·73
·人文科技
汽车gps定位GPS 技术车载导航系统应用
田　野　李培安　付如松
（沈阳理工大学，辽宁 沈阳　110159）
摘　要：GPS 车载导航设备作为一种全新概念的汽车电子用品，可以在地理信息服务、城市导航、自驾远游等方面为车主提供诸多便利。在欧美、日本等国，GPS 车载导航仪已经成为大众的一个生活辅助工具，甚至是必需品。通过对日常生活的客观状况的了解，提出自己粗略的见解。目前，随着私家车保有量的大幅提升，参与国内GPS 市场角逐的企业也如雨后春笋，GPS 车载导航仪产品不再是少数专业人士及探险家手里的“发烧”级装备。选购此类高科技产品时，消费者往往处于“一知半解”的状态，容易产生困惑和迷茫。
关键词：GPS 技术；车载系统应用
1　GPS 地图卫星定位系统技术内容简介1.1　GPS 技术系统简介GPS（GlobalPositioningSystem），一般译为“全球卫星定位系统”，是美国国防部安排部署的，其首要的任务是为美军及其盟军提供全球范围内不间断的定位、导航等数据。GPS 系统包括GPS 卫星、GPS 监控站，以及用户接收设备和GPS 应用软件等部分。GPS 系统目前共有24颗卫星分布在6条固定的轨道上，绕地球运行。轨道距地面约20400km，每颗星以12h 为周期，连续向地面发送关于时间和自身位置的精确信息。由于地球上任一点到卫星的距离不等，且都有一组相对应的比较确定的数据，因此在实际应用中在用手持接收器于测试点接收到这一组数据信号时，即可用这组数据到达的时间差来计算该点相对卫星的距离，并以此来确定该点的相对位置，从而达到定位的目的。根据计算公式，定位有二维和三维之分，二维定位至少需要接收三颗卫星的星历；而三维定位至少要接收四颗卫星的星历。1.2　其他卫星定位系统GPS 地图导航卫星
系统除美国的GPS 卫星系统外，能与其比拟的就是俄国的GLONASS 卫星系统，也是24颗卫星组成的系统，由于经费困难，缺乏维护和补充，目前可能有19颗可用，随着俄国经济的复苏和军事上的需要，将会得到完善和健全。GLONASS 系统是开放性，有利于使用，许多GPS 生产厂商，为了提高GPS 接收机使用性能和精度，都积极地研究GPS 与GLONASS 结合双系统应用软件，充分地利用GLONASS 系统，已初见成效。如美国JAVAD 公司GPS 接收机，利用超级集成技术，在芯片中集成40个通用信道，把GPS 与GLONASS 的差异无端地缩小了，结合起来使用，使观测卫星增多。2　车载导航系统的现状利用全球卫星定位系统（GPS）信号进行汽车导航，根据采用的硬件平台不同，可分CAR-PC 车载导航系统、DVD 汽车导航仪、基于掌上电脑的车载导航仪及其他形式的导航仪等。2.1　CAR-PC 车载导航系统计算机技术在汽车上的应用程度日益向纵深发展，在1998年1月，美国消费者电子产品展示会上展出了首台CAR-PC 系统。它安装在一台名为超豪华概念车Else 的仪表板上，是属于开放式结构的轿车微机平台，使用微软Windows CE 操作系统。从功能上看，它集轿车音响功能、计算机功能、导航功能、语音识别式无线通讯系统功能等于一体，并以轿车技术为核心，为轿车提供了信息和娱乐设施，实现了驾驶者安全驾驶过程中自由接收、打电话拨号、查询特殊目的地、接收交通和气候信息以及改选音乐唱片等功能。国内在CAR-PC 导航产品方面研究开始较早，但由于价格及实用性等方面的原因，主要应用在公安、部队及其他一些特殊行业中，普及面很小，知名品牌的产品还没有出现，许多大学也都在研制类似的产品，但是具有广泛影响的产品及技术还不多见市场推广工作进展比较缓慢。2.2　CD-ROM/DVD 汽车导航仪CD-ROM/DVD 汽车导航仪需要预先加装到汽车上，并且一旦将它安装到汽
