衛(wèi)星導航技術(shù) 與汽車應(yīng)用系統(tǒng)
概述
若干年以來，汽車的制造技術(shù)變得越來越先進，汽車制造商將其注意力從基本的交通運輸工具的出發(fā)點，向設(shè)計特色需求轉(zhuǎn)移，使汽車變得更安全，更舒適，更易操縱。其特點之一是在汽車上安裝衛(wèi)星導航應(yīng)用設(shè)備GPS)。
GPS系統(tǒng)是由24顆位于2萬多公里高空的衛(wèi)星組成的星座構(gòu)筑起來的。地面或近地空間的移動目標，只要收到其中四顆衛(wèi)星的信號，便能準確地確定自己的三維位置。本來利用電波時延的三角學方法，只要有三顆衛(wèi)星信號，就能確定一個點的三維(如X、Y、Z)位置，利用四顆星的目的是同時求解另一個在變化著的未知量(時位)。所以進行二維定位時，只要三顆衛(wèi)星的信號便可。
通常，GPS民用信號的導航精度為15-20米。有些情況下，如汽車自動駕駛等應(yīng)用時，這樣的精度不夠，可以考慮采用差分，即DGPS技術(shù)，定位精度可提高到2米左右。一般的差分技術(shù)都需要專門的基準站，并廣播差分信息，如汽車上的設(shè)備收到差分改正信息后，便可獲取較精確的定位數(shù)據(jù)。鑒于差分的應(yīng)用有如此麻煩，所以普通的車輛應(yīng)用情況下不必采用差分技術(shù)。
汽車應(yīng)用系統(tǒng)
GPS車輛應(yīng)用的模式早期以日本的汽車導航、美國的車輛自動定位(AVL)和中國的車隊管理這三大應(yīng)用系統(tǒng)，最具代表性。日本的汽車導航儀初期只是用于道路指引和顯示，美國的車輛自動定位系統(tǒng)主要用于緊急報警、道路救援和醫(yī)療求助，中國的車隊管理系統(tǒng)則是用于各種車輛，特別是特種車輛的監(jiān)控跟蹤和指揮管理。上述的車輛應(yīng)用的三大模式，后來發(fā)展成汽車導航和車輛監(jiān)控兩大類，最近又出現(xiàn)導航與監(jiān)控合二而一的發(fā)展趨勢，出現(xiàn)了所謂網(wǎng)絡(luò)導航，或稱為車輛信息系統(tǒng)(telematics)。
一旦汽車上裝了GPS設(shè)備，便可得到車輛位置信息，如自備預裝的電子地圖，則可確定至給定目的地的行車路線，并可在監(jiān)視器實時顯示地圖和汽車所在位置。這就是尋常所說的汽車導航儀。利用導航儀可以提供就近的興趣點，如加油站、超市、飯店、旅館和自動取款機等的位置信息。還能語音和地圖提示沿途的左轉(zhuǎn)右拐。
汽車GPS還可以記錄旅行的軌跡和距離，以及行車速度等數(shù)據(jù)。作為一個司機行車活動的記錄和日志，包括行車日期時間、目的地地址、通過的道路和街名、每個站點停頓與時間，這樣利于業(yè)主管理和統(tǒng)計研究。當然也可以設(shè)置超速報警和記錄在案。這些都是車輛監(jiān)控系統(tǒng)必備的功能。
汽車GPS還可用于安全防盜報警，找回被竊車輛，因為可動報警或點名應(yīng)答功能，能夠獲取汽車位置信息，以利發(fā)現(xiàn)和追回車輛。車主能對汽車通過蜂窩電話等方式遙控汽車引擎和門鎖開關(guān)。同時可用于對汽車狀態(tài)進行監(jiān)測，在蓄電池電量和油量不足時先行告警。
GPS車輛應(yīng)用的一個很重要的方面是車隊和物流管理，實現(xiàn)路線控制與安排，優(yōu)化貨物配送，進行客流調(diào)運，廣泛用于長短途運輸、公交、出租、租賃和特種物品運輸行業(yè)。
由于GPS是應(yīng)用無線方式實現(xiàn)的衛(wèi)星導航與定位，因此信號易受遮擋阻隔而中斷，以及多徑傳播效應(yīng)的影響，人們于是采取了相應(yīng)的對策，有一種DR (Dead Reckoning) 技術(shù)保證衛(wèi)星信號中斷期間，汽車的運行位置軌跡仍是連續(xù)的，能繼續(xù)實現(xiàn)對車輛的跟蹤監(jiān)控。這種DR技術(shù)實際上是從汽車的陀螺儀傳感器和車速表的方向和距離的信息，通過計算在GPS確定的最后一組絕對位置上加上DR提供的相對變化值，以提供現(xiàn)時的汽車位置數(shù)據(jù)。由于DR技術(shù)提供的數(shù)據(jù)存在著累積誤差，所以只能作為GPS的輔助工具使用。好在GPS衛(wèi)星的信號所受的城市建筑物或立交橋與隧道等遮擋大多只是暫時性的，妨礙不大。
