代無線通信技術及多媒體技術，實現實時動態車載導航功能。2004年以后，各種手持導航設備的出現，如PND、PDA、智能手機等，為車載導航地圖的生存和發展提供了新的機遇。
發展歷程
1921年，美國明尼蘇達州John J. Bovy 申請了一項手持導航工具專利：即可滾動地圖，它可以安裝在汽車上，為行駛的汽車導航。幾年之后，類似的可穿戴地圖概念出現在英國，名為“Plus Four"腕帶路線指示器。在1932年左右，意大利一家公司發布了一款名為“Iter-Auto”的導航系統，這套系統可以整合到汽車儀表盤上，組成一個滾動式地圖，另外該系統還配置汽車連接布線，能夠在汽車駕駛過程中自動顯示當地地圖。
20世紀60年代和70年代，日本人和美國人都比較熱衷于研究車載導航設備。1960年，美國成功發射了全球首顆軌道導航衛星系統，名叫Transit 1B。在隨后幾年時間，還陸續出現其他Transit 衛星，這套系統在1964年開始投入使用。這種太陽能驅動的陣列用于接收無線電信號，為蘋果公司海軍極地潛水艇提供導航支持。它可以幫助船只識別其當前位置，所依靠的就是船只上空的衛星，但是由于當時衛星數量不多，信號經常消失。在Transit 系統取得成功之后，美國海軍研究實驗室在1964年啟動了一個新的衛星項目，名為TIMATION，這套系統基于原子鐘的測距。
1966年通用汽車汽車研究室開發過一種不借助衛星的導航輔助系統，名為“DAIR”。這種載裝置擁有一個服務中心，提供兩種通訊途徑，可以依靠路邊指示燈來獲取有關交通信息的無線電信號更新。嵌入公路上的磁體能夠“激活”有關下一個出口和當前速度限制的語音通知。司機可以依靠附近的路線導航站點來獲得導航信息，同時也會獲得一個打孔卡來充當方向箭頭（向左、向右或直行），從而幫助司機順利到達目的地。這款系統是在經過前期測試后，通用發現它并非一種提供導航服務的可行性途徑。幾十年之后，這個概念再次以OnStar之名重新啟動。
1973年，日本國際貿易產業?。∕ITI）和富士重工共同發起了日本汽車導航系統研究項目CATC（綜合汽車交通控制）。這些研究成果同樣具有兩大特點——高成本，低效率，所以沒有普及的意義。1977年，美國發射NTS-2，它為NAVSTAR GPS的到來做好了鋪墊。當衛星在地球軌道上繞行時，電子設備制造商W Rockwell Collins已開始開發其首款GPS接收器，名為“Generalized Development Model”，這也是首款連接NTS-2衛星的設備，并在1978年前后開始在飛機系統上測試。本田技研工業在1977年開發出了自家汽車導航系統，這家公司開發出了一種成本低且非?？煽康臍怏w軸承陀螺儀來輔助汽車導航。本田汽車導航設備能夠追蹤方向性轉變和慣性導航（依據速度和軌道來決定狀態）。該系統能夠在一個單色CRT顯示器上展示汽車行駛狀態，同時使用一個零起點和透明地圖疊蓋在給定的路線上追蹤汽車的位置。1981年，這套系統作為輔助設備推送給經銷商，但從未進入成批生產。
在1983年以前，GPS衛星被嚴格限制在軍用領域，但是美國總統隆納?威爾森?雷根（Ronald Reagan）當年頒布了一個指令對GPS衛星解禁，開放其民用和商業用途。由于NAVSTAR GPS 在1995年前還無法全部投入使用，因此像福特1983 年開發的Tripmonitor 導航系統還只能依賴于最初的Transit衛星來提供追蹤服務。如果在衛星信號覆蓋范圍內，通過汽車上的后置天線來獲取信號，汽車能夠在400米范圍被定位。如果失去與衛星的聯系，該系統則依賴于定位推算來更新其地理位置。同年，史坦利·霍尼（Stanley Honey）從Nolan Bushnell獲得了一筆天使投資資金，當時他正完成了一個小型航海導航項目。為了尋找汽車路線導航領域的潛在機遇，霍尼創立了ETAK 公司。到了1985年，這家公司擁有了配置向量地圖顯示屏的導航系統，該系統能夠在汽車轉彎的同時自動旋轉，以便讓目的地顯示在地圖上方。此外，這套系統能夠將地圖數據存儲在3.5MB的小型盒式盒式錄音磁帶上。ETAK對其地圖進行了數字化處理，并通過向聯邦快遞 和UPS等公司提供商業數據來獲得新的營收來源。當時，這家公司龐大的數據庫引來很多關注。這家公司隨后被新聞集團收購，后來又轉到索尼旗下，最后被TomTom納入麾下。
