GPS車(chē)載導(dǎo)航定位技術(shù)研究

郭宏

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對(duì)生活品質(zhì)的要求越來(lái)越高，汽車(chē)也越來(lái)越普及，而在汽車(chē)上，車(chē)載導(dǎo)航是必不可少的一項(xiàng)重要功能。本文首先介紹了車(chē)載導(dǎo)航與定位技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，并對(duì)其技術(shù)與檢測(cè)手段進(jìn)行了討論，以期為我國(guó)汽車(chē)導(dǎo)航與定位技術(shù)的更新與規(guī)范化提供一定的借鑒。

關(guān)鍵詞：車(chē)載導(dǎo)航;定位技術(shù);發(fā)展趨勢(shì)

引言：隨著汽車(chē)的普及和交通需求的日益增加，造成交通堵塞、交通事故、環(huán)境污染等消極影響，逐漸成為世界各國(guó)的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展問(wèn)題。作為汽車(chē)的關(guān)鍵部件，汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)是解決該問(wèn)題的一個(gè)重要方法。

1.車(chē)載導(dǎo)航定位概述

目前市面上的車(chē)載終端以TELEMATICS為主，它是一個(gè)由電信和信息化組成的術(shù)語(yǔ)，它的意思就是讓司機(jī)可以通過(guò)無(wú)線通訊技術(shù)，與外界的信息進(jìn)行互動(dòng)，從而為使用者提供針對(duì)性的位置的服務(wù)。該系統(tǒng)具有導(dǎo)航、定位、通訊、遠(yuǎn)程監(jiān)控、車(chē)輛狀態(tài)上傳等多種功能。在這些功能中，最常用的就是導(dǎo)航，它可以為用戶提供定位、路況查詢和導(dǎo)航等各種基于地理位置的服務(wù)。通過(guò)使用ONSTAR等前置設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航和定位。汽車(chē)導(dǎo)航終端一般可以向使用者提供定位搜索業(yè)務(wù)，它可以查找所需要的目標(biāo)地點(diǎn)，也可以對(duì)周?chē)暮线m的地址進(jìn)行查詢，從而進(jìn)行線路的計(jì)算和指導(dǎo)，為使用者提供最優(yōu)的路線戰(zhàn)略，以及提供動(dòng)態(tài)的路況。一旦遇到突發(fā)事件，它的定位和報(bào)警功能就會(huì)自動(dòng)發(fā)送位置，從而提高了救援的速度。

2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)

汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)由導(dǎo)航計(jì)算機(jī)、天線、GPS接收器、控制面板、速度傳感器、陀螺傳感器、揚(yáng)聲器、液晶顯示器、CD-ROM驅(qū)動(dòng)器、存儲(chǔ)器、網(wǎng)絡(luò)通訊接口、語(yǔ)音和紅外線遙控。GPS接收機(jī)通過(guò)天線接收GPS信號(hào)，通過(guò)串口發(fā)送給導(dǎo)航電腦，通過(guò)GPS采集到需要的經(jīng)度、緯度、速度、航向等數(shù)據(jù)，然后利用速度傳感器和陀螺傳感器組成的DR系統(tǒng)，通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、精度分析、糾錯(cuò)等方法獲取車(chē)輛的位置，并通過(guò)GIS軟件生成的導(dǎo)航地圖將其位置顯示出來(lái)，并通過(guò)語(yǔ)音的提示，指導(dǎo)司機(jī)選擇最佳的行車(chē)路徑。其中，電子地圖不僅能顯示車(chē)輛的位置，還能提供諸如加油站、醫(yī)院、學(xué)校等交通工具的地理信息。此外，該系統(tǒng)還可以通過(guò)與駕駛員通信模塊進(jìn)行無(wú)線通信，對(duì)駕駛員進(jìn)行遙控。

3.定位方法分析

由于車(chē)載導(dǎo)航與定位技術(shù)的迅速發(fā)展，目前世界上已有許多不同的車(chē)輛導(dǎo)航系統(tǒng)，但是GPS、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、DR、地圖匹配、地面無(wú)線電頻率定位等傳統(tǒng)的GPS、DR、、地面無(wú)線電頻率定位等傳統(tǒng)的GPS/DR/DR聯(lián)合定位系統(tǒng)都有其缺點(diǎn)。本文介紹了GPS/DR/MM組合導(dǎo)航系統(tǒng)的基本硬件構(gòu)成。DR系統(tǒng)由車(chē)速傳感器、角速率陀螺、數(shù)據(jù)采集卡等組成。車(chē)速傳感器通過(guò)信號(hào)處理電路對(duì)車(chē)輛的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整，并將其傳輸至數(shù)據(jù)采集卡，同時(shí)，通過(guò)角度率陀螺測(cè)量到的轉(zhuǎn)速信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)制后，再發(fā)送到數(shù)據(jù)采集卡中。然后用數(shù)據(jù)采集卡把這個(gè)信號(hào)傳給導(dǎo)航電腦，再把GPS接收到的GPS信號(hào)和DR算法結(jié)合起來(lái)。DR系統(tǒng)的工作原理是：在有足夠的衛(wèi)星數(shù)量，也就是GPS接收器可以接收4個(gè)以上的GPS/DR/MM組合;如果沒(méi)有接收到足夠的衛(wèi)星信號(hào)，比如載具進(jìn)入了城市或地下通道，那么，該導(dǎo)航系統(tǒng)就進(jìn)入DR模式，把衛(wèi)星信號(hào)消失之前的最后一個(gè)點(diǎn)作為初始點(diǎn)，利用它的座標(biāo)和航向值作為初始資料，利用航位計(jì)算來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)導(dǎo)航，同時(shí)，由于GPS定位精度的問(wèn)題，在與數(shù)字地圖分析相結(jié)合的過(guò)程中，可能會(huì)發(fā)生軌道偏差，這時(shí)，利用地圖匹配技術(shù)，得到了與道路相結(jié)合的軌道描述。

