GPS在车辆定位和导航系统中的应用

简介

近年来，随着经济的飞速发展，的增长速度大大超过了公路建设的速度. 任何城市在改善道路条件方面都面临相对滞后的局面，导致交通拥堵和环境恶化. 运输系统（ITS）已成为解决运输问题的唯一有效方法. 使用全球定位系统（GPS）城市车辆定位技术作为ITS的关键技术之一，结合电子地图等其他方法，您可以根据城市道路拥堵和最佳交通路线选择交通路线，从而避免了选择运输道路. 盲目性提高了城市车辆的调度和管理水平，减少了车辆的出行时间和燃料消耗，从而确保了城市道路系统负荷的均匀性，达到了改善交通状况的目的. 可以使用各种技术手段来进行车辆定位和导航，但是车辆的精确定位是最重要，最困难和最昂贵的. 但是自从GPS用于车辆定位和导航以来，情况发生了革命性的变化. 下面以GPS为切入点，介绍其在车辆定位导航中的应用.

1. 简介

自1960年代以来，许多国家已经开始对导航和定位技术进行研究. 最初，它主要用于军事目的，例如使用惯性设备的美国“民兵（MX）系列”，该设备首先使用导航和定位技术. 随着现代技术的不断发展，导航定位系统组件已开始朝着小型化，轻量化和低成本的方向发展. 结果，导航和定位系统逐渐进入了消费市场，尤其是在运输领域（主要用于引导和清除交通流量）.

从起点到目的地引导载体的技术和方法称为导航；车辆导航系统应测量并计算车辆的瞬时运动状态和位置，并将其提供给驾驶员或自动驾驶仪，以实有限，该系统最终没有实施.

到1980年代，随着通信技术和计算机技术的不断发展，欧洲，美国和美国相继开发了CARIN系统，EVA系统，LOREN系统，OMEGA系统，RACS系统和AMTICS系统.

1990年代后，卫星定位技术持续改进，美国和前苏联分别改进了其卫星定位系统，从而GPS系统和GOLLNAX系统开始进入民用市场，该系统导航系统得到了极大的发展.

从导航和定位技术的发展过程来看，其发展与相应时代的技术发展平行. 在1990年代，基于GPS的导航系统得到了不断改进，并进入了的实际应用阶段. 美国开发了PATHFINDER系统，日本开发了VICS系统. 在中国，GPS定位和导航技术近年来也取得了长足的发展，例如西安504开发的WP2000系统主要用于导航和报警.

2. GPS概述

2.1 GPS系统简介

全球定位系统（简称GPS）是由24个绕地球轨道飞行的导航卫星组成的星座. GPS使用这些卫星发送的精确时间和位置信息进行定位. 该系统提供地球上所有点的三维坐标.

美国五角大楼使用GPS提供的导航数据来应对困难的地形和意外情况，并且还控制着系统. 尽管GPS主要用于军事目的，但其在民用和商业领域的价值一直得到公认. 因此，GPS卫星发送两个代码: 一个是仅用于军事用途的加密代码PPS（也称为P代码），另一个是用于民用的标准丁人名优质服务代码SPS（C / A代码）. 美国政府在21世纪初宣布，从2000年5月1日起，将取消安全联盟政策，这将大大提高民用C / A代码定位的准确性.

GPS系统主要由三部分组成: （1）GPS卫星（空间部分），（2）地面监视系统和（3）GPS（用户部分）.

2.2 GPS定位的基本原理

GPS定位的基本原理是基于高速卫星的瞬时位置作为已知的起始数据，以及后方空间相交的方法来确定待测点的位置.

使用GPS进行定位是基于GPS卫星与用户天线之间的距离（或距离差），并且基于卫星的已知瞬时坐标来确定与用户相对应的点，即是要确定的点. 关键是确定用户的接收天线和GPS卫星之间的距离. GPS定位方法有两种: 绝对定位和相对定位.

3. GPS在车辆定位导航中的应用

关于车辆定位和导航的研究始于1970年代，目前被称为AVLN（自动车辆定位和导航）.

AVLN是智能运输系统（ITS）或智能车辆/公路系统（IVHS）的基本链接.

自1995年以来，GPS车辆定位和导航系统由于其定位准确度高，相对成本低以及设计和安装相对独立而在中国得到了快速发展. 中国科学技术大学的GPS实验室也在其中进行了开拓性的工作.

3.1 GPS车辆导航系统的开发

GPS全球定位技术是一项高科技技术. 过去，它主要用于铁路，航空运输和航运行业. 随着GPS全球定位系统技术的成熟，该技术已开始转移到公路运输领域. 目前，GPS车辆定位系统主要用于公交，出租，客运等行业. GPS定位技术可以很好地解决高速公路交通拥堵的现象. GPS车辆定位系统是一种通过GPS全球定位系统为辆提供定位信息的系统. GPS系统可以提供全球覆盖，全天候和免费的高精度标准定时/导航和定位服务. GPS可以实时获取纬度和经度信息，以确定纬度和经度的位置，速度和时间. 车辆定位系统将获得一系列信息. 确定车辆特定位置的过程. 日本，丰田，东芝，索尼等在汽车导航系统研究方面处于世界领先地位. 1991年，东芝的汽车导航系统使用了可操作的电视GPS来显示沿途餐馆，旅馆和商店的信息.

