北斗车载导航系统研究现状分析

马健军，龙志军，黄玉华，冯竞祥

（佛山职业技术学院，广东 佛山 528000 ）

北斗车载导航系统研究现状分析

马健军，龙志军，黄玉华，冯竞祥

（佛山职业技术学院，广东 佛山 528000 ）

北斗导航系统是中国自主研发的全球卫星导航系统。目前北斗导航系统已广泛应用于各类车载终端，并且运用效果良好。本文概述北斗车载导航系统，总结分析对北斗车载导航技术在导航定位精度、远程监控等方面的研究状况，最后介绍了北斗车载导航系统的具体应用并指出需要改进之处。

北斗车载导航系统；定位精度；远程监控

中国对卫星导航技术的探究可追溯到20世纪80年代初，1994年正式研制北斗卫星导航试验系统（北斗一号），直至2012年北斗导航业务正式对亚太地区提供无源定位、导航、授时服务。北斗卫星导航系统在道路交通领域应用广泛，基于北斗卫星导航系统延伸发展的各类车载终端设备，有效提高了运输效率，促进交通事业的现代化发展。为此，本文首先对中国北斗车载导航技术研究概况进行介绍，并对北斗车载导航技术在导航定位精度、远程监控等方面的研究状况及其应用与不足进行总结分析，对后续北斗车载导航技术探索具有一定的参考意义。研发，它取代原有车载导航系统中的GPS系统，使得中国导航定位服务摆脱对外国的依赖。但由于国内导航技术方面起步较晚，相关技术尚未成熟，目前部分车载导航系统还是相对保守地沿用北斗与GPS组合的导航定位模式。

1 北斗车载导航的概述

车载导航系统是融合了GPS/GIS、多媒体、嵌入式以及现代移动通信等先进技术、具备高科技含量的系统［1］。上世纪80年代第1代车载导航终端正式面世，并于90年代初投入商业应用。车载导航终端分别经历了3个阶段的发展历程，包括：以CD-ROM 存储数字地图为特征的第1代车载导航系统，并以第1代为基础改良而来的第2代车载导航，其具备了路径规划与导航、语音诱导及静态信息查询等功能；第3代更显智能化，可实现动态车载导航、实现监控、求助救援、交通路网调控等功能［2］。北斗车载导航是基于北斗导航系统而

2 北斗车载导航系统的研究现状

近年来北斗导航系统正式投入服务运营，针对北斗导航技术的研究主要来自国内的学者。目前国内学界对北斗车载导航技术的研究主要是定位精度、远程监控等2大方向。研究者们分别从算法优化、差分技术、与GPS融合等角度对系统定位精度、导航准确性进行改良，并结合射频识别（RFID）、嵌入式、汽车CAN总线等技术，实现了车辆远程监控。

2.1 定位精度

汪翼舟等［3］设计一套基于北斗定位系统的车载定位系统。该系统硬件方面选用TD-D302芯片为主的MCU 控制模块以及相对应的北斗定位接收模块，以保证系统的运算速度及响应特性；软件方面建立了终端与地面基准站以及系统后台间网络连接，保证系统后台与终端信息发送与接收。后期对系统测试与对比，试验表明：系统具备数据的接收、发送、处理、管理、存储和显示等基本功能，结合地基增强网络实现更高定位精度的定位监测。

李鹏等［4］研究设计了一套高精度北斗车载差分定位装置系统。这套系统采用嵌入式Linux技术以及北斗差分定位、S3C2440 等控制模块，通过Linux下串口通信以及NTRIP 协议与连续运行北斗卫星定位服务综合系统（CORS） 进行数据的认证和传输，保证了定位数据的实时性与准确性。同时通过扩展卡尔曼滤波算法程序处理定位数据，进一步提高定位精度。实际道路性能试验以及定位精度对比测试，验证了该系统定位精度满足交通运输等行业的需求。

