車載輔助定位系統(tǒng)

文四川省德陽中學(xué) 郭語

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)車載終端在車輛經(jīng)過隧道、城市高樓間、立交橋下等道路時(shí)，由于建筑物遮擋產(chǎn)生較大的陰影，常接收不到衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)，影響正常定位。為解決此問題，運(yùn)營(yíng)商提供了基站定位服務(wù)。但基站定位精度較低，一般有500米至2000米的誤差。

針對(duì)上述問題，我設(shè)計(jì)了一種車載輔助定位系統(tǒng)。

一、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

車載輔助定位系統(tǒng)由接收機(jī)、發(fā)射機(jī)、高精度時(shí)間測(cè)量芯片、處理器、蓄電池等構(gòu)成（因條件限制，暫用超聲波代替電磁波定位）。圖1左端為位于衛(wèi)星信號(hào)盲區(qū)的車載定位終端，右端為基準(zhǔn)站。車載定位終端和基準(zhǔn)站都配有收發(fā)信機(jī)和時(shí)間測(cè)量芯片。

當(dāng)車載導(dǎo)航終端無法接收到衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)時(shí)，假定在該終端附近有多個(gè)基準(zhǔn)站，其位置已知，基準(zhǔn)站配置了收發(fā)信機(jī)，可與車載定位終端進(jìn)行信息交互。車載輔助定位系統(tǒng)框圖如圖1所示。

二、工作流程

大多數(shù)的無源BDS用戶端系統(tǒng)主要由接收機(jī)、發(fā)射機(jī)、高精度時(shí)間測(cè)量芯片、處理器構(gòu)成。

圖1 車載輔助定位系統(tǒng)

無法接收衛(wèi)星信號(hào)的用戶端A開啟本系統(tǒng)后，發(fā)射機(jī)即發(fā)射一個(gè)帶有特殊碼的信號(hào)，高精度時(shí)間測(cè)量芯片A開始計(jì)時(shí)。能夠定位的B端接收機(jī)接收到信號(hào)后進(jìn)行解碼，高精度時(shí)間測(cè)量芯片B記錄處理時(shí)間，并從自帶的導(dǎo)航系統(tǒng)中提取位置信息與處理時(shí)間，通過發(fā)射機(jī)B發(fā)射出去。A端接收到信號(hào)，高精度時(shí)間測(cè)量芯片A測(cè)出所用時(shí)間后進(jìn)行解碼，通過計(jì)算距離完成一次系統(tǒng)間的交流。經(jīng)過三次及以上的交流，處理器解出方程組，結(jié)合另外三個(gè)已知位置與測(cè)得的相對(duì)位置，在地圖上標(biāo)出用戶端A的位置，完成定位。

系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)部分采用多個(gè)頻段。根據(jù)相應(yīng)的地形，給不同頻段的波所測(cè)得的數(shù)據(jù)乘以權(quán)重（需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，收集數(shù)據(jù)），提高位置的準(zhǔn)確度。車輛的蓄電池為系統(tǒng)供電，也可配備獨(dú)立的蓄電池。當(dāng)附近有三個(gè)以上可用位置信息時(shí)，利用兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差甄別，判斷該結(jié)果的可信度。若可信度不高，則重新測(cè)距。

三、減少多徑對(duì)定位誤差的影響

如果是在高樓林立、障礙眾多的城市或隧道中，電磁波遇到建筑物會(huì)發(fā)生反射、衍射等，從而使接收機(jī)收到多個(gè)信號(hào)，造成多徑誤差。

為解決這個(gè)問題，考慮到反射的電磁波比直射波的傳播時(shí)間長(zhǎng)，因此，在接收端可截取第一個(gè)信號(hào)進(jìn)行時(shí)間測(cè)量。對(duì)于滯后的信號(hào)，可采用已有的窄相關(guān)技術(shù)降低碼跟蹤誤差。

在此不妨設(shè)想一個(gè)新方法：兩個(gè)頻段的發(fā)射機(jī)以較短的時(shí)間間隔T變換信號(hào)頻率，接收機(jī)收到第一個(gè)信號(hào)后開始以T變換接收頻率，使延后信號(hào)頻率始終與接收頻率不同。

由于硬件設(shè)備的限制，系統(tǒng)會(huì)測(cè)量出錯(cuò)誤的距離數(shù)據(jù)，這時(shí)能收到的多個(gè)位置信息顯得尤為重要。若有四個(gè)以上的已知位置信息，結(jié)合測(cè)量數(shù)據(jù)的誤差范圍可以判斷系統(tǒng)計(jì)算出的位置是否具有可信度。若計(jì)算出的位置誤差太大，系統(tǒng)應(yīng)重新測(cè)距。

四、后續(xù)改進(jìn)

1.升級(jí)該系統(tǒng)的軟件、硬件，如增加顯示屏、增強(qiáng)接收機(jī)等，讓每一輛安裝了該系統(tǒng)的車輛具備傳輸信息的功能。當(dāng)車輛與手機(jī)等設(shè)備沒有信號(hào)時(shí)，可通過該系統(tǒng)向周邊車輛發(fā)送請(qǐng)求，使周邊有信號(hào)的車輛發(fā)揮移動(dòng)基站的作用。

2.車與車之間也可以通過該系統(tǒng)進(jìn)行信息交流，有利于緩解交通擁堵。

3.該系統(tǒng)可以做成模塊與手機(jī)連接，讓手機(jī)充當(dāng)發(fā)射機(jī)與接收機(jī)，這樣可以降低成本，有利于系統(tǒng)的普及。