1987年，車載導航系統開始使用CD-ROM存儲數字地圖。通過GPS定位技術及地圖配技術可實現車輛在電子地圖中的自定位，并顯示在電子地圖上。之后車載導航在之前導航系統基礎上增加了路徑規劃與導航、語音誘導及靜態信息查詢等功能。90年代初期，車載導航真正進入市場。1996年，通用推出OneStar，這項服務能夠提供基于手機的通訊連接，以獲取OnStar客服中心幫助，并通過GPS追蹤汽車位置。這項服務可用于緊急情況。但同時，OnStar還向高端用戶提供語音路線規劃導航，幫助后者尋找酒店和餐廳。同年，美國總統威廉·克林頓建立了跨部門的GPS執行委員會。到了2000年前后，美國政府最終停止GPS選擇性使用限制，將準確的全球定位數據開放，用于全球范圍內的民用和商業使用者。
2000年以后，出現的HDD存儲技術和2003年以后出現的大容量SD卡存儲技術解決了CD和DVD不能多次再寫的問題?；贖DD和SD存儲的車載導航地圖服務稱為可擦寫式服務。使用HDD技術的系統標榜提供更大的存儲空間，并很快從10GB增加至80GB。像松下電器Strada .cnNVD905U等系統不光提供了觸摸顯示屏導航工具，還能夠支持車載娛樂系統，并全部集成在一個便利包中。隨著移動手機功能的不斷增加，TomTom等公司決定開發手機導航應用。2002年，這家公司推出了針對PDAs的導航儀，并配置一個底座和GPS接收器來幫助地理位置定位。2004年，TomTom公司決定將這項技術融入到一種名為TomTom Go的便攜式獨立裝置上。TomTom Go能夠預加載地圖，可以突出顯示興趣點，提供語音指示路線，通常使用的是名人聲音作為播報語音。
2004年以后，各種手持導航設備的出現，如PND、PDA、智能手機等，為車載導航地圖的生存和發展提供了新的機遇。車載導航地圖不止是汽車的專屬，而逐漸成為消費電子的標配。車載導航地圖數據經過適當的內容裁剪和容量處理后, 就可以為手持導航設備所使用。車載導航地圖的使用面和使用量迅速擴大, 促使車載導航地圖成本迅速下降, 推進了車載市場的發展。2007年，愛信AW有限公司、Zenrin有限公司、電裝公司和豐田汽車共同開發了世界上第一項向汽車導航系統自動提供差異地圖數據的技術。其被命名為“Map on Demand”，并將作為豐田G-BOOK遠程信息處理服務的一項新功能，從2007年春季開始向日本駕駛員提供。Map on Demand提供日本所有高速公路和收費公路的最新數據，以及用戶注冊住所附近的道路和用戶指定目的地附近道路的數據。 數據通過手機網絡傳輸，并利用互聯網下載為系統提供數據。
2013年，先鋒推出了自家NavGate系統，這款系統能夠提供一定程度的虛擬現實導航功能，在汽車遮陽擋的位置設置了一個大尺寸半透明投影屏用于投影駕駛員視野內的疊加圖像。這樣的設計有效避免了車外光線對投影儀的影響，能在駕駛員視野內疊加高亮度高對比度圖像。
2018年歐盟強制新車配備手機連接系統（eCall system）大量汽車具備了互聯網功能。在導航方面，這推動了無線地圖數據更（OTA），額外覆蓋范圍的地圖只要按需下載。日本利用車載導航系統VICS（VehicleInformation and Communication System），已經實現了幾乎全部城市道路的信息實時發布，車載導航系統會根據道路信息實時調整行駛路線。隨著電子地圖精度提高，表達內容也更加豐富，將交通詳細地物，如紅綠燈位置、人行橫道和緩沖帶等，在高精度導航地圖中都可以被識別和表達，車載導航為自動駕駛提供更好的輔助，提升自動駕駛的安全程度。
功能
車載導航產品基本功能包括：信息查詢與傳輸，地圖匹配靜態路徑規劃與動態定位導航。
信息查詢與傳輸：通過多媒體技術，用戶可以根據個人需要查詢實時路況、旅行和生活等實用信息，無線通信技術為個性化服務的提供了較全面的拓展。車載導航集成辦公、娛樂功能，實現了駕駛者安全駕駛過程中自由接收電子郵件、打電話撥號、查詢特殊目的地、接收交通和氣候信息以及改選音樂唱片等功能。車載導航還具有將定位信息傳輸到GPS持有人手里或者報警中心的功能，在這里稱之為第三方。因此，GPS系統具有GSM網絡通訊的功能，即利用GSM網絡通過短信將相關定位信息傳輸到第三方。再通過微機對短信進行解讀，從而在電子視頻上顯示出車輛的地理位置信息。
