浅析车载GPS新技术的应用

李雅奎

摘 要：汽车工业已是我国国民经济发展的核心产业之一，随着汽车的普及和道路的扩展，跨区间的经济交往更加频繁，众多的商务、休闲等活动让我们跨出特定的小区域，从而不认识道路，找不到目的地的情况屡屡发生，因此，汽车导航系统以合理的价格进入车主的视野，成为车上的基本装备。

关键词：全球定位系统GPS ；无线技术；信号接收；车辆跟踪和车辆导航

1 GPS的概念及定位原理

全球定位系统（GPS）是本世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。全球定位系统由三部分构成：（1）地面控制部分，由主控站（负责管理、协调整个地面控制系统的工作）、地面天线（在主控站的控制下，向卫星注入寻电文）、监测站（数据自动收集中心）和通讯辅助系统（数据传输）组成；（2）空间部分，由24颗卫星组成，分布在6个道平面上；（3）用户装置部分，主要由GPS接收机和卫星天线组成。

24颗GPS卫星在离地面1万2千公里的高空上，以12小时的周期环绕地球运行，使得在任意时刻，在地面上的任意一点都可以同时观测到4颗以上的卫星。由于卫星的位置精确可知，在GPS观测中，我们可得到卫星到接收机的距离，利用三维坐标中的距离公式，利用3颗卫星，就可以组成3个方程式，解出观测点的位置（X，Y，Z）。考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差，实际上有4个未知数，X、Y、Z和钟差，因而需要引入第4颗卫星，形成4个方程式进行求解，从而得到观测点的经纬度和高程。 由于卫星运行轨道、卫星时钟存在误差，大气对流层、电离层对信号的影响，以及人为的SA保护政策，使得民用GPS的定位精度只有100米。为提高定位精度，普遍采用差分GPS（DGPS）技术，建立基准站（差分台）进行GPS观测，利用已知的基准站精确坐标，与观测值进行比较，从而得出一修正数，并对外发布。接收机收到该修正数后，与自身的观测值进行比较，消去大部分误差，得到一个比较准确的位置。实验表明，利用差分GPS，定位精度可提高到5米。车用导航系统主要由导航主机和导航显示终端两部分构成。内置的GPS天线会接收到来自环绕地球的24颗GPS卫星中的至少3颗所传递的数据信息，由此测定汽车当前所处的位置。导航主机通过GPS卫星信号确定的位置坐标与电子地图数据相匹配，便可确定汽车在电子地图中的准确位置。在此基础上，将会实现行车导航、路线推荐、信息查询、播放AV/TV等多种功能。驾驶者只须通过观看显示器上的画面、收听语音提示，操纵手中的遥控器即可实现上述功能，从而轻松自如地驾车。

4 车载卫星系统的四大要素

4.1 卫星信号

汽车卫星导航系统需要依靠全球定位系统（GPS）来确定汽车的位置。最基本的，GPS需要知道汽车的经度和纬度。在某些特殊情况下，GPS还要知道海拔高度才能准确定位。有了这三组数据，GPS定位的准确性经常就可以达到2～3米。因为GPS需要汽车导航系统在同步卫星的直接视线之内才能工作。

4.2 信号接收

GPS系统的工作原理是解析从同步卫星那里接收到的信号。投影在竖直的平面上，这些信号可以形象地表示为一个个的倒漏斗形。当这些“漏斗”的下半部分有一定的重叠时，GPS的解析程序就能够计算出汽车所在位置的坐标。在汽车行驶的过程中，一个类似于飞机或轮船导航用的陀螺仪的装置，可以连续地提供汽车的位置。但卫星信号有所间断时，计速器所提供的数据就用来填补其中的空白，并用来记载行驶时间。

4.3 信号处理

GPS接收到的信号和计速装置所提供的信息，要通过接收器，提供给汽车导航系统，并由软件系统分析处理，重叠在存储的地图之上。

4.4 地图数据库

当GPS提供的坐标信息重叠到电子地图上时，驾车人就可以看出自己目前的位置以及未来的方向了。这最后一个环节叫做成图，也是车载导航系统中最重要的一环。离开了成图，导航系统就等于是没有了方向。

5 车载导航系统最新技术

在车载导航方面，国内部分厂商和研究单位推出了部分相应的系统，但技术简单，GPS定位不太精确，MEMS陀螺仪存在误差问题，且成本高，因此无法在导航系统中得到广泛应用。南航的“车辆定位系统在智能交通上的研究与开发”课题的开展，更新了实用的车载组合导航系统的研究。且原理样机已完成，进行了实际实验。目前正在向降低系统成本，增加系统可靠性和更好的解决陀螺仪零漂问题提高精度方面努力。

尽管GPS车载导航系统仍处于市场开始阶段，但它巨大的市场潜力和不可估量的发展前景，已使国内知名汽车厂家，如一汽、二汽、上海大众与通用等均有在豪华轿车或普通轿车上加装GPS导航系统的计划和打算。我国车载导航市场具有三大特点：（1）市场逐步形成，产品陆续上市；（2）运用高新科技，功能不断增强；（3）围绕导航功能，在信息服务上下功夫。

另外，中国的北斗系统也成果顯著，生产的车载北斗导航系统的产品结合了当前高端的软硬件技术、芯片组方案融合了北斗导航、GPS导航两大系统，经过实际测试，众鸿科技自主研发的产品相比较传统产品有着性能更稳定、定位更精确、操作更便捷、反应时间更迅速等优势，适合为车主提供更可靠、更安全、更高效的全天候、全方位的服务。众鸿科技基于北斗卫星导航车载导航产品的发布具有重大的意义，显示北斗卫星导航产品开始进入民用市场，极大程度上促进了北斗导航、车联网产业的应用。