淺析車載GPS新技術(shù)的應(yīng)用

李雅奎

摘 要：汽車工業(yè)已是我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的核心產(chǎn)業(yè)之一，隨著汽車的普及和道路的擴(kuò)展，跨區(qū)間的經(jīng)濟(jì)交往更加頻繁，眾多的商務(wù)、休閑等活動(dòng)讓我們跨出特定的小區(qū)域，從而不認(rèn)識(shí)道路，找不到目的地的情況屢屢發(fā)生，因此，汽車導(dǎo)航系統(tǒng)以合理的價(jià)格進(jìn)入車主的視野，成為車上的基本裝備。

關(guān)鍵詞：全球定位系統(tǒng)GPS ；無線技術(shù)；信號(hào)接收；車輛跟蹤和車輛導(dǎo)航

1 GPS的概念及定位原理

全球定位系統(tǒng)（GPS）是本世紀(jì)70年代由美國陸?？杖娐?lián)合研制的新一代空間衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。全球定位系統(tǒng)由三部分構(gòu)成：（1）地面控制部分，由主控站（負(fù)責(zé)管理、協(xié)調(diào)整個(gè)地面控制系統(tǒng)的工作）、地面天線（在主控站的控制下，向衛(wèi)星注入尋電文）、監(jiān)測站（數(shù)據(jù)自動(dòng)收集中心）和通訊輔助系統(tǒng)（數(shù)據(jù)傳輸）組成；（2）空間部分，由24顆衛(wèi)星組成，分布在6個(gè)道平面上；（3）用戶裝置部分，主要由GPS接收機(jī)和衛(wèi)星天線組成。

24顆GPS衛(wèi)星在離地面1萬2千公里的高空上，以12小時(shí)的周期環(huán)繞地球運(yùn)行，使得在任意時(shí)刻，在地面上的任意一點(diǎn)都可以同時(shí)觀測到4顆以上的衛(wèi)星。由于衛(wèi)星的位置精確可知，在GPS觀測中，我們可得到衛(wèi)星到接收機(jī)的距離，利用三維坐標(biāo)中的距離公式，利用3顆衛(wèi)星，就可以組成3個(gè)方程式，解出觀測點(diǎn)的位置（X，Y，Z）?？紤]到衛(wèi)星的時(shí)鐘與接收機(jī)時(shí)鐘之間的誤差，實(shí)際上有4個(gè)未知數(shù)，X、Y、Z和鐘差，因而需要引入第4顆衛(wèi)星，形成4個(gè)方程式進(jìn)行求解，從而得到觀測點(diǎn)的經(jīng)緯度和高程。 由于衛(wèi)星運(yùn)行軌道、衛(wèi)星時(shí)鐘存在誤差，大氣對流層、電離層對信號(hào)的影響，以及人為的SA保護(hù)政策，使得民用GPS的定位精度只有100米。為提高定位精度，普遍采用差分GPS（DGPS）技術(shù)，建立基準(zhǔn)站（差分臺(tái)）進(jìn)行GPS觀測，利用已知的基準(zhǔn)站精確坐標(biāo)，與觀測值進(jìn)行比較，從而得出一修正數(shù)，并對外發(fā)布。接收機(jī)收到該修正數(shù)后，與自身的觀測值進(jìn)行比較，消去大部分誤差，得到一個(gè)比較準(zhǔn)確的位置。實(shí)驗(yàn)表明，利用差分GPS，定位精度可提高到5米。車用導(dǎo)航系統(tǒng)主要由導(dǎo)航主機(jī)和導(dǎo)航顯示終端兩部分構(gòu)成。內(nèi)置的GPS天線會(huì)接收到來自環(huán)繞地球的24顆GPS衛(wèi)星中的至少3顆所傳遞的數(shù)據(jù)信息，由此測定汽車當(dāng)前所處的位置。導(dǎo)航主機(jī)通過GPS衛(wèi)星信號(hào)確定的位置坐標(biāo)與電子地圖數(shù)據(jù)相匹配，便可確定汽車在電子地圖中的準(zhǔn)確位置。在此基礎(chǔ)上，將會(huì)實(shí)現(xiàn)行車導(dǎo)航、路線推薦、信息查詢、播放AV/TV等多種功能。駕駛者只須通過觀看顯示器上的畫面、收聽語音提示，操縱手中的遙控器即可實(shí)現(xiàn)上述功能，從而輕松自如地駕車。

4 車載衛(wèi)星系統(tǒng)的四大要素

4.1 衛(wèi)星信號(hào)

