卫星导航技术 与汽车应用系统
概述
若干年以来，汽车的制造技术变得越来越先进，汽车制造商将其注意力从基本的交通运输工具的出发点，向设计特色需求转移，使汽车变得更安全，更舒适，更易操纵。其特点之一是在汽车上安装卫星导航应用设备GPS)。
GPS系统是由24颗位于2万多公里高空的卫星组成的星座构筑起来的。地面或近地空间的移动目标，只要收到其中四颗卫星的信号，便能准确地确定自己的三维位置。本来利用电波时延的三角学方法，只要有三颗卫星信号，就能确定一个点的三维(如X、Y、Z)位置，利用四颗星的目的是同时求解另一个在变化着的未知量(时位)。所以进行二维定位时，只要三颗卫星的信号便可。
通常，GPS民用信号的导航精度为15-20米。有些情况下，如汽车自动驾驶等应用时，这样的精度不够，可以考虑采用差分，即DGPS技术，定位精度可提高到2米左右。一般的差分技术都需要专门的基准站，并广播差分信息，如汽车上的设备收到差分改正信息后，便可获取较精确的定位数据。鉴于差分的应用有如此麻烦，所以普通的车辆应用情况下不必采用差分技术。
汽车应用系统
GPS车辆应用的模式早期以日本的汽车导航、美国的车辆自动定位(AVL)和中国的车队管理这三大应用系统，最具代表性。日本的汽车导航仪初期只是用于道路指引和显示，美国的车辆自动定位系统主要用于紧急报警、道路救援和医疗求助，中国的车队管理系统则是用于各种车辆，特别是特种车辆的监控跟踪和指挥管理。上述的车辆应用的三大模式，后来发展成汽车导航和车辆监控两大类，最近又出现导航与监控合二而一的发展趋势，出现了所谓网络导航，或称为车辆信息系统(telematics)。
一旦汽车上装了GPS设备，便可得到车辆位置信息，如自备预装的电子地图，则可确定至给定目的地的行车路线，并可在监视器实时显示地图和汽车所在位置。这就是寻常所说的汽车导航仪。利用导航仪可以提供就近的兴趣点，如加油站、超市、饭店、旅馆和自动取款机等的位置信息。还能语音和地图提示沿途的左转右拐。
汽车GPS还可以记录旅行的轨迹和距离，以及行车速度等数据。作为一个司机行车活动的记录和日志，包括行车日期时间、目的地地址、通过的道路和街名、每个站点停顿与时间，这样利于业主管理和统计研究。当然也可以设置超速报警和记录在案。这些都是车辆监控系统必备的功能。
汽车GPS还可用于安全防盗报警，找回被窃车辆，因为可动报警或点名应答功能，能够获取汽车位置信息，以利发现和追回车辆。车主能对汽车通过蜂窝电话等方式遥控汽车引擎和门锁开关。同时可用于对汽车状态进行监测，在蓄电池电量和油量不足时先行告警。
GPS车辆应用的一个很重要的方面是车队和物流管理，实现路线控制与安排，优化货物配送，进行客流调运，广泛用于长短途运输、公交、出租、租赁和特种物品运输行业。
由于GPS是应用无线方式实现的卫星导航与定位，因此信号易受遮挡阻隔而中断，以及多径传播效应的影响，人们于是采取了相应的对策，有一种DR (Dead Reckoning) 技术保证卫星信号中断期间，汽车的运行位置轨迹仍是连续的，能继续实现对车辆的跟踪监控。这种DR技术实际上是从汽车的陀螺仪传感器和车速表的方向和距离的信息，通过计算在GPS确定的最后一组绝对位置上加上DR提供的相对变化值，以提供现时的汽车位置数据。由于DR技术提供的数据存在着累积误差，所以只能作为GPS的辅助工具使用。好在GPS卫星的信号所受的城市建筑物或立交桥与隧道等遮挡大多只是暂时性的，妨碍不大。
卫星导航应用的日益广泛，有GPS以外的系统，如GLONASS和Galileo(伽利略)等星座逐步加盟，多星座兼容和共用使卫星导航的可用性、连续性、可靠性、精确度都会有本质的改善。此外，卫星导航的接收机技术和导航算法都在不断的改进，所以卫星导航的定位精度在不断提高，变得越来越好用。在室内实现卫星导航定位的时日来到已是屈指可数了。