衛(wèi)星導航應(yīng)用的日益廣泛，有GPS以外的系統(tǒng)，如GLONASS和Galileo(伽利略)等星座逐步加盟，多星座兼容和共用使衛(wèi)星導航的可用性、連續(xù)性、可靠性、精確度都會有本質(zhì)的改善。此外，衛(wèi)星導航的接收機技術(shù)和導航算法都在不斷的改進，所以衛(wèi)星導航的定位精度在不斷提高，變得越來越好用。在室內(nèi)實現(xiàn)衛(wèi)星導航定位的時日來到已是屈指可數(shù)了。
衛(wèi)星導航的汽車應(yīng)用的發(fā)展趨勢和導航儀市場預測
衛(wèi)星導航的汽車應(yīng)用最早是在日本，以自主導航儀方式發(fā)展起來的，當時的集成方式是GPS接收機加上DR，配合數(shù)字電子地圖，以及相應(yīng)的軟件，就成為一個完整的笫一代汽車導航儀，后來又加上實時交通信息，所以加上接收FM或RDS的廣播數(shù)據(jù)信息，便成為笫二代。新的一代則是實現(xiàn)雙向通信、上網(wǎng)、娛樂功能、信息服務(wù)加上去了。由于與汽車的音響視放系統(tǒng)結(jié)合，所以與汽車的關(guān)系越來越密切了。當今社會，汽車盛行，計算機盛行，信息盛行，于是在汽車上找到了結(jié)合點，汽車的電子信息系統(tǒng)肯定會是汽車產(chǎn)業(yè)和電子信息產(chǎn)業(yè)相互融合的熱點、亮點、結(jié)合點。以汽車PC為平臺，將導航、通信、組網(wǎng)、安防、上網(wǎng)、辦公、娛樂休閑、信息服務(wù)、故障診斷、汽車保修融在一起，形成一個一體化的產(chǎn)品，不僅為衛(wèi)星導航找到了新的應(yīng)用出路，也有利于汽車的升級換代，降低綜合成本，開創(chuàng)“網(wǎng)絡(luò)汽車”、“信息汽車”，或曰“數(shù)碼汽車”的新時代。
目前車輛應(yīng)用是衛(wèi)星導航最具規(guī)模和后勁十足的應(yīng)用領(lǐng)域，其中尤以汽車導航儀的份額占壓到優(yōu)勢。根據(jù)國際權(quán)威咨詢機構(gòu)預測，從2000年到2006年的七年間，衛(wèi)星導航應(yīng)用產(chǎn)品整體市場以年平均增長率為26.9%的速度往上攀升，汽車導航儀所占額度始終高居榜首，2000年約占總產(chǎn)值的30%左右，而至2006年則占41%，發(fā)展趨勢是有增無減，年平均增長率達到32.7%。由圖1可見，直到2010年汽車導航儀每年絕對增長數(shù)在原基礎(chǔ)上都要達到100余萬臺，所以到2010年當年的銷量為1300萬臺，以每臺1000美元計，總產(chǎn)值為130億美元。
圖1. 2000-2010年間全球汽車導航儀銷售總量與預測
(單位：萬臺)
汽車導航儀示例
整機總的包括有：(1)ICN630 12信道GPS接收機；(2)ICN630 導航軟件；(3)車檔風玻璃和控制臺安裝架；(4)12/24V車用電源線；(5)戶內(nèi)用主電源包；(6)USB電纜(與PC連接用)(7)運輸包裝箱；(8)CD-ROM。
最大的移動性保障條件：(1)系統(tǒng)的車內(nèi)操作保證；(2)備份重置的路線規(guī)劃；(3)即設(shè)置即上路；(4)語音和圖像路徑提示說明；(5)駕車時全自動操作。
軟件特征(易用的接口)：(1)大的可選取圖符；(2)易讀地圖；(3)廣泛和好用的接口協(xié)議；(4)語音和可視導航指令；(4)從存儲器或直接從SD或MMC卡上獲取地圖數(shù)據(jù)；(5)簡明扼要的導向；(6)估算到達時間、所要走的距離與時間，自動計算行進速度。
硬件特征：(1)顯示用的是先進的TFT QVGA車用彩屏，寬幅面，320X240分辨力；(2)Intel(r) PXA250應(yīng)用處理器(伴有Intel(r) XScale(tm)技術(shù))；(3)系統(tǒng)存儲器為64MB RAM；(4)64MB 閃存作地圖和數(shù)據(jù)存儲用；(5)2英寸的喇叭用作語音提示用。
技術(shù)性能規(guī)范：ICN630技術(shù)性能規(guī)范
■天線
接收機頻率 1575.42 MHz (L1 )， C/A code, 標準定位服務(wù)
天線類型 板塊天線，全天空接收
■GPS接收機
技術(shù) Intel(r) PXA250 應(yīng)用處理 器(含 XScale(tm)技術(shù))
衛(wèi)星接收器 12信道平行接收
■首次定位時間 (TTFF)
熱啟動 18 秒
溫啟動 48 秒
冷啟動 120 秒
■定位精度
水平 在最佳條件下達5米 (95%)
■電源連接
電源 12/24V DC 或通過主適配器
■標準
FCC Part 15,
CE 和C-tick'
E mark
■保修期
12個月
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