地圖匹配靜態路徑規劃：輸入所去目的地地名或其他相關的信息后，汽車導航主機從GPS接收機得到經過計算確定的當前經緯度，通過與電子地圖數據的對比，就可以隨時確定車輛當前所在的地點。自動算出一條最合適的行駛路線。當然用戶也可用其他選項進行最優路徑搜索。此外，還可以通過技術手段實現監控、求助救援、交通路網調控等功能，充分發揮了交通基礎設施效能。
動態定位導航：通過衛星定位技術和地圖匹配技術，車載導航可以對車輛自定位，實時路況信息接收，及時顯示汽車在預先制定的電子地圖中的位置、行駛速度以及與目的地距離。車載導航還支持自動語音導航功能。目前車載導航系統實現了幾乎全部城市道路的信息實時發布，車載導航系統會根據道路信息實時調整行駛路線。
導航分類
按功能分類
車載導航系統按不同標準有不同的分類。從實現導航功能的角度主要分為兩類：一類是自主式車載導航系統，其車輛定位與導航功能均由車載終端完成，另一類是中心決定式車載導航系統，其部分導航功能需要由控制信息中心來完成。
自主式車載導航
自主式動態車載導航系統又可以稱為車載終端決定式的動態導航系統。該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。
自主式動態車載導航系統包含三個子系統控制信息中心子系統，車載導航子系統，無線通信子系統?？刂菩畔⒅行淖酉到y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）、實時路況信息中心、應用服務器、中心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載導航子系統和控制信息中心提供數據傳輸的無線通道，實現控制信息中心與車載導航子系統間的信息交互。一般采用無線通信網絡、路側紅外信標、無線電信標等方式，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。
中心決定式車載導航
中心決定式動態車載導航系統根據實時交通信息，對基于系統整體的多車輛進行路徑規劃，計算出每一個可能的起止點的最優或準最優路線供用戶使用。中心決定式動態車載導航系統在結構組成上基本與自主式動態車載導航系統類似，功能實現區別主要體現在控制信息中心子系統和車載導航子系統：
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。主要提供接收目標車輛的定位信息、對路況信息數據進行融合、判斷并發布實時交通信息、預測各路段行程時間計算可能起止點的規劃路徑、進行平衡交通分配以及向一個或多個車輛提供引導和咨詢的服務。
車載導航子系統
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車定位，傳送自車定位信息至控制信息中心，然后接收控制信息中心傳送的實時交通信息和滿足用戶需求的動態路線數據，然后實現行車導航，其本身不具備路徑規劃功能。
按硬件平臺分類
根據采用的硬件平臺不同，可分CAR-PC車載導航系統、DVD汽車導航儀、基于掌上電腦的車載導航儀及其他形式的導航儀等。
CAR-PC車載導航系統
在1998年1月，美國消費者電子產品展示會上展出了首臺CAR-PC系統。它安裝在一臺名為超豪華概念車Else的儀表板上，是屬于開放式結構的轎車微機平臺，使用微軟Windows CE操作系統。從功能上看，它實現了較全面的功能集成。它集轎車音響功能、計算機功能、導航功能、語音識別式無線通訊系統功能等于一體，并以轎車技術為核心，為轎車提供了信息和娛樂設施，實現了駕駛者安全駕駛過程中自由接收電子郵件、打電話撥號、查詢特殊目的地、接收交通和氣候信息以及改選音樂唱片等功能。
CD-ROM/DVD汽車導航儀
CD-ROM/DVD汽車導航儀需要預先加裝到汽車上的導航儀。并且一旦安裝到汽車上后就無法拆下來，也不能移到別的汽車上使用。這類汽車導航儀需要使用經過屏蔽（防磁）處理的高價電纜線，以防止其電磁波對于其他的車載設備產生影響。
基于掌上電腦的汽車導航儀
