衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù) 與汽車(chē)應(yīng)用系統(tǒng)
概述
若干年以來(lái)，汽車(chē)的制造技術(shù)變得越來(lái)越先進(jìn)，汽車(chē)制造商將其注意力從基本的交通運(yùn)輸工具的出發(fā)點(diǎn)，向設(shè)計(jì)特色需求轉(zhuǎn)移，使汽車(chē)變得更安全，更舒適，更易操縱。其特點(diǎn)之一是在汽車(chē)上安裝衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用設(shè)備GPS)。
GPS系統(tǒng)是由24顆位于2萬(wàn)多公里高空的衛(wèi)星組成的星座構(gòu)筑起來(lái)的。地面或近地空間的移動(dòng)目標(biāo)，只要收到其中四顆衛(wèi)星的信號(hào)，便能準(zhǔn)確地確定自己的三維位置。本來(lái)利用電波時(shí)延的三角學(xué)方法，只要有三顆衛(wèi)星信號(hào)，就能確定一個(gè)點(diǎn)的三維(如X、Y、Z)位置，利用四顆星的目的是同時(shí)求解另一個(gè)在變化著的未知量(時(shí)位)。所以進(jìn)行二維定位時(shí)，只要三顆衛(wèi)星的信號(hào)便可。
通常，GPS民用信號(hào)的導(dǎo)航精度為15-20米。有些情況下，如汽車(chē)自動(dòng)駕駛等應(yīng)用時(shí)，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(zhuān)門(mén)的基準(zhǔn)站，并廣播差分信息，如汽車(chē)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(chē)輛應(yīng)用情況下不必采用差分技術(shù)。
汽車(chē)應(yīng)用系統(tǒng)
GPS車(chē)輛應(yīng)用的模式早期以日本的汽車(chē)導(dǎo)航、美國(guó)的車(chē)輛自動(dòng)定位(AVL)和中國(guó)的車(chē)隊(duì)管理這三大應(yīng)用系統(tǒng)，最具代表性。日本的汽車(chē)導(dǎo)航儀初期只是用于道路指引和顯示，美國(guó)的車(chē)輛自動(dòng)定位系統(tǒng)主要用于緊急報(bào)警、道路救援和醫(yī)療求助，中國(guó)的車(chē)隊(duì)管理系統(tǒng)則是用于各種車(chē)輛，特別是特種車(chē)輛的監(jiān)控跟蹤和指揮管理。上述的車(chē)輛應(yīng)用的三大模式，后來(lái)發(fā)展成汽車(chē)導(dǎo)航和車(chē)輛監(jiān)控兩大類(lèi)，最近又出現(xiàn)導(dǎo)航與監(jiān)控合二而一的發(fā)展趨勢(shì)，出現(xiàn)了所謂網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)航，或稱(chēng)為車(chē)輛信息系統(tǒng)(telematics)。
一旦汽車(chē)上裝了GPS設(shè)備，便可得到車(chē)輛位置信息，如自備預(yù)裝的電子地圖，則可確定至給定目的地的行車(chē)路線，并可在監(jiān)視器實(shí)時(shí)顯示地圖和汽車(chē)所在位置。這就是尋常所說(shuō)的汽車(chē)導(dǎo)航儀。利用導(dǎo)航儀可以提供就近的興趣點(diǎn)，如加油站、超市、飯店、旅館和自動(dòng)取款機(jī)等的位置信息。還能語(yǔ)音和地圖提示沿途的左轉(zhuǎn)右拐。
汽車(chē)GPS還可以記錄旅行的軌跡和距離，以及行車(chē)速度等數(shù)據(jù)。作為一個(gè)司機(jī)行車(chē)活動(dòng)的記錄和日志，包括行車(chē)日期時(shí)間、目的地地址、通過(guò)的道路和街名、每個(gè)站點(diǎn)停頓與時(shí)間，這樣利于業(yè)主管理和統(tǒng)計(jì)研究。當(dāng)然也可以設(shè)置超速報(bào)警和記錄在案。這些都是車(chē)輛監(jiān)控系統(tǒng)必備的功能。
汽車(chē)GPS還可用于安全防盜報(bào)警，找回被竊車(chē)輛，因?yàn)榭蓜?dòng)報(bào)警或點(diǎn)名應(yīng)答功能，能夠獲取汽車(chē)位置信息，以利發(fā)現(xiàn)和追回車(chē)輛。車(chē)主能對(duì)汽車(chē)通過(guò)蜂窩電話等方式遙控汽車(chē)引擎和門(mén)鎖開(kāi)關(guān)。同時(shí)可用于對(duì)汽車(chē)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在蓄電池電量和油量不足時(shí)先行告警。
GPS車(chē)輛應(yīng)用的一個(gè)很重要的方面是車(chē)隊(duì)和物流管理，實(shí)現(xiàn)路線控制與安排，優(yōu)化貨物配送，進(jìn)行客流調(diào)運(yùn)，廣泛用于長(zhǎng)短途運(yùn)輸、公交、出租、租賃和特種物品運(yùn)輸行業(yè)。
由于GPS是應(yīng)用無(wú)線方式實(shí)現(xiàn)的衛(wèi)星導(dǎo)航與定位，因此信號(hào)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(duì)策，有一種DR (Dead Reckoning) 技術(shù)保證衛(wèi)星信號(hào)中斷期間，汽車(chē)的運(yùn)行位置軌跡仍是連續(xù)的，能繼續(xù)實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛的跟蹤監(jiān)控。這種DR技術(shù)實(shí)際上是從汽車(chē)的陀螺儀傳感器和車(chē)速表的方向和距離的信息，通過(guò)計(jì)算在GPS確定的最后一組絕對(duì)位置上加上DR提供的相對(duì)變化值，以提供現(xiàn)時(shí)的汽車(chē)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(hào)所受的城市建筑物或立交橋與隧道等遮擋大多只是暫時(shí)性的，妨礙不大。
