淺析車載GPS新技術的應用

李雅奎

摘 要：汽車工業已是我國國民經濟發展的核心產業之一，隨著汽車的普及和道路的擴展，跨區間的經濟交往更加頻繁，眾多的商務、休閑等活動讓我們跨出特定的小區域，從而不認識道路，找不到目的地的情況屢屢發生，因此，汽車導航系統以合理的價格進入車主的視野，成為車上的基本裝備。

關鍵詞：全球定位系統GPS ；無線技術；信號接收；車輛跟蹤和車輛導航

1 GPS的概念及定位原理

全球定位系統（GPS）是本世紀70年代由美國陸海空三軍聯合研制的新一代空間衛星導航定位系統。全球定位系統由三部分構成：（1）地面控制部分，由主控站（負責管理、協調整個地面控制系統的工作）、地面天線（在主控站的控制下，向衛星注入尋電文）、監測站（數據自動收集中心）和通訊輔助系統（數據傳輸）組成；（2）空間部分，由24顆衛星組成，分布在6個道平面上；（3）用戶裝置部分，主要由GPS接收機和衛星天線組成。

24顆GPS衛星在離地面1萬2千公里的高空上，以12小時的周期環繞地球運行，使得在任意時刻，在地面上的任意一點都可以同時觀測到4顆以上的衛星。由于衛星的位置精確可知，在GPS觀測中，我們可得到衛星到接收機的距離，利用三維坐標中的距離公式，利用3顆衛星，就可以組成3個方程式，解出觀測點的位置（X，Y，Z）。考慮到衛星的時鐘與接收機時鐘之間的誤差，實際上有4個未知數，X、Y、Z和鐘差，因而需要引入第4顆衛星，形成4個方程式進行求解，從而得到觀測點的經緯度和高程。 由于衛星運行軌道、衛星時鐘存在誤差，大氣對流層、電離層對信號的影響，以及人為的SA保護政策，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，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。車用導航系統主要由導航主機和導航顯示終端兩部分構成。內置的GPS天線會接收到來自環繞地球的24顆GPS衛星中的至少3顆所傳遞的數據信息，由此測定汽車當前所處的位置。導航主機通過GPS衛星信號確定的位置坐標與電子地圖數據相匹配，便可確定汽車在電子地圖中的準確位置。在此基礎上，將會實現行車導航、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現上述功能，從而輕松自如地駕車。

4 車載衛星系統的四大要素

4.1 衛星信號

汽車衛星導航系統需要依靠全球定位系統（GPS）來確定汽車的位置。最基本的，GPS需要知道汽車的經度和緯度。在某些特殊情況下，GPS還要知道海拔高度才能準確定位。有了這三組數據，GPS定位的準確性經常就可以達到2～3米。因為GPS需要汽車導航系統在同步衛星的直接視線之內才能工作。

4.2 信號接收

GPS系統的工作原理是解析從同步衛星那里接收到的信號。投影在豎直的平面上，這些信號可以形象地表示為一個個的倒漏斗形。當這些“漏斗”的下半部分有一定的重疊時，GPS的解析程序就能夠計算出汽車所在位置的坐標。在汽車行駛的過程中，一個類似于飛機或輪船導航用的陀螺儀的裝置，可以連續地提供汽車的位置。但衛星信號有所間斷時，計速器所提供的數據就用來填補其中的空白，并用來記載行駛時間。

4.3 信號處理

GPS接收到的信號和計速裝置所提供的信息，要通過接收器，提供給汽車導航系統，并由軟件系統分析處理，重疊在存儲的地圖之上。

4.4 地圖數據庫

當GPS提供的坐標信息重疊到電子地圖上時，駕車人就可以看出自己目前的位置以及未來的方向了。這最后一個環節叫做成圖，也是車載導航系統中最重要的一環。離開了成圖，導航系統就等于是沒有了方向。

5 車載導航系統最新技術

在車載導航方面，國內部分廠商和研究單位推出了部分相應的系統，但技術簡單，GPS定位不太精確，MEMS陀螺儀存在誤差問題，且成本高，因此無法在導航系統中得到廣泛應用。南航的“車輛定位系統在智能交通上的研究與開發”課題的開展，更新了實用的車載組合導航系統的研究。且原理樣機已完成，進行了實際實驗。目前正在向降低系統成本，增加系統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車載導航系統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展前景，已使國內知名汽車廠家，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導航系統的計劃和打算。我國車載導航市場具有三大特點：（1）市場逐步形成，產品陸續上市；（2）運用高新科技，功能不斷增強；（3）圍繞導航功能，在信息服務上下功夫。

另外，中國的北斗系統也成果顯著，生產的車載北斗導航系統的產品結合了當前高端的軟硬件技術、芯片組方案融合了北斗導航、GPS導航兩大系統，經過實際測試，眾鴻科技自主研發的產品相比較傳統產品有著性能更穩定、定位更精確、操作更便捷、反應時間更迅速等優勢，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。眾鴻科技基于北斗衛星導航車載導航產品的發布具有重大的意義，顯示北斗衛星導航產品開始進入民用市場，極大程度上促進了北斗導航、車聯網產業的應用。