無線通信技術較全面得拓展了個性化服務。由于掌上電腦在成本上的優勢，和掌上電腦操作平臺的開放易用性，都使得掌上電腦汽車導航儀成為了市場上廣泛應用的一種車載導航系統。
應用技術
定位
定位方法
車載導航由MCU組合導航計算模塊、GNSS模塊以及經MCU組合導航計算模塊計算獲得定位輸出，并由車輪輪速脈沖計數器和GNSS模塊共同組合輸入至MCU組合導航計算模塊。
定位方法包括讀取車輪輪速脈沖數，獲得輪速脈沖輸入；利用輪速脈沖數遞推計算位置，判斷是否讀入GNSS數據，以讀入GNSS數據作為條件，讀入可靠的GNSS數據；獲得定位輸出及誤差修正等步驟。降低系統使用成本，提高定位可靠有效性，可得到與原來INS/GNSS組合同樣效果，可靠性更好，減少了INS模塊，有效地降低成本。同時在其他車載導航系統，包括里程計模塊、所述慣性測量單元模塊和所述地圖匹配模塊均通過RS?232串口調試軟件或USB接口與導航計算機進行連接。
定位流程分析
車載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四部分構成；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與控制系統連接的接口電路；數據融合與控制系統包括處理器及接口，處理器中集成有卡爾曼濾波模塊。這種方法通過研發一種基于GIS技術的實時、穩定、高精度北斗二代與GP/INS組合車載導航定位系統，實現車載北斗二代和GPS導航定位終端的兼容使用并且與INS組合，用戶既能接受到北斗二代信號，又能接受GPS信號，兼容使用，互相自動切換，提高了導航定位的精和可靠性。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應用領域也將會進一步擴展，在應用中積累相關的經驗。
定位誤差分析
GPS定位誤差主要包括：結構因素導致的誤差、衛星排列狀態導致的誤差及SA政策導致的誤差等三種類型誤差。為提高定位精度，普遍采用差分GPS(DGPS)技術，建立基準站(差分臺)進行GPS觀測，利用已知的基準站精確坐標，與觀測值進行比較，從而得出一修正數，并對外發布。接收機收到該修正數后，與自身的觀測值進行比較，消去大部分誤差，得到一個比較準確的位置。實驗表明，利用差分GPS，定位精度可提高到5米。
結構因素導致的誤差包括：衛星產生的誤差、大氣層電波延遲誤差和接收機產生的誤差。衛星排列狀態引起的誤差可用衛星與接收機相對幾何位置定義的各種精度因子（Dilution of Precision，DOP）描述。SA （Selective Availability）是美國政府提出的人為降低民用GPS精度的一項政策，主要通過調衛星星歷表與衛星時鐘資料，產生衛星與接收機之間的距離誤差。SA政策執行時，民用GPS定位誤差在100米以上，車輛導航領域主要采用差分GPS定位手段。2000年美國克林頓政府取消了SA政策，同時也解除了GPS的SA誤差。
導航
路徑規劃
無論是距離最短路徑計算、行駛時間最短路徑計算、擁擠度最小路徑計算、行駛舒適度最優路徑計算、行駛轉彎最優計算，其采用的核心算法都是最短路徑算法。因此路徑規劃就是利用最短路徑算法在電子地圖路網中求解用戶需要的最佳行駛路線的過程。
在車輛導航系統中使用的最短路徑算法可分為兩類：一類應用在車輛導航系統中心端，該類算法根據用戶申請向其分配動態最優路徑，由于計算量很大，中心端一般采用高端計算機或者并行計算機機群來提高計算速度；另一類算法應用在車輛導航終端，為了確保導航系統實時性，系統對該類算法的計算速度要求很高，因此一般采用分層搜索、分區搜索等方法提高算法計算效率。
路徑引導
慣導/車體速度組合
根據車輛行駛特性，它的行駛軌跡約束在地面上，且主要沿縱軸方向運動，行車過程中，也可能存在偶爾停車?？梢曰谶@樣的運動學特性，提取有效信息來輔助慣導。目前已經提出的方法包括非完整性約束（Non-holonomic constraints，NHC）、零速校正（Zero-velocity updates，ZUPT）、零角速率校正（Zero Angular Rate Update，ZARU）、零航向角速率積分（Zero Integrated Heading Rate，ZIHR）以及高度約束。
