基于北斗/3G兼容型車(chē)載終端設(shè)計(jì)

【摘要】本文簡(jiǎn)要介紹了基于北斗/3G兼容的車(chē)載終端的功能和組成，重點(diǎn)介紹車(chē)載終端的設(shè)計(jì)，采用北斗/GPS衛(wèi)星兼容定位技術(shù)、3G/銥星衛(wèi)星通訊、自動(dòng)化控制、圖像采集/壓縮/傳輸?shù)燃夹g(shù)相結(jié)合。安全高效的實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)車(chē)輛定位與監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)對(duì)受控車(chē)輛的監(jiān)控管理。

【關(guān)鍵詞】車(chē)載終端設(shè)計(jì)定位自動(dòng)化

一、引言

位置服務(wù)的目的就是為了給人們提供與位置相關(guān)的信息和服務(wù)。隨著科技的進(jìn)步，人們的生活質(zhì)量越來(lái)越高，人們生活的城市之中，交通工具越來(lái)越多，在一些專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域（交通運(yùn)輸領(lǐng)域、監(jiān)控監(jiān)護(hù)領(lǐng)域）中，人們的工作與位置信息有著很重要的關(guān)系。

國(guó)內(nèi)在車(chē)輛監(jiān)控系統(tǒng)方面的研究開(kāi)始于20世紀(jì)90年代，大都是基于GPS應(yīng)用和移動(dòng)通信技術(shù)，目前，其產(chǎn)品在銀行、公安、交通等部門(mén)得到了比較廣泛的應(yīng)用。車(chē)輛監(jiān)控系統(tǒng)通常由車(chē)載終端、無(wú)線數(shù)據(jù)鏈路和監(jiān)控中心構(gòu)成，車(chē)載終端安裝在受控車(chē)輛上，是系統(tǒng)關(guān)鍵的組成部分。國(guó)內(nèi)車(chē)載終端主要基于GPS設(shè)計(jì)，而北斗與GPS兼容的車(chē)載終端還比較少。

本文簡(jiǎn)要介紹了基于北斗/3G兼容的車(chē)載終端的功能和組成，重點(diǎn)介紹車(chē)載終端的設(shè)計(jì)，采用北斗/GPS衛(wèi)星兼容定位技術(shù)、3G/銥星衛(wèi)星通訊、自動(dòng)化控制、圖像采集/壓縮/傳輸?shù)燃夹g(shù)相結(jié)合。安全高效的實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)車(chē)輛定位與監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)對(duì)受控車(chē)輛的監(jiān)控管理。

二、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

我國(guó)自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是與美國(guó)的GPS、俄羅斯的格洛納斯、歐盟的伽利略系統(tǒng)兼容共用的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，并稱(chēng)全球四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由空間端、地面端和用戶端三部分組成?？臻g端包括5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星。地面端包括主控站、注入站和監(jiān)測(cè)站等若干個(gè)地面站。

在北斗導(dǎo)航民用服務(wù)領(lǐng)域，道路交通管理是北斗衛(wèi)星應(yīng)用的重點(diǎn)領(lǐng)域之一，衛(wèi)星導(dǎo)航將有利于減緩交通阻塞，提升道路交通管理水平。通過(guò)在車(chē)輛上安裝衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)和數(shù)據(jù)發(fā)射機(jī)，車(chē)輛的位置信息就能在幾秒鐘內(nèi)自動(dòng)轉(zhuǎn)發(fā)到中心站。這些位置信息可用于道路交通管理。

三、車(chē)輛監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

車(chē)輛監(jiān)控系統(tǒng)是由北斗/GPS衛(wèi)星、車(chē)載終端、通訊網(wǎng)絡(luò)（GPRS/3G/銥星通信）和監(jiān)控中心組成。車(chē)輛在行駛過(guò)程中車(chē)載終端通過(guò)北斗/GPS兼容衛(wèi)星定位模塊接收衛(wèi)星的定位信息，分析處理把當(dāng)前經(jīng)緯度、速度、航向、連續(xù)行駛時(shí)間、圖像、油耗等信息通過(guò)GPRS/3G模塊或者利用銥星通訊模塊把數(shù)據(jù)按JT/T-808標(biāo)準(zhǔn)上報(bào)給監(jiān)控中心。監(jiān)控中心接收導(dǎo)數(shù)據(jù)后，通過(guò)數(shù)字化的圖數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行車(chē)輛位置匹配，在數(shù)字地圖上顯示目標(biāo)車(chē)輛的位置和運(yùn)行軌跡，同時(shí)進(jìn)行科學(xué)的調(diào)度和管理，從而提高運(yùn)營(yíng)效率。同時(shí)監(jiān)控中心也可以通過(guò)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)下發(fā)指令給車(chē)載終端。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如下圖所示。

