全球定位系统GPS在汽车中的应用

全球定位系统GPS在汽车中的应用

全球定位系统（GPS）是一个基于卫星的导航、定位及计时的系统。接受器通过（GPS）卫星发送的数据计算二维（经度、纬度）或三维（经度、纬度、高度）位置。

　　美、日GPS的汽车导航系统现状

　　GPS 自投入运行以来逐步向民用开放，为各行各业服务。因此美、日各大汽车公司相继在自己的产品上配装新一代的信息系统与导航系统。在一些轿车上导航系统不再是选装件而是标准设备。如丰田公司的W indom，日产公司的Cina本田公司的Legend三菱公司的Galant轿车上都装备有电子导航系统。1997年日本销售的新车中1／10安装了导航系统这一数字连年呈上升趋势。美国福特公司通过全球定位卫星的信号来确定轿车的位置为驾驶员指示方向并提供声音指示。

　　我国GPS的汽车导航系统现状

　　GPS汽车导航系统的研制和应用在我国起步较晚但发展势头很猛在银行运钞车公安巡逻车上广泛应用，甚至一些大、中城市的出租车、公交车上也开始应用一些厂矿企业和部门正在逐步配备GPS接收机。

　　我国将GPS、地理信息系统和现代通讯技术综合在一起研制成一种新型汽车导航设备具备监控、调度、报警，监听遥控熄火和遥控断油、电子地图显示自动存档、系统自检等功能，它可将汽车的任何动态位置随时准确无误地显示在仪器的电子地图上。导航仪的电子地图自动跟踪显示汽车当前位置及周边，情况它存储了我国各大城市道路的电子交通图及高精度的全国公路网及其沿线村镇以上级别的地图驾驶员可随时在导航仪上查询周边半径300km地区的地理信息。

　　基于GPS的汽车导航系统

　　汽车导航系统可以显示车辆当前所在位置并将运行中有关道路图、停车设施、道路属性（道路名称、单向交通路段、禁止转弯路段、载重限制及净空限制等）和其他有用的服务信息直观地呈现在驾驶员面前，协助驾驶员在陌生的交通道路环境中，准确掌握前往目的地的道路，当驾驶员将目的地输入车中电脑，提出要求电脑便能根据市内道路情况、红绿灯数、速度限制等选出最佳行驶路线，并显示在荧屏上。它不仅指示车辆避开拥挤阻塞的路线，还帮助疏散车辆。另外，它还有修改功能例如车主不小心错过路口、没有走该系统推荐的最佳路线、车辆位置偏离最佳路线200m以上，该系统会根据所在新位置重新为车主设计最佳路线。目前世界各国已有多种汽车导航系统产品，并竞相降低价格，我国也不例外。

　　汽车导航系统是由GPS导航、自主导航、智能化地图匹配器、微处理器（MPC）或数字信息处理器（DSP）、车速传感器、陀螺传感器、CD-ROM驱动器或DVD-ROM驱动器、显示器以及电子地图数据库相应的软件组成。

　　从系统方框图及车载导航设备安装示意图可以看出，汽车上需装备主要有：GPS天线，GPS接收机（接收板），计算机（CPU）、CD-ROM驱动器及LCD显示屏。

　　CPS导航设备

　　由 GPS天线和GPS接收机组成CPS导航设备。目前天空有两套较大全球定位系统。除采用单一系统接收外，也可以采用组合双系统接收（GPS+GLONASS=GNSS）。由于两个系统的工作频率、坐标系、传输识别方法不同，所以对天线和接收机的参数要作相应改变方可工作。根据卫星倾角、轨道面及其上面分布的卫星数量的不同（例如GPS系统55°倾角，6个轨道面，每个轨道面上分布有4颗卫星，运行周期11小时58分）在地球上任一点最多可能接收到8颗卫星参数。而根据定位要求只要接收到4颗卫星参数就能求出地面定位坐标。为减少城市中高楼大厦的遮挡影响。美国Rockwell公司出品的12通道GPS-OEM板，常用作GPS接收机的主机。

　　自主导航设备

　　该设备由车速传感器和陀螺传感器组成。当汽车行驶在隧道、高层楼群、高架桥、高山群涧、密集森林等地段时，将与GPS失去联系，在中断信号的瞬间，机内自动导人自主导航系统此时车速传感器从汽车前进的速度检测出车速脉冲，通过汽车微处理器（MPU）的数据处理，由速度和时间直接求出前进的距离。为了减少高速行驶中因轮胎受热膨胀而影响计算精度的误差要取一个距离系数进行修正，以提高导航的精度。陀螺传感器可直接测出前进方向的变化和行驶路线状态，例如汽车行驶在勾状山道、发夹式弯路、蛇形路面、环状盘形路、雪道空地打滑、轮渡过河等地段时所有这些曲线行驶的距离与卫星导航的经纬度比较会产生较大误差此时只有通过陀螺传感器和微处理器的运算修正才能得到汽车的正确位置。车速传感器常采用数字里程表，陀螺传感器采用压电晶体陀螺。