ZUPT/ZIHR
ZUPT技術已經有較長歷史，可以追溯到上世紀60-70年代，美國炮兵部隊測地中使用的定位定向系統（Position and Azimuth Determination System，PADS）。在ZUPT有效時，系統有一個已知的零速作為觀測，用于和慣導的速度組合，降低定位誤差速率，并約束速度、姿態誤差狀態。原理上，ZUPT相當于靜態條件下慣導自對準，有利于慣導姿態誤差估計。高精度慣導在軍用車載應用中利用ZUPT提高自主導航能力，在GNSS出現之前的測繪學領域也利用ZUPT提高移動測繪作業精度，此時一般要求間隔一定時間（2-5分鐘）進行一次ZUPT，通常持續20-60s。面向大眾的汽車應用中，一般不做停車要求，而是檢測隨機產生的停車過程，從而執行ZUPT。停車狀態中，往往航向不變，因此Shin和Groves分別提出零航向速率積分（ZIHR）和零角速率校正（ZARU）方案控制航向漂移。ZIHR為ZARU的積分過程，對陀螺噪聲抑制效果更好。
NHC/里程計（OD）
非完整性約束（NHC）假設車輛在側向和垂向方向沒有速度，也就是車輛不會產生蹦跳和側滑，從而在車體系形成兩個“虛擬”速度量測，是車輛運行過程中一個重要的導航輔助信息源。輪式地面車輛應用中，里程計（輪式編碼器）是一種自主傳感器，通過檢測車輪轉動圈數，輸出車輪地面運行距離。
地圖
地圖應用流程
首先建立電子地圖數據庫并對道路網進行編碼。其次進行地圖匹配，分模擬導航和真實導航兩種。地圖匹配算法將其他定位方法(如 GPS、推測航法等)測得的車輛位置或行駛軌跡，與車載的電子地圖道路數據相比較、匹配， 找到車輛所在的道路，計算出車輛在道路上的位置，進而校正其他定位手段的誤差。利用了GPS真實導航，再加上模擬導航的核對和不斷修正， 相互結合才能完成真正的導航。最后根據定位信息和地圖數據庫，通過算法得到導引碼，進行智能播音完成導航功能。 導引碼的算法思路是：考慮現實中多少情況，然后分別給其編碼表示；當實際遇到這種情況， 根據GPS定位信息，就可以智能化作出決策供人參考。
地圖匹配技術
地圖匹配（Map Matching，MM）是車輛導航系統中常用的定位誤差修正方法,其基本原理是將定位設備輸出的車輛位置或行駛軌跡與導航電子地圖中道路數據相比較，尋找當前車輛行駛的路段以及車輛在該路段上的最可能位置。在車輛導航系統中，地圖匹配技術是實現路徑引導功能的前提條件，因為只有做好地圖匹配才能準確獲得車輛所在路段信息、車輛行駛距離信息、車輛前方交叉口信息等，這些信息是準確獲得路徑引導指令的基礎。
地圖匹配方法歸納起來主要有三種類型，即：點到點匹配，點到曲線匹配和曲線到曲線匹配。由于在地圖匹配算法中考慮的匹配因素不同，因此不同地圖匹配算法的精度和穩定性也不同。
基本組成
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、組合導航處理器、GPS傳感器、速率陀螺儀、光驅等組成。主控計算機視用戶需求不同，可以是通用計算機，也可以是專用處理器。
無線數據通訊系統
無線數據通信系統就是指應用無線通信技術的車載電腦系統。隨著電腦和網絡技術應用到汽車上，正在形成新的稱之為無線數據通信系統的電腦市場。
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電腦綜合的產物，被認為是未來的汽車技術之星。汽車在行駛過程中出現故障時，通過無線通信連接服務中心進行遠程車輛診斷，內置在發動機上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。通過終端機接收信息并查看交通地圖、路況介紹、交通信息、安全與治安服務以及娛樂信息服務等，在后座還可以玩電子游戲、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、臨近停車場的車位狀況，確認當前位置，還可以與家里的網絡服務器連接，及時了解家中的電器運轉情況、安全情況與客人來訪情況。也就是說，綜合上述所有功能的車載計算機系統稱為無線數據通信系統。
組成
無線數據通信系統的應用領域基本上可分為前座系統、后座系統與引擎機械系統三大子系統。