王雪梅等［5］研究了基于北斗卫星导航的驾培系统。系统采用载波相位实时动态差分技术， 对行进状态下的机动车进行精确实时测算，利用静态和动态天线之间的空间相关性，提高了驾培系统定位精度。该研究对提高机动车驾照考试品质具有一定的现实意义。

柯贤亮等［6］研究一款带有北斗和GPS组合定位的车载组合导航系统。该终端将北斗和GPS两种导航系统有机地组合起来，尽可能利用其兀余量测信息，具备精度高、抗干扰能力较强、容错性能好等特点。所研制的终端可实现定位跟踪、信号检测、报文远程传输、调度管理车辆等功能，可广泛应用于车载领域，采集实时车载状态信息。

罗萍等［7］研究了北斗卫星组合导航系统实时性和定位精度优化问题。利用范数“剔除” 无效观测量等手段对UPF算法进行改进，解决UPF算法由于计算量大而不满足组合导航系统实时性要求的问题，并应用于北斗／INS组合导航系统中。后期试验结果表明，改进算法能够有效地缩短组合导航系统的解算时间，提高定位精度，并且稳定性较高，达到了预期的要求。

杨殿阁等［8］针对北斗卫星定位系统的特点，使用电子罗盘、陀螺传感器和车速传感器等多种传感器，基于嵌入式系统平台开发了一种车辆组合定位系统。以Kalman 滤波算法为基础，设计了航向融合和航位融合算法，实现了车辆位置和行车方向的测量。

陈志刚等［9］改进了现代农业车辆无源北斗定位系统导航定位精度的问题。研究者采用无迹卡尔曼滤波算法UKF（ Unscented Kalman Filter）实现农业车载导航系统的非线性状态估计，解决了现代农业车辆在作业过程中受定位接收机本身误差、环境噪声以及人为干扰等因素影响，导航定位不精确的难题。后期通过统计建模，开展仿真试验，研究结果表明：在车载导航状态估计中，UKF滤波方法优于EKF滤波方法，定位精度可以达到1 m左右。

杨增辉等［10］研制了2种具有高增益、低仰角特性的车载天线。为确保车载天线具备良好的接收效果，车载天线的最大增益最好出现在卫星所在的轨道位置，并且具有方位角上的全向性。为检验其性能，研究者将研制的车载天线从增益、低仰角特性以及轴比等关键性能与贴片天线进行了对比。对比试验表明：所设计的车载天线具有较好的低仰角、高增益等特性，可以使装备该天线的车辆在任何地区都能准确可靠地接收北斗卫星导航信号，提高了定位精度及导航准确性。

邹浜等［11］利用主辅站技术可靠性高，无需双向数据传输和服务用户无数量限制等优点，将基于北斗卫星导航系统的主辅站技术应用于车载导航中，提高车载导航的定位精度，有效解决了传统车载导航定位技术的不足等问题。

2.2 远程监控

刘红等［12］研究了一种基于北斗导航的车载监控系统。系统采用软硬件结合的开发方法，基于S3C6410开发板进行研发，使用Linux作为操作系统，实现了图像采集、北斗卫星导航定位以及GPRS无线传输等功能；系统可实时监控汽车，10 s内通过短信方式快速提供车载位置和图像信息，解决了车辆失窃以及车内盗窃事件因缺乏有力的证据等问题无法侦破的困难。

史顺玉等［13］提出了一种基于北斗卫星导航系统和移动通信网络的车辆远程实时监控管理调度方案。该方案创新性地将射频识别（RFID）技术应用到车载终端与路边车辆管理服务系统之间的短程无线通信中，有效解决了现有的汽车行驶记录仪功能单一、通信能力差的缺点，符合未来智能交通系统的发展趋势。

赵亮等［14］设计了一种基于北斗/GPS 和GPRS 的车载定位终端。该终端具备车辆实时监控、温度监测和短信服务等功能，可对车辆位置信息进行采集，实现对车辆更加有效的实时监控。仿真试验结果表明：设计的车载定位终端系统定位精度高，定位性能稳定、响应快，首次冷启动定位时间35 s，热启动1 s，重捕获小于1 s，定位三维精度（RMS）3 m，速度精度0.1 m/s，在车辆实时监控领域具有一定的应用潜力。