四、車(chē)載終端設(shè)計(jì)

北斗/3G的兼容型車(chē)載終端采用多模塊化、組合式優(yōu)化設(shè)計(jì)，各模塊之間的接口采用標(biāo)準(zhǔn)接口，充分利用系統(tǒng)平臺(tái)、移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)、因特網(wǎng)絡(luò)，將汽車(chē)行駛記錄儀、衛(wèi)星定位、衛(wèi)星導(dǎo)航、油耗檢測(cè)功能集于一體，通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)通訊模塊（GPRS、3G、銥星）和北斗/GPS模塊，與監(jiān)控中心進(jìn)行數(shù)據(jù)通信和移動(dòng)位置的定位。終端能夠?qū)崿F(xiàn)定位導(dǎo)航、監(jiān)控跟蹤、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送、油耗檢測(cè)等功能；終端產(chǎn)品采用的北斗/GPS雙模衛(wèi)星定位模塊，可以靈活配置信號(hào)處理通道工作于單GPS模式，或單北斗模式，或GPS/北斗混合模式。

五、車(chē)載終端硬件主要模塊設(shè)計(jì)

車(chē)載終端硬件系統(tǒng)主機(jī)部分、通信部分、定位模塊部分、顯示及打印擴(kuò)展通信接口部分、傳感器接口五部分組成。（1）主機(jī)部分包括處理器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)接口組成；（2）通信部分主要由RS232接口和華為MC323/MU733無(wú)線通信模塊組成及SBD9602銥星通訊模塊組成，用于車(chē)載終端與監(jiān)控中心間的通訊；（3）定位模塊采用北斗/GPS雙定位模塊TD3017A，其主要是對(duì)車(chē)輛進(jìn)行實(shí)時(shí)定位；（4）顯示及打印擴(kuò)展通信接口，可外接調(diào)度屏或手柄；（5）傳感器信號(hào)主要是ACC油路，溫度，車(chē)速，空調(diào)、劫警等信號(hào)。

在MC322（支持雙頻：CDMA2000 1X）/MU733（WCDMA/GSM/GPRS/EDGE）通訊模塊采用標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)RS232串行接口，支持語(yǔ)音、數(shù)據(jù)以及短消息（SMS），并能適應(yīng)較寬的電壓范圍，可使用AT指令對(duì)模塊進(jìn)行控制。

在通信不發(fā)達(dá)的區(qū)域，采用Iridium 9602銥星通訊模塊進(jìn)行緊急通信。該模塊嵌入了銥星SBD9602和SBD協(xié)議，為用戶提供的透明或半透明的數(shù)據(jù)傳輸。利用覆蓋全球的銥星衛(wèi)星短數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)串口與用戶設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。具有支持SBD（短數(shù)據(jù)突發(fā)）方式、支持雙向數(shù)據(jù)傳輸、沒(méi)有盲區(qū)全球覆蓋、傳輸距離覆蓋全球等特點(diǎn)。

終端系統(tǒng)主要使用GPRS短信息通訊方式，車(chē)載設(shè)備數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)格式轉(zhuǎn)換利用GPRS通信模塊的短信息信道傳到監(jiān)控中心，監(jiān)控中心亦通過(guò)GPRS短信息信道向車(chē)輛發(fā)送指揮調(diào)度信令。

監(jiān)控視頻信息采用的是無(wú)線3G網(wǎng)絡(luò)與Internet網(wǎng)絡(luò)完成車(chē)載終端采集的實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控畫(huà)面與監(jiān)控中心的傳輸。車(chē)載終端完成與無(wú)線3G網(wǎng)絡(luò)的媒體信息收發(fā)，再由3G網(wǎng)絡(luò)通過(guò)與其互聯(lián)的Internet網(wǎng)絡(luò)將信息傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。