前座系統主要以安全、車輛保全、駕駛簡易性與舒適性為主要考量，而為了避免造成駕駛者分心，輸入系統主要采用語音輸入或觸控面板；輸出系統則為中尺寸面板（LCD或OLED）、語音輸出或投射在擋風玻璃的抬頭顯示屏等。
后座系統則以多媒體娛樂為主，包括互動式游戲、高傳真音響視聽系統、隨選視訊、數位廣播與數位電視等。
引擎機械系統主要是根據車用電腦所收集的車況資訊進行車況診斷、行車效率最佳化、遠距離引擎調整或零件預訂等。
應用類型
無線數據通信系統目前主要應用在車載系統，根據使用目的可分為三種基本類型：交通信息與導航服務、安全駕駛與車輛保護及故障診斷的車輛維護服務、娛樂及通信服務。為實現上述功能，同時也需要提供全球定位系統技術、地理信息系統（geographic information system，GIS）、智能型交通系統（intelligent transport systems，ITS）技術。值得一提的是無線數據通信系統逐漸演變為綜合了全球衛星定位系統的跟蹤裝置和無線通信等技術的車載系統。
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·伽利萊等系統。以GPS為例：GPS（Global Positioning System）全球導航系統，也稱全球衛星定位系統。通過24顆定位衛星提供的信號，不斷對地面發射并提供三維位置、地面接收到這些信息后經中轉設備處理，從而判定發射信息的物體所處方位。車輛自動導航系統，就是根據GPS接收機提供的車輛當前位置和用戶輸入的車輛目的地，參照電子地圖計算合適的行駛路線并在行駛中以適當的方式給駕駛員提供必要的信息等程序來完成導航定位工作的。
組成
GPS由三部分組成：GPS空間部分、地基監控組和GPS用戶接收機部分。
GPS空間部分原本設計由24顆分布在6個等間隔軌道上的衛星組成。衛星分布可保證全球任何地區、任何時刻都不少于4顆衛星供觀測。24顆衛星中3顆作為備份。每個軌道平面上有4顆衛星，它們按與地球成55°的相同方向運行，空間間隔約為90°。通過測量這些衛星到達的時間，用戶可以用4顆衛星確定4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GPS衛星，整調6顆衛星的位置，并加入多3顆衛星。這使工作衛星的數目增加至27顆，擴大了GPS系統的覆蓋范圍，并提高了準確度。截至2018年10月18日，在軌的工作衛星共有31顆，不包括備用衛星。
地基監控站由一個主控站和四個監察遠控站組成。主控站設置在美國大陸，四個監控站分別設在大西洋、太平洋和印度洋儲島嶼上。
用戶接收機通過接收多顆衛星的信號來解算出自身的位置，以實現定位和導航。GPS接收機可以捕獲到按一定衛星高度截止角所選擇的待測衛星的信號，并跟蹤這些衛星的運行，對所接收到的GPS信號進行變換、放大和處理，以便測量出GPS信號從衛星到接收機天線的傳播時間，解譯出GPS衛星所發送的導航電文，實時地計算出測站的三維位置，甚至三維速度和時間。
定位過程
GPS結合電子地圖能夠實現城市交通管理、車輛調度管理，公安、銀行車輛，港口、河流船舶的自動導引與監控，具有巨大的應用潛力。根據地形圖制作而成的向量電子地圖，GPS坐標還需經過坐標轉換才能正確與之匹配。下面將從GPS定位坐標系、WGS-84大地坐標、地圖投影、平面坐標變換等幾方面詳細討論坐標匹配問題。GPS定位過程主要有如下幾個步驟：
第一，確定用戶的宇宙直角坐標系位置，即用戶的X、Y、Z位置。
第二，宇宙直角坐標系至WGS-84大地坐標系的轉換，既求出用戶的WGS-84大地坐標位置入、、h。
第三，坐標投影轉換，即將球面坐標入、、h轉換成平面電子地圖投影坐標，如高斯-克呂格投影坐標。
第四，二維平面相似性變換，即經過平移、旋轉、縮放運算，達到其與CPS地圖的配準。上述四個過程全部都是由計算機用程序白動計算獲得。
特點
GPS全球覆蓋率高達98%。GPS系統是全天候，不易受任何天氣的影響，三維定點定速定時高精度，測站間無需進行通訊，具有快速、省時、高效率的特點，應用廣泛、多功、可移動定位。
電子地圖