4.導(dǎo)航定位性能測(cè)試項(xiàng)目

4.1首次定位時(shí)間

首次定位時(shí)間是用來(lái)測(cè)量接收器的信號(hào)搜尋速度，確定接收器的首次定位時(shí)間是由初始條件決定的，根據(jù)使用者在啟動(dòng)設(shè)備之前的情況，分為冷啟動(dòng)、溫啟動(dòng)和熱啟動(dòng)首次定位時(shí)間。

4.2定位精度

定位精度是指在給定信號(hào)條件下，由接收衛(wèi)星信號(hào)的導(dǎo)航系統(tǒng)計(jì)算出的位置與實(shí)際位置的誤差。所謂的測(cè)速精度，就是由接收的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)所算出的速度與實(shí)際速度的誤差。常用R95法和RMS法進(jìn)行精度分析。由于采用了不同的統(tǒng)計(jì)方法，所得的結(jié)果也有很大差異。

4.3失鎖重捕時(shí)間

失鎖重捕時(shí)間是指當(dāng)接收端不能收到信號(hào)時(shí)，在終端裝置獲得與標(biāo)準(zhǔn)定位結(jié)果一致之前，再一次收到信號(hào)開(kāi)始計(jì)時(shí)。這個(gè)參數(shù)表示接收信號(hào)不能鎖定，不能完成定位直至位置確定。失鎖重捕時(shí)間愈短，則說(shuō)明接收器的定位能力較強(qiáng)，因此可以評(píng)價(jià)終端的功能。

4.4跟蹤靈敏度

跟蹤靈敏度是評(píng)價(jià)終端性能的關(guān)鍵指標(biāo)，它是指在接收到信號(hào)后，被檢測(cè)裝置能夠連續(xù)地輸出高精度、高精度的電力信號(hào)。它的主接收端在完成位置時(shí)，需要的最低功率，以確保定位精度。

5.車(chē)載導(dǎo)航定位射頻性能測(cè)試方法

5.1通用方法

多個(gè)系統(tǒng)導(dǎo)航所需信號(hào)的來(lái)源都是模擬衛(wèi)星信號(hào)，待測(cè)終端利用射頻線實(shí)現(xiàn)跟信號(hào)源的連接，車(chē)載終端利用串口線實(shí)現(xiàn)定位數(shù)據(jù)信息的反饋。車(chē)載終端導(dǎo)航定位射頻性能測(cè)試系統(tǒng)利用天線實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星信號(hào)的接收，隨后進(jìn)行測(cè)試，完成對(duì)天靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能的測(cè)試，以獲取到的衛(wèi)星信號(hào)和位置數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，能夠開(kāi)展虛擬路測(cè)。可以利用實(shí)驗(yàn)室、場(chǎng)地、虛擬路測(cè)等不同的方法，針對(duì)冷、熱啟動(dòng)首次定位時(shí)間、靈敏度、失鎖重捕時(shí)間、定位精度等開(kāi)展性能測(cè)試?；镜臏y(cè)量手段跟一般民用終端導(dǎo)航定位性能測(cè)試手段差別很小。

5.2緊急狀況下車(chē)載定位警報(bào)系統(tǒng)定位測(cè)試方法

汽車(chē)定位報(bào)警系統(tǒng)的位置檢測(cè)方法是在緊急情況下進(jìn)行汽車(chē)導(dǎo)航和定位報(bào)警系統(tǒng)的試驗(yàn)。目前，國(guó)際上常用的導(dǎo)航參數(shù)格式為NMEA-0183，并根據(jù)NMEA-0183進(jìn)行了比較試驗(yàn)。RAIM是檢測(cè)終端接收到故障衛(wèi)星信號(hào)后，根據(jù)非故障信號(hào)進(jìn)行識(shí)別的能力。脈沖干擾的抗干擾試驗(yàn)是指在有標(biāo)準(zhǔn)的脈沖信號(hào)干擾情況下，終端能否對(duì)衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行跟蹤

結(jié)束語(yǔ)

目前，GPS車(chē)載導(dǎo)航的性能還處于探索階段，相比于傳導(dǎo)測(cè)試，它能夠更好的反映用戶的使用體驗(yàn)，是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

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