卫星导航的汽车应用的发展趋势和导航仪市场预测
卫星导航的汽车应用最早是在日本，以自主导航仪方式发展起来的，当时的集成方式是GPS接收机加上DR，配合数字电子地图，以及相应的软件，就成为一个完整的笫一代汽车导航仪，后来又加上实时交通信息，所以加上接收FM或RDS的广播数据信息，便成为笫二代。新的一代则是实现双向通信、上网、娱乐功能、信息服务加上去了。由于与汽车的音响视放系统结合，所以与汽车的关系越来越密切了。当今社会，汽车盛行，计算机盛行，信息盛行，于是在汽车上找到了结合点，汽车的电子信息系统肯定会是汽车产业和电子信息产业相互融合的热点、亮点、结合点。以汽车PC为平台，将导航、通信、组网、安防、上网、办公、娱乐休闲、信息服务、故障诊断、汽车保修融在一起，形成一个一体化的产品，不仅为卫星导航找到了新的应用出路，也有利于汽车的升级换代，降低综合成本，开创“网络汽车”、“信息汽车”，或曰“数码汽车”的新时代。
目前车辆应用是卫星导航最具规模和后劲十足的应用领域，其中尤以汽车导航仪的份额占压到优势。根据国际权威咨询机构预测，从2000年到2006年的七年间，卫星导航应用产品整体市场以年平均增长率为26.9%的速度往上攀升，汽车导航仪所占额度始终高居榜首，2000年约占总产值的30%左右，而至2006年则占41%，发展趋势是有增无减，年平均增长率达到32.7%。由图1可见，直到2010年汽车导航仪每年绝对增长数在原基础上都要达到100余万台，所以到2010年当年的销量为1300万台，以每台1000美元计，总产值为130亿美元。
图1. 2000-2010年间全球汽车导航仪销售总量与预测
(单位：万台)
汽车导航仪示例
整机总的包括有：(1)ICN630 12信道GPS接收机；(2)ICN630 导航软件；(3)车档风玻璃和控制台安装架；(4)12/24V车用电源线；(5)户内用主电源包；(6)USB电缆(与PC连接用)(7)运输包装箱；(8)CD-ROM。
最大的移动性保障条件：(1)系统的车内操作保证；(2)备份重置的路线规划；(3)即设置即上路；(4)语音和图像路径提示说明；(5)驾车时全自动操作。
软件特征(易用的接口)：(1)大的可选取图符；(2)易读地图；(3)广泛和好用的接口协议；(4)语音和可视导航指令；(4)从存储器或直接从SD或MMC卡上获取地图数据；(5)简明扼要的导向；(6)估算到达时间、所要走的距离与时间，自动计算行进速度。
硬件特征：(1)显示用的是先进的TFT QVGA车用彩屏，宽幅面，320X240分辨力；(2)Intel(r) PXA250应用处理器(伴有Intel(r) XScale(tm)技术)；(3)系统存储器为64MB RAM；(4)64MB 闪存作地图和数据存储用；(5)2英寸的喇叭用作语音提示用。
技术性能规范：ICN630技术性能规范
■天线
接收机频率 1575.42 MHz (L1 )， C/A code, 标准定位服务
天线类型 板块天线，全天空接收
■GPS接收机
技术 Intel(r) PXA250 应用处理 器(含 XScale(tm)技术)
卫星接收器 12信道平行接收
■首次定位时间 (TTFF)
热启动 18 秒
温启动 48 秒
冷启动 120 秒
■定位精度
水平 在最佳条件下达5米 (95%)
■电源连接
电源 12/24V DC 或通过主适配器
■标准
FCC Part 15,
CE 和C-tick'
E mark
■保修期
12个月
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