導航電子地圖產品（digital map production for navigation system）是與導航應用系統配套使用的終端地圖數據產品。其含有空間位置地理坐標，能夠與空間定位系統結合，準確引導人或交通工具從出發地到達目的地的電子地圖或數據集。
在20世紀80年代末期以來一些發達國家開展了多尺度、高精度導航數據的研制和生產。歐洲、北美、日本已經形成了較成熟的導航數據生產技術，并已有覆蓋面較廣的商品化導航數據產品，其應用范圍擴展到諸多領域，形成了巨大的市場規模。美國NAVTECH公司、歐洲Tele Atlas公司、日本數字化道路地圖協會（Japan Digital Road Map Association，JDRMA）中的相關公司是世界上主要導航數據產品專業制造公司。
組成
導航電子地圖的基本內容應包括路網、背景、注記、索引四大類信息，應能夠支持導航系統實現：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結點信息；背景信息包括行政區劃及其他地物要素信息：注記信息包括地圖上的重要地物、道路的名稱信息：索引信息包括POI及地址檢索信息。
道路信息包括道路編號、道路名稱、道路功能等級、道路形態、道路寬度、道路通行方向、道路通行限制等，道路幾何形狀線；結點信息包括交叉口類別、道路連接關系、交通限制，結點幾何形狀為點。
應用模式
車載導航電子地圖的應用模式主要有如下二種：一是GPS單機定位＋向量電子地圖。該系統可根據目標位置（工作時輸入）和槳輪船現位置（由GPS測定）自動計算和顯示最佳路徑，引導司機最快地到達目的地，并可用多媒體方式向駕駛員提示。制作矢量地圖數據庫需要花費較大成本。二是GPS差分定位＋矢量電子地圖。該系統通過固定站與移動車船之間的兩臺GPS偽距差分技術，可使定位精度達到1~3M，當采用雙向通訊方式時，則可構成車船的自動導航系統，又可將移動車船上的GPS定位結果準確實時地傳送到控制中心，并在電子地圖上顯示出來，構成交通網絡監控指揮系統。
輸入輸出設備
語音識別與合成
一般來講，在駕駛過程中實現非手動的控制導航系統是非常重要的，這時候語音識別功能就非常的必要。人類的說話速度是打字速度的四倍，采用語言控制車載導航系統是安全、快速且有效的方式。語音合成技術是通過機器將文本輸出的信息轉換成語言輸出，以便和人進行交流。隨著技術的發展，導航系統也愈來愈先進，在語音識別和合成技術上發展飛速。目前，很多的車載導航系統中語音系統的提示越來越多，但是如何將視覺和語音在導航系統中進行優化分配才能使駕駛者的安全性和方便性得到最優化，仍需研究。
輸出設備
汽車自動導航系統的輸出設備包括顯示屏幕和語音輸出設備，克服了在行駛過程中，駕駛員必須全神貫注于駕駛，不能經常查看顯示屏幕問題，以一個實用而人性化的車輛自動導航系統利用語音輸出方式完成，轉彎、調頭等時刻的語音提醒，達到向駕駛員提示路況信息的目的。比如：車輛按照系統推薦路線行駛到應該轉彎的路口前，語音輸出設備提示駕駛員：“前方300m后請向左（或右）轉”，這樣駕駛員根本不必要關注屏幕的顯示，也可以按照推薦路線正確快捷地到達目的地。此外還可隨時查詢沿途的酒店、商店、加油站、修理廠、車站、碼頭、服務區、收費處、醫院、學校等興趣點位置和最新路況信息，還可在汽車遭遇搶劫后在指定范圍內停止發動機的運行，并把汽車所處的位置報告警察。停車后娛樂設施可進行DVD 、VCD和音樂及廣播臺節目的播放，使用方便且更為人性化。
標準化情況
衛星導航相關的標準主要分為衛星導航信號格式標準、接收設備數據格式標準、接收設備性能要求及測試方法標準。
衛星導航信號格式標準主要為接口控制文件（ICD文件），由各國導航衛星系統研發制定國公布，規定信號載波頻率、數據碼型、星歷、歷書等參數。目前，中國的北斗、美國GPS、俄羅斯GLONASS、歐洲伽利略·伽利萊系統均已公布接口控制文件。
廣泛應用的衛星導航接收設備數據格式標準包括海洋電子設備接口標準NMEA0183、航海無線電技術委員會標準RTCM-SC104、航空無線電技術委員會的RTCA-SC159標準、國際大地測量協會RINEX3.0標準等。