汽車衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)需要依靠全球定位系統(tǒng)（GPS）來確定汽車的位置。最基本的，GPS需要知道汽車的經(jīng)度和緯度。在某些特殊情況下，GPS還要知道海拔高度才能準(zhǔn)確定位。有了這三組數(shù)據(jù)，GPS定位的準(zhǔn)確性經(jīng)常就可以達(dá)到2～3米。因?yàn)镚PS需要汽車導(dǎo)航系統(tǒng)在同步衛(wèi)星的直接視線之內(nèi)才能工作。

4.2 信號(hào)接收

GPS系統(tǒng)的工作原理是解析從同步衛(wèi)星那里接收到的信號(hào)。投影在豎直的平面上，這些信號(hào)可以形象地表示為一個(gè)個(gè)的倒漏斗形。當(dāng)這些“漏斗”的下半部分有一定的重疊時(shí)，GPS的解析程序就能夠計(jì)算出汽車所在位置的坐標(biāo)。在汽車行駛的過程中，一個(gè)類似于飛機(jī)或輪船導(dǎo)航用的陀螺儀的裝置，可以連續(xù)地提供汽車的位置。但衛(wèi)星信號(hào)有所間斷時(shí)，計(jì)速器所提供的數(shù)據(jù)就用來填補(bǔ)其中的空白，并用來記載行駛時(shí)間。

4.3 信號(hào)處理

GPS接收到的信號(hào)和計(jì)速裝置所提供的信息，要通過接收器，提供給汽車導(dǎo)航系統(tǒng)，并由軟件系統(tǒng)分析處理，重疊在存儲(chǔ)的地圖之上。

4.4 地圖數(shù)據(jù)庫

當(dāng)GPS提供的坐標(biāo)信息重疊到電子地圖上時(shí)，駕車人就可以看出自己目前的位置以及未來的方向了。這最后一個(gè)環(huán)節(jié)叫做成圖，也是車載導(dǎo)航系統(tǒng)中最重要的一環(huán)。離開了成圖，導(dǎo)航系統(tǒng)就等于是沒有了方向。

5 車載導(dǎo)航系統(tǒng)最新技術(shù)

在車載導(dǎo)航方面，國內(nèi)部分廠商和研究單位推出了部分相應(yīng)的系統(tǒng)，但技術(shù)簡單，GPS定位不太精確，MEMS陀螺儀存在誤差問題，且成本高，因此無法在導(dǎo)航系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。南航的“車輛定位系統(tǒng)在智能交通上的研究與開發(fā)”課題的開展，更新了實(shí)用的車載組合導(dǎo)航系統(tǒng)的研究。且原理樣機(jī)已完成，進(jìn)行了實(shí)際實(shí)驗(yàn)。目前正在向降低系統(tǒng)成本，增加系統(tǒng)可靠性和更好的解決陀螺儀零漂問題提高精度方面努力。

盡管GPS車載導(dǎo)航系統(tǒng)仍處于市場開始階段，但它巨大的市場潛力和不可估量的發(fā)展前景，已使國內(nèi)知名汽車廠家，如一汽、二汽、上海大眾與通用等均有在豪華轎車或普通轎車上加裝GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的計(jì)劃和打算。我國車載導(dǎo)航市場具有三大特點(diǎn)：（1）市場逐步形成，產(chǎn)品陸續(xù)上市；（2）運(yùn)用高新科技，功能不斷增強(qiáng)；（3）圍繞導(dǎo)航功能，在信息服務(wù)上下功夫。

另外，中國的北斗系統(tǒng)也成果顯著，生產(chǎn)的車載北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的產(chǎn)品結(jié)合了當(dāng)前高端的軟硬件技術(shù)、芯片組方案融合了北斗導(dǎo)航、GPS導(dǎo)航兩大系統(tǒng)，經(jīng)過實(shí)際測試，眾鴻科技自主研發(fā)的產(chǎn)品相比較傳統(tǒng)產(chǎn)品有著性能更穩(wěn)定、定位更精確、操作更便捷、反應(yīng)時(shí)間更迅速等優(yōu)勢，適合為車主提供更可靠、更安全、更高效的全天候、全方位的服務(wù)。眾鴻科技基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航車載導(dǎo)航產(chǎn)品的發(fā)布具有重大的意義，顯示北斗衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)品開始進(jìn)入民用市場，極大程度上促進(jìn)了北斗導(dǎo)航、車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用。