衛(wèi)星導(dǎo)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(dǎo)航的可用性、連續(xù)性、可靠性、精確度都會(huì)有本質(zhì)的改善。此外，衛(wèi)星導(dǎo)航的接收機(jī)技術(shù)和導(dǎo)航算法都在不斷的改進(jìn)，所以衛(wèi)星導(dǎo)航的定位精度在不斷提高，變得越來(lái)越好用。在室內(nèi)實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星導(dǎo)航定位的時(shí)日來(lái)到已是屈指可數(shù)了。
衛(wèi)星導(dǎo)航的汽車(chē)應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)和導(dǎo)航儀市場(chǎng)預(yù)測(cè)
衛(wèi)星導(dǎo)航的汽車(chē)應(yīng)用最早是在日本，以自主導(dǎo)航儀方式發(fā)展起來(lái)的，當(dāng)時(shí)的集成方式是GPS接收機(jī)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(gè)完整的笫一代汽車(chē)導(dǎo)航儀，后來(lái)又加上實(shí)時(shí)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(shí)現(xiàn)雙向通信、上網(wǎng)、娛樂(lè)功能、信息服務(wù)加上去了。由于與汽車(chē)的音響視放系統(tǒng)結(jié)合，所以與汽車(chē)的關(guān)系越來(lái)越密切了。當(dāng)今社會(huì)，汽車(chē)盛行，計(jì)算機(jī)盛行，信息盛行，于是在汽車(chē)上找到了結(jié)合點(diǎn)，汽車(chē)的電子信息系統(tǒng)肯定會(huì)是汽車(chē)產(chǎn)業(yè)和電子信息產(chǎn)業(yè)相互融合的熱點(diǎn)、亮點(diǎn)、結(jié)合點(diǎn)。以汽車(chē)PC為平臺(tái)，將導(dǎo)航、通信、組網(wǎng)、安防、上網(wǎng)、辦公、娛樂(lè)休閑、信息服務(wù)、故障診斷、汽車(chē)保修融在一起，形成一個(gè)一體化的產(chǎn)品，不僅為衛(wèi)星導(dǎo)航找到了新的應(yīng)用出路，也有利于汽車(chē)的升級(jí)換代，降低綜合成本，開(kāi)創(chuàng)“網(wǎng)絡(luò)汽車(chē)”、“信息汽車(chē)”，或曰“數(shù)碼汽車(chē)”的新時(shí)代。
目前車(chē)輛應(yīng)用是衛(wèi)星導(dǎo)航最具規(guī)模和后勁十足的應(yīng)用領(lǐng)域，其中尤以汽車(chē)導(dǎo)航儀的份額占?jí)旱絻?yōu)勢(shì)。根據(jù)國(guó)際權(quán)威咨詢(xún)機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，從2000年到2006年的七年間，衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用產(chǎn)品整體市場(chǎng)以年平均增長(zhǎng)率為26.9%的速度往上攀升，汽車(chē)導(dǎo)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(shì)是有增無(wú)減，年平均增長(zhǎng)率達(dá)到32.7%。由圖1可見(jiàn)，直到2010年汽車(chē)導(dǎo)航儀每年絕對(duì)增長(zhǎng)數(shù)在原基礎(chǔ)上都要達(dá)到100余萬(wàn)臺(tái)，所以到2010年當(dāng)年的銷(xiāo)量為1300萬(wàn)臺(tái)，以每臺(tái)1000美元計(jì)，總產(chǎn)值為130億美元。
圖1. 2000-2010年間全球汽車(chē)導(dǎo)航儀銷(xiāo)售總量與預(yù)測(cè)
(單位：萬(wàn)臺(tái))
汽車(chē)導(dǎo)航儀示例
整機(jī)總的包括有：(1)ICN630 12信道GPS接收機(jī)；(2)ICN630 導(dǎo)航軟件；(3)車(chē)檔風(fēng)玻璃和控制臺(tái)安裝架；(4)12/24V車(chē)用電源線；(5)戶(hù)內(nèi)用主電源包；(6)USB電纜(與PC連接用)(7)運(yùn)輸包裝箱；(8)CD-ROM。
最大的移動(dòng)性保障條件：(1)系統(tǒng)的車(chē)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(yǔ)音和圖像路徑提示說(shuō)明；(5)駕車(chē)時(shí)全自動(dòng)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(yǔ)音和可視導(dǎo)航指令；(4)從存儲(chǔ)器或直接從SD或MMC卡上獲取地圖數(shù)據(jù)；(5)簡(jiǎn)明扼要的導(dǎo)向；(6)估算到達(dá)時(shí)間、所要走的距離與時(shí)間，自動(dòng)計(jì)算行進(jìn)速度。
硬件特征：(1)顯示用的是先進(jìn)的TFT QVGA車(chē)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(chǔ)器為64MB RAM；(4)64MB 閃存作地圖和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)用；(5)2英寸的喇叭用作語(yǔ)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(jī)頻率 1575.42 MHz (L1 )， C/A code, 標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)
天線類(lèi)型 板塊天線，全天空接收
■GPS接收機(jī)
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(shí)間 (TTFF)
熱啟動(dòng) 18 秒
溫啟動(dòng) 48 秒
冷啟動(dòng) 120 秒
■定位精度
水平 在最佳條件下達(dá)5米 (95%)
■電源連接
電源 12/24V DC 或通過(guò)主適配器
■標(biāo)準(zhǔn)
FCC Part 15,
CE 和C-tick'
E mark
■保修期
12個(gè)月
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