5.3北斗/GPS衛(wèi)星定位模塊

車(chē)載終端的定位模塊采用的TD3017A，是一款基于TD1010基帶芯片的BD2 B1/GPS L1雙模導(dǎo)航模塊。單板集成雙?；鶐酒碗p模射頻芯片，可同時(shí)接入BD2 B1和GPS L1信號(hào)。模塊定位精度：<5米（CEP，-130dBM）；捕獲靈敏度：-145dBm；跟蹤靈敏度：-159dBm。

北斗/GPS雙定位模塊的主要功能是實(shí)時(shí)接收北斗和GPS導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)，提取原始觀測(cè)量并解調(diào)數(shù)據(jù)，通過(guò)衛(wèi)星電文分析及數(shù)據(jù)處理，完成應(yīng)用系統(tǒng)所要求的各項(xiàng)功能。主要包含三個(gè)功能單元，即RF前端、基帶信號(hào)處理和應(yīng)用處理單元。

RF前端單元包含了從天線到數(shù)字信號(hào)處理器之間的所有部件，其主要功能是將定位衛(wèi)星射頻信號(hào)變換為信號(hào)處理器工作范圍內(nèi)的中頻信號(hào)，盡可能抑制多徑干擾和帶外干擾，同時(shí)將信噪（信號(hào)和噪聲）提高到信號(hào)處理器可工作的電平，并提供一定的信號(hào)變化動(dòng)態(tài)范圍。其中預(yù)放（前置放大器）將直接影響接收信號(hào)的信噪比，一般采用噪聲系數(shù)小、增益高和動(dòng)態(tài)范圍大的放大器。信號(hào)處理單元是GPS/北斗雙定位模塊的核心，主要功能是從多址信號(hào)中分離識(shí)別各衛(wèi)星信號(hào)，對(duì)擴(kuò)頻衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行相關(guān)解擴(kuò)；在恢復(fù)信噪比的基礎(chǔ)上解調(diào)載波，消除頻率偏移（包括多普勒頻移等）的影響，恢復(fù)基帶信號(hào)；最后將相關(guān)解擴(kuò)、解調(diào)處理的歷元時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的碼狀態(tài)、載波及相位狀態(tài)形成原始觀測(cè)量，與定位導(dǎo)航數(shù)據(jù)一起傳送給應(yīng)用處理單元，對(duì)信號(hào)處理模塊提供實(shí)時(shí)控制，并對(duì)其輸出作進(jìn)一步的處理，解算出位置、速度、時(shí)間（PVT）和其他信息以滿足各種應(yīng)用的要求。

六、車(chē)載終端軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)，每個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)一個(gè)功能，縮短了軟件開(kāi)發(fā)的時(shí)間，易于修改和移植，并預(yù)留數(shù)據(jù)接口方便省級(jí)。主要包括初始化模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、人機(jī)交互模塊。其工作流程如下圖所示。

程序工作首先進(jìn)行初始化工作主要完成開(kāi)機(jī)上電后對(duì)衛(wèi)星定位模塊、顯示模塊、通訊模塊等模塊的初始化以及對(duì)串口工作模式、中斷工作模式、波特率等參數(shù)的設(shè)置。

數(shù)據(jù)處理模塊主要針對(duì)各模塊采集的定位、經(jīng)緯度、油耗、圖像、行駛時(shí)間等信息進(jìn)行綜合處理后通過(guò)3G/GPRS或者銥星通信把數(shù)據(jù)定期發(fā)送至監(jiān)控中心。同時(shí)主程序運(yùn)行中還能響應(yīng)人機(jī)輸入模塊的終端請(qǐng)求，以便實(shí)現(xiàn)其他功能。

七、結(jié)語(yǔ)

本文介紹了基于北斗/3G兼容的車(chē)載終端的一種實(shí)現(xiàn)方案，并給出了詳細(xì)的軟硬件組成和實(shí)現(xiàn)，經(jīng)多次測(cè)試及用戶試用后系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，定位準(zhǔn)確、使用效果好。該系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于汽車(chē)租賃、物流運(yùn)輸、醫(yī)療救護(hù)、交通安全監(jiān)管等領(lǐng)域，市場(chǎng)前景極為廣闊。