车载辅助定位系统

郭语

北斗卫星导航定位系统车载终端在车辆经过隧道、城市高楼间、立交桥下等道路时，由于建筑物遮挡产生较大的阴影，常接收不到卫星导航信号，影响正常定位。为解决此问题，运营商提供了基站定位服务。但基站定位精度较低，一般有500米至2 000米的误差。

针对上述问题，我设计了一种车载辅助定位系统。

一、系统结构

车载辅助定位系统由接收机、发射机、高精度时间测量芯片、处理器、蓄电池等构成（因条件限制，暂用超声波代替电磁波定位）。图1左端为位于卫星信号盲区的车载定位终端，右端为基准站。车载定位终端和基准站都配有收发信机和时间测量芯片。

当车载导航终端无法接收到卫星导航信号时，假定在该终端附近有多个基准站，其位置已知，基准站配置了收发信机，可与车载定位终端进行信息交互。车载辅助定位系统框图如图1所示。

二、工作流程

大多数的无源BDS用户端系统主要由接收机、发射机、高精度时间测量芯片、处理器构成。

无法接收卫星信号的用户端A开启本系统后，发射机即发射一个带有特殊码的信号，高精度时间测量芯片A开始计时。能够定位的B端接收机接收到信号后进行解码，高精度时间测量芯片B记录处理时间，并从自带的导航系统中提取位置信息与处理时间，通过发射机B发射出去。A端接收到信号，高精度时间测量芯片A测出所用时间后进行解码，通过计算距离完成一次系统间的交流。经过三次及以上的交流，处理器解出方程组，结合另外三个已知位置与测得的相对位置，在地图上标出用户端A的位置，完成定位。

系统的发射机部分采用多个频段。根据相应的地形，给不同频段的波所测得的数据乘以权重（需要进行实验，收集数据），提高位置的准确度。车辆的蓄电池为系统供电，也可配备独立的蓄电池。当附近有三个以上可用位置信息时，利用两组数据进行误差甄别，判断该结果的可信度。若可信度不高，则重新测距。

三、减少多径对定位误差的影响

如果是在高楼林立、障碍众多的城市或隧道中，电磁波遇到建筑物会发生反射、衍射等，从而使接收机收到多个信号，造成多径误差。

为解决这个问题，考虑到反射的电磁波比直射波的传播时间长，因此，在接收端可截取第一个信号进行时间测量。对于滞后的信号，可采用已有的窄相关技术降低码跟踪误差。

在此不妨设想一个新方法：两个频段的发射机以较短的时间间隔T变换信号频率，接收机收到第一个信号后开始以T变换接收频率，使延后信号频率始终与接收频率不同。

由于硬件設备的限制，系统会测量出错误的距离数据，这时能收到的多个位置信息显得尤为重要。若有四个以上的已知位置信息，结合测量数据的误差范围可以判断系统计算出的位置是否具有可信度。若计算出的位置误差太大，系统应重新测距。

四、后续改进

1.升级该系统的软件、硬件，如增加显示屏、增强接收机等，让每一辆安装了该系统的车辆具备传输信息的功能。当车辆与手机等设备没有信号时，可通过该系统向周边车辆发送请求，使周边有信号的车辆发挥移动基站的作用。

2.车与车之间也可以通过该系统进行信息交流，有利于缓解交通拥堵。

3.该系统可以做成模块与手机连接，让手机充当发射机与接收机，这样可以降低成本，有利于系统的普及。