　　地图匹配器

　　由GPS导航和自主导航（包括车速传感器和陀螺传感器）所测得的汽车坐标位置数据、前进的方向和行驶路线轨迹在电子地图上都存在一定误差，为了修正这些误差，需采用地图匹配技术。增加一个地图匹配电路，对汽车行驶的路线（包括各种传感器检测到的轨迹）与电子地图上道路的偏差进行定时数字相关匹配，作出自动修正，然后由微处理器整理程序进行实时快速处理在电子地图上得到汽车正确位置的显示。

随着技术的进步近年来利用模糊逻辑控制原理替代原来的复杂数字相关匹配技术组成的地图匹配器，可以大大简化系统结构，降低成本，提高精度。

　　LCD显示器

　　世界平板显示器发展表明，薄膜晶体管有源矩阵液晶显示器（TFTAMLCD）是个发展方向。因为它每个像素后面都配置了一个半导体开关器件来驱动，从而实现了高亮度视频图象显示，具有对比度好、扫描线多、视角宽，低反射等优点。日本导航研究会把三基色（RGB）TFTLCD制定为导航用的标准，尺寸为5.6 英寸，224640个像素（234x960），6.4英寸，449280个像素（234x1920）。这种显示器由于视角宽，亮度高，使得在副驾驶座和后座位上均能看到清晰的画面，因而应用广泛。在我国已生产。

　　最近国际上推出的宽屏幕画面7英寸液晶显示器336960个像素（234x1440），对角线180mm纵模比16：9它具有一般家用彩电功能通过增加电路能提供双画面和画中画画面，纵向长距离扩大画面显示等功能这样就实现了导航地图画面、电视接收，重调多频信息接收等多种功能，给驾驶员长途驾驶带来乐趣。

　　通讯系统

　　车辆的移动性决定了系统的通讯必须采用无线电通讯方式r现在常用的通讯方式为常规通信、集群通信GSM的短信息业务三种。其中GSM的短信息业务用于定位数据传输目前较为流行因其覆盖面范围广可以实现全球通但是时间问题是制约其发展的重要因素。我国GSM公用数字移动通信是覆盖面最大、系统可靠性最高、保有量最多的数字移动通信系统利用GSM传输、GPS信息及其他信息是一种经济、有效的通信方式。

　　基于GPS的公共汽车在线跟踪控制系统

　　由于公共汽车线路固定不存在选择最佳行驶路线的要求采用GPS定位系统的目的主要在于跟踪控制车辆及时调度，方便乘客。为进一步方便乘客和调度车队新加坡新巴（SBS）已在试验实施GPs公共汽车在线路跟踪控制系统。该系统包括：安装在主要公共汽车站的乘客显示牌基于GPS的公共汽车在线定位系统（每辆公共汽车上都配有车载计算机及GPS定位机）公共汽车驾驶员显示屏，中心控制计算机等。中心控制计算机时刻跟踪监视每辆公共汽车监视其预定的到站时间甚至每辆公共汽车的上座率并在各，站点的乘客显示牌上通知试图等车乘客关于公共汽车的运营情况，以便乘客更好地计划自己的行程减少等车时间，同时也使车队更好调节车辆发车的频率。

　　基于GPS的出租车队自动调动系统

　　出租车已成为各大城市仅次于公共汽车的重要交通方式。由于新加坡出租车费低廉因此，高峰时很难租到车而平常出租车的空驶率又很高。为了提高道路利用效率更有效的利用出租车，新加坡几家大型出租车公司分别采用和准备采用基于GPS的出租车队自动调度系统该系统允许等车的乘客通过电话接入系统控制计算机，待乘客输入诸如起讫点和时间后计算机通过GPS搜索到与乘客接近的空车并将需要信息以闪烁方式显示在驾驶员显示屏上此时若驾驶员接受该客人可按应答键确认接受。待驾驶员按下确认键后该客人的起讫点等信息才予显示（防止驾驶员拒载）。若驾驶员不接受则在按“不接受键”后系统会自动搜索另一部较近的出租车。对经常用户系统还可提供定时预定出租车定点接送等服务。

　　基于GPS的车队调度系统的效益不仅在于有效的调度出租车而更重要的是在于装载这套系统的出租车已经成为车辆探测器（Vebicle probe），成千上万的24小时服务的探测器，为城市交通监视与控制提供了极宝贵的基础资料。基于GPS的行车记录仪

　　行车记录仪主要用于记载车辆运行路线、运行速度及加速度变化情况以便管理部门检查车辆的运行情况。对遇疲劳驾驶、车辆超速等交通违章约束驾驶员不良驾驶行为保障车辆行驶安全有重要作用。并且为交通安全管理部门提供了有效的执法工具。欧盟、日本等国家20世纪70年代开始以立体的形式，在部分客运和货运汽车上强行安装汽车行驶记录仪。行车记录仪由GPS接收机、电子地图及电子地图匹配器、处理器等组成它实时接收移动车辆的GPS定位数据并将其通过坐标转换，由地理坐标变为屏幕坐标在电子地图上以一定符号显示车辆定位的动态轨迹可以全屏显示、缩放和分层显示还可以选择任意路段回放车辆轨迹并任意选择回放速度。

　　由于行车记录仪的任务只是进行车辆轨迹的描述不需要通信系统因此结构非常简单成本低廉而且容易实施。因此，国内外应用相当广泛。