车上以后，就无法拆下来，也不能移到别的汽车上使用。在这类汽车导航仪中需要使用经过屏蔽（防磁）处理的高价电缆线，以防止其电磁波对于其他的车载设备产生影响，所以它的价格也比较高。在日本，九州松下电器 公司、建伍、先锋等电气公司所推出的产品基本上为DVD 的形式，DVD 产品比CD-ROM 产品具有更大的容量和更好的性能。3　车载导航GPS 地图的应用原理及其应用模式3.1　车载导航GPS 地图的应用原理利用GIS 中的电子地图和GPS 接收机的实时定位技术，组成GPS+GIS 的各种电子导航系统。3.2　车载导航电子地图的应用模式车载导航电子地图的应用模式主要有如下二种：一是GPS 单机定位＋矢量电子地图。该系统可根据目标位置（工作时输入）和车船现位置（由GPS 测定）自动计算和显示最佳路径，引导司机最快地到达目的地，并可用多媒体方式向驾驶员提示。制作矢量地图数据库需要花费较大成本。二是GPS 差分定位＋矢量电子地图。该系统通过固定站与移动车船之间的两台GPS 伪距差分技术，可使定位精度达到1～3M，当采用双向通讯方式时，则可构成车船的自动导航系统，又可将移动车船上的GPS 定位结果准确实时地传送到控制中心，并在电子地图上显示出来，构成交通网络监控指挥系统。4　GPS 定位过程简介GPS 结合电子地图能够实现城市交通管理、车辆调度管理，公安、银行车辆，港口、河流船舶的自动导引与监控，具有巨大的应用潜力。根据地形图制作而成的矢量电子地图，GPS 坐标还需经过坐标转换才能正确与之匹配。下面将从GPS 定位坐标系、WGS-84大地坐标、地图投影、平面坐标变换等几方面详细讨论坐标匹配问题。GPS 定位过程主要有如下几个步骤：第一，确定用户的宇宙直角坐标系位置，即用户的X、Y、Z 位置。第二，宇宙直角坐标系至WGS-84大地坐标系的转换，既求出用户的WGS-84大地坐标位置λ、φ、h。第三，坐标投影转换，即将
球面坐标λ、φ、h 转换成平面电子地图投影坐标，如高斯-克吕格投影坐标。第四，二维平面相似性变换，即经过平移、旋转、缩放运算，达到其与GPS 地图的配准。上述四个过程全部都是由计算机用程序自动计算获得，具体算法这里介绍从略。5　基于GPS 和电子地图的车辆自动导航系统的组成及功能5.1　基于GPS 和电子地图的车辆自动导航系统的组成整个GPS 电子地图车辆动态引导系统构成如下图所示，它由主控计算机、液晶显示器、语音报警器、遥控器、组合导航处理器、GPS 传感器、速率陀螺仪、光驱等组成。主控计算机视用户需求不同，可以是通用计算机，也可以是专用处理器。5.2　基于GPS 和电子地图的车辆自动导航系统的功能本系统可以实现车、船等运动载体的电子地图中的实时跟踪显示、最优路径选择及导引、显示导航信息、地图检索、语音提示告警、矢量图分层显示及缩放显示；可以满足城市车辆，港口、河流、海用船只的导引与监视，GPS+航迹推算组合导航功能即使在信号不正常的条件下也能正确引导。电子地图存储于光盘中，可存储大容量矢量电子地图。矢量电子地图生成点阵形式存放于主机内存中，可达到地图检索和车辆跟踪的平滑效果。车船行至地图边缘时，将自动从光盘中调入下一幅新的矢量图，实现自动切换。作者简介：田野（1995—），男，辽宁大连人，沈阳理工大学学生。  李培安（1993—），男，甘肃庆阳人，沈阳理工大学学生。
付如松（1994—），男，河北衡水人，沈阳理工大学学生。