GPS车载导航定位技术研究

郭宏

摘要：随着经济的快速发展，人们对生活品质的要求越来越高，汽车也越来越普及，而在汽车上，车载导航是必不可少的一项重要功能。本文首先介绍了车载导航与定位技术在国内外的发展现状及发展趋势，并对其技术与检测手段进行了讨论，以期为我国汽车导航与定位技术的更新与规范化提供一定的借鉴。

关键词：车载导航;定位技术;发展趋势

引言：随着汽车的普及和交通需求的日益增加，造成交通堵塞、交通事故、环境污染等消极影响，逐渐成为世界各国的经济与社会发展问题。作为汽车的关键部件，汽车导航系统是解决该问题的一个重要方法。

1.车载导航定位概述

目前市面上的车载终端以TELEMATICS为主，它是一个由电信和信息化组成的术语，它的意思就是让司机可以通过无线通讯技术，与外界的信息进行互动，从而为使用者提供针对性的位置的服务。该系统具有导航、定位、通讯、远程监控、车辆状态上传等多种功能。在这些功能中，最常用的就是导航，它可以为用户提供定位、路况查询和导航等各种基于地理位置的服务。通过使用ONSTAR等前置设备，可以实现导航和定位。汽车导航终端一般可以向使用者提供定位搜索业务，它可以查找所需要的目标地点，也可以对周围的合适的地址进行查询，从而进行线路的计算和指导，为使用者提供最优的路线战略，以及提供动态的路况。一旦遇到突发事件，它的定位和报警功能就会自动发送位置，从而提高了救援的速度。

2.系统设计

汽车导航系统由导航计算机、天线、GPS接收器、控制面板、速度传感器、陀螺传感器、扬声器、液晶显示器、CD-ROM驱动器、存储器、网络通讯接口、语音和红外线遥控。GPS接收机通过天线接收GPS信号，通过串口发送给导航电脑，通过GPS采集到需要的经度、纬度、速度、航向等数据，然后利用速度传感器和陀螺传感器组成的DR系统，通过坐标转换、精度分析、纠错等方法获取车辆的位置，并通过GIS软件生成的导航地图将其位置显示出来，并通过语音的提示，指导司机选择最佳的行车路径。其中，电子地图不仅能显示车辆的位置，还能提供诸如加油站、医院、学校等交通工具的地理信息。此外，该系统还可以通过与驾驶员通信模块进行无线通信，对驾驶员进行遥控。

3.定位方法分析

由于车载导航与定位技术的迅速发展，目前世界上已有许多不同的车辆导航系统，但是GPS、惯性导航系统、DR、地图匹配、地面无线电频率定位等传统的GPS、DR、、地面无线电频率定位等传统的GPS/DR/DR联合定位系统都有其缺点。本文介绍了GPS/DR/MM组合导航系统的基本硬件构成。DR系统由车速传感器、角速率陀螺、数据采集卡等组成。车速传感器通过信号处理电路对车辆的转速进行调整，并将其传输至数据采集卡，同时，通过角度率陀螺测量到的转速信号经过调制后，再发送到数据采集卡中。然后用数据采集卡把这个信号传给导航电脑，再把GPS接收到的GPS信号和DR算法结合起来。DR系统的工作原理是：在有足够的卫星数量，也就是GPS接收器可以接收4个以上的GPS/DR/MM组合;如果没有接收到足够的卫星信号，比如载具进入了城市或地下通道，那么，该导航系统就进入DR模式，把卫星信号消失之前的最后一个点作为初始点，利用它的座标和航向值作为初始资料，利用航位计算来实现自动导航，同时，由于GPS定位精度的问题，在与数字地图分析相结合的过程中，可能会发生轨道偏差，这时，利用地图匹配技术，得到了与道路相结合的轨道描述。

4.导航定位性能测试项目

4.1首次定位时间

首次定位时间是用来测量接收器的信号搜寻速度，确定接收器的首次定位时间是由初始条件决定的，根据使用者在启动设备之前的情况，分为冷启动、温启动和热启动首次定位时间。

4.2定位精度

定位精度是指在给定信号条件下，由接收卫星信号的导航系统计算出的位置与实际位置的误差。所谓的测速精度，就是由接收的卫星导航系统所算出的速度与实际速度的误差。常用R95法和RMS法进行精度分析。由于采用了不同的统计方法，所得的结果也有很大差异。

4.3失锁重捕时间

失锁重捕时间是指当接收端不能收到信号时，在终端装置获得与标准定位结果一致之前，再一次收到信号开始计时。这个参数表示接收信号不能锁定，不能完成定位直至位置确定。失锁重捕时间愈短，则说明接收器的定位能力较强，因此可以评价终端的功能。

4.4跟踪灵敏度

跟踪灵敏度是评价终端性能的关键指标，它是指在接收到信号后，被检测装置能够连续地输出高精度、高精度的电力信号。它的主接收端在完成位置时，需要的最低功率，以確保定位精度。

5.车载导航定位射频性能测试方法

5.1通用方法

多个系统导航所需信号的来源都是模拟卫星信号，待测终端利用射频线实现跟信号源的连接，车载终端利用串口线实现定位数据信息的反馈。车载终端导航定位射频性能测试系统利用天线实现卫星信号的接收，随后进行测试，完成对天静态和动态性能的测试，以获取到的卫星信号和位置数据为基础，能够开展虚拟路测。可以利用实验室、场地、虚拟路测等不同的方法，针对冷、热启动首次定位时间、灵敏度、失锁重捕时间、定位精度等开展性能测试。基本的测量手段跟一般民用终端导航定位性能测试手段差别很小。

5.2紧急状况下车载定位警报系统定位测试方法

汽车定位报警系统的位置检测方法是在紧急情况下进行汽车导航和定位报警系统的试验。目前，国际上常用的导航参数格式为NMEA-0183，并根据NMEA-0183进行了比较试验。RAIM是检测终端接收到故障卫星信号后，根据非故障信号进行识别的能力。脉冲干扰的抗干扰试验是指在有标准的脉冲信号干扰情况下，终端能否对卫星信号进行跟踪

结束语

目前，GPS车载导航的性能还处于探索阶段，相比于传导测试，它能够更好的反映用户的使用体验，是未来的发展趋势。

参考文献

[1]张永强，张永健.嵌入式GPS/GPRS车载定位技术研究[J].仪器仪表学报，2007（S1）：4.

[2]吴秋平，王庆.车载GPS组合导航与定位系统研究[J].导航，1996，32（4）：7.