梁本仁等［15］提出了以高速公路车辆监测为例，以北斗差分定位技术为核心，实现车辆厘米级实时定位，结合地理信息系统（GIS）、嵌入式系统及网络等技术建立基于北斗的车辆精确定位监测系统。研究者利用双频相位观测值的宽巷组合，采用LAMBDA方法快速固定整周模糊度，切实有效提高车辆精确定位精度。

王春刚等［16］开发研究了一款基于北斗导航系统的车载嵌入式终端。该终端以中国的北斗导航系统为依托，将嵌入式技术、计算机技术、GIS 技术、北斗卫星定位通信技术有机结合起来， 实现了对移动目标的图上定位和远程通信指挥，推动了车辆信息化的发展水平。

沙乃金等［17］提出了基于北斗导航、汽车CAN总线技术的车载智能信息模块。该模块通过移动通信技术把汽车内综合信息远程上传，实现实时车况信息采集、信息发送、远程诊断、远程辅助、定位与导航等功能。模块最大的特色在于运用汽车CAN总线技术性能稳定高效、通用性高等特点进行数据传输，并对汽车电子产品进行个性化定制和功能延伸研发。

2.3 北斗车载导航系统的应用与不足

随着中国卫星导航系统技术成熟，北斗导航系统已正式投入商业应用。“北斗”产业链加速发展，市场上“北斗”品牌的车载导航产品也涌现而出。例如，人们出行都依赖便携式北斗车载导航仪和电子狗等设备，可为用户提供无源定位、最新3D实景版导航等相关服务［18］。北斗车载导航系统也可对重点运输过程进行监控管理，提供重点车辆运行实时画面，对特殊运营车辆状况进行实时监控跟踪［19］。应对突发性应急事件，通过监控现场实时信息同步至公路部门管理平台，实现远程遥控指挥。北斗车载导航设备还应用于校车管理方面，实时监控校车的行驶情况，避免了校车运行中存在车辆超速、超载等安全隐患［20］。

中国的北斗导航系统未来发展前景良好，潜力巨大，但目前市场推广处于刚起步阶段，与美国GPS系统等成熟产品相较还存在一定的差距与缺陷。例如系统推广力度不够，市场上北斗车载产品偏少，市场占有率较小，价格较为昂贵等诸多问题。这需要国家相关部门加大北斗终端设备与芯片研发力度，同时推进北斗产业链发展，设定激励机制，使得北斗系统技术愈加成熟。

3 总结

北斗卫星导航系统的实际应用有助于中国各领域信息化水平的提升，使中国在军事、交通、农业、应急救援、国家安全等领域不再受制于人。该系统在车载导航领域中的应用能提供可靠的精确导航定位服务，实现远程实时监控。未来随着北斗车载导航系统不断提升与完善，将更广泛地服务于各个领域，促进社会信息化发展。

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［19］ 张海亮，鲍海燕．北斗卫星导航系统在高速公路中的应用［J］．中国交通信息化，2016（8）：82-85．

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（编辑 凌 波）

The Research Status of Beidou Vehicle Navigation System

MA Jian-jun， LONG Zhi-jun， HUANG Yu-hua， FENG Jing-xiang
(Foshan Vocational and Technical College， Foshan 528000， China)

Beidou navigation system is an independently developed global satellite navigation system in China.Now Beidou has been widely used in various types of vehicle terminals， and works effectively. This article introduces the Beidou vehicle navigation system， and summarizes its research status on positioning accuracy and remote monitoring. Finally， the specific application of Beidou is demonstrated， as well as its potential improvements.

Beidou vehicle navigation system；positioning accuracy；remote monitoring

U463.675

A

1003-8639（2017）07-0035-03

2017-03-29

马健军（1990-），男，广西人，助教，硕士，主要从事车辆通信技术应用研究。