接收設備性能要求及測試方法標準主要采國際電工委員會（IEC）的IEC61108系列標準。在信息通信領域，采用通信網絡輔助的衛星導航方式提高導航定位性能，射頻性能一致性和協議一致性標準主要包括3GPPTS 36.305、TS 36.171、TS 36.355、3GPPTS 37.571 等。空間射頻性能標準由國際標準組織CTIA負責制定，其中AGPS OTA標準在ERP工作組完成，A- GLONASS OTA 標準在A- GNSS工作組完成，A-BDS OTA標準在該標準中暫未涉及，標準版本還在不斷更新中，最新版本為《ctia_ota_test_plan_ver_3_5》。中國JT/T590- 2004《北斗衛星無線電測定業務（RDSS）民用車（船）載 遇險報警終端設備技術要求和使用要求》、JT/T 808- 2011《道路運輸車輛衛星定位系統 終端通訊協議及數 據格式》。
針對車載終端導航定位，主要有俄羅斯的ERA-GLONASS系列標準和歐盟E-Call系列標準。俄羅斯聯邦國家標準：GOST 55534《車內緊急呼叫系統—導航模塊的試驗方法》、GOST R54620-2011《全球衛星導航系統、事故緊急響應系統、應急勤務部門車載呼叫系統通用技術要求》、GOST R51794《全球導航衛星系統—坐標系》等。歐盟標準為：CEN/TS 16454：2012《Intelligent Transport Systems-ESafety-ECall endto endConformanceTesting》。
發展現狀與前景
發展現狀
在導航電子地圖及導航服務領域，伴隨汽車產業智能化、網聯化快速發展，基于主干路網動態信息選擇合理出行路徑、基于位置大數據提升車輛聯網駕乘體驗和行車安全、基于剩余電量及路況信息規劃新能源汽車充電策略等市場需求日益凸顯，基于高精度地圖的強地圖模式正在成為自動駕駛廠商的主流技術方向，導航電子地圖產品能力及服務形態加速向高精度、高精細化、可滿足云端在線實時調用、可快速更新等方向進行演進和升級，導航服務應用終端從前后裝導航車機、智能手機向智能座艙以及更多類型車載智能硬件領域拓展，具有車規級導航電子地圖數據生產資質、具有實時數據采集及更新能力、能夠滿足市場發展需求的企業成為市場關注焦點，商業價值從移動出行向智慧城市管理、新基建建設、人-車-路-環境協同交互等領域延展。（截至2023.10）
發展前景
在市場方面，隨著車載導航系統新車裝配率不斷提升和汽車保有量的增加，人們出行與消費觀念的改變，對道路不熟悉的駕車人數正在迅速增加，安全便捷地到達目的地成為消費者的一個迫切需求。另外，汽車交通安全隱患的排除與處理、現代物流所要求的貨物運送安全與準時、出租與旅游行業的發展、以及政府日常行政管理等各個方面需求，也將促進汽車車載導航系統裝配率的提升。車載導航裝置不再僅是高檔豪華轎車的象征和專用品，而且已擴展到大客車、出租車甚至卡車，就連經濟型車輛也用上車載導航裝置,車載導航信息終端向中低檔車型普及已經成為市場發展的必然趨勢。
在表達內容方面，隨著電子地圖精度提高，表達內容也更加豐富，將交通詳細地物，如紅綠燈位置、人行橫道和緩沖帶等，在高精度導航地圖中都可以被識別和表達，車載導航為自動駕駛提供更好的輔助，提升自動駕駛的安全程度。
在技術應用方面，如果將相關數據處理運行在超高性能計算機系統而不是內置在汽車中的計算機系統上，它們的運行效果會更可靠，因此云計算、邊緣計算、“云邊端三體協同”的架構不斷涌現，地圖服務也逐步向云端遷移。基于目前的管理要求和管理手段，還不能實現高精度地圖的網絡傳輸，數據安全風險需要通過自主可控的手段加以控制，商用密碼技術必參與其中。
參考資料 >
2021車輛導航系統行業市場現狀與未來發展趨勢分析.中研網.2023-09-10
回顧百年車載導航技術發展史.環球科技.2023-10-26
車載導航發展簡史.搜狐.2023-09-10
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汽車導航技術有哪些?車聯網、物聯網、智能交通....物聯網世界網.2023-08-31
全球衛星定位系統簡介(一)——GPS系統(美國).中國教育信息化網.2023-09-10
標準號:GB/T 20267-2006.國家標準全文公開系統.2023-09-10
標準號:GB 20263-2006.國家標準全文公開系統.2023-09-10