1994年，索尼公司推出了带有电子地图的汽车导航系统，将8通道GPS接收机与CD-ROM格式的地图和信息结合在一起，并从FM广播中接收交通信息. 奔驰，丰田和本田等大型公司积极开发自己的导航信息系统，并扩大了导航信息服务市场. 在美国，克莱斯勒公司开发了基于GPS的车辆导航系统. 丢失卫星信号后，系统可以使用指南针和日志来维持车辆的持续导航. 威斯汀之家使巴黎的公共汽车成为最早使用车辆调度和导航系统的公共汽车.

3.2 GPS和车辆导航系统

GPS在ITS中的应用主要体现在车辆导航中. 在GPS应用中，车辆定位和导航应用发展最快，并获得了巨大的经济和社会效益. 车载应用已跃居GPS应用的首位.

尽管汽车是人们日常生活的一部分，但拥有汽车并不一定会使我们的生活更轻松. 与乘坐固定路线行驶的公共交通工具不同，汽车和卡车司机需要知道到达目的地的路线以及在哪里停车. 如果道路网络很复杂，那么驾驶员很容易迷路. 这种情况既焦虑又浪费宝贵的时间.

车辆导航系统就像是自信的导航员，坐在汽车的前排乘客位置，可引导驾驶员毫不费力地准时到达目的地. 即使使用导航系统，如果驾驶员的方向辨别能力太差，也很容易迷路. 如果您在显示屏上显示当前位置和目的地，事情将会很容易. 显示屏上的箭头指示您当前的位置，并建议您到达目的地的方向. 某些导航系统具有声音导航提示功能，例如在您面前右转或您到达目的地的中途. 因此，驾驶员不需要经常看显示器. 导航系统的另一个吸引人之处是信息软件库，该库将诸如餐馆，高尔夫球场和其他所之类的本地道路信息汇总在一起.

所谓的GPS车辆导航系统是一种使用GPS信号监视和定位机动目标，并根据轨道条件优化和引导其运动的系统. 车辆导航系统的使用可以带来诸如缩短旅行时间，快速到达目的地，减少能耗以及确保驾驶安全等好处.

车辆的GPS定位和导航系统的正常运行至少需要全球GPS卫星系统，且可靠的GPS，快速而强大的计算系统，广泛而全面的电子地图以及诸如无线通信网络之类的辅助设施.

3.2.1车辆定位技术

车辆定位技术是整个车辆导航系统的基础. 系统中几乎所有功能都基于车辆定位的准确性. 车辆定位的准确性和实时性直接关系到智能交通系统的实用价值和整体性能. 由于车辆定位技术在车辆导航系统中的特殊和重要作用，车辆定位技术一直是各种车辆导航系统研究和开发的重点. GPS全球定位系统是美国提出并实施的一项巨大的太空项目. 其最初目的是为美军服务. 但是，随着近年来GPS技术的平民化，它已逐渐成为一种全球性工具. 在陆地上的移动信息系统方面，GPS正在逐步应用于安全和车辆导航领域. GPS定位精度高，实时性好，基本可以满足未来ITS中车辆导航系统的精度要求. 因此，基于GPS的车辆自动定位/导航和管理系统的开发和应用受到了部门的越来越多的关注，将显示出巨大的经济和社会效益.

3.2.2 GPS车辆定位系统的硬件设计

车载设备的特定工作环境要求GPS车辆定位系统尽可能小且尽可能可靠. 因此，系统硬件的核心部分适合选择嵌入式计算机. 随着计算机技术的飞速发展，嵌入式微型计算机作为控制器已经在世界各地得到了广泛的应用. 由于PC架构的广泛普及，与PC兼容的软件，硬件，设备和开发工具比其他架构更丰富，更便宜. 将PC体系结构用于嵌入式应用程序意味着可以大大减少开发. 降低成本，降低风险，缩短开发周期并减少许多系统维护和技术支持的麻烦. PC / 104计算机可以满足上述要求. 它体积小，集成度高. 它在架构，硬件和软件方面与PC总线完全兼容，紧凑的堆叠模块非常适合嵌入式控制应用的独特要求. . 由于使用CMOS器件gps在生活中的应用，PC / 104模块具有低功耗和无散热问题，并且具有较宽的工作温度范围（0-700°C）. 结构紧凑且非常紧凑，仅占90mm×96mm的面积. 超小体积使得安装和携带非常方便；产品零件数量减少；由模块组成的系统直接堆叠而无需底盘和底板. 它具有良好的抗冲击性和抗冲击特性. 现有的PC / 104模块提供了用于构建嵌入式系统的各种组件. 其高度集成的模块化结构适合各种应用.

3.2.3基于GPS导航技术的电子地图

电子地图是GPS导航系统的重要组成部分. 它是导航系统和用户之间的接口. 它将接收到的导航和定位信号与机动目标范围的地理特征相结合，以动态，直观地针对运动进行管理和引导，从而用户无需了解接收到的数据的含义即可方便地使用导航系统简而言之. 电子地图也是导航系统性能的扩展. 由于电子地图由相应的软件组成，因此可以方便地实现各种功能，并最大限度地发挥导航系统的潜力. 无需硬件即可方便，准确，快速地进行操作. 调整.

3.2.4地图匹配技术

通过定位技术测量车辆在电子地图上显示的行驶路线. 但是，无论哪种定位技术都有其不可克服的局限性. 导航技术依赖于的限制（如Sign PoST）或受定位信号精度的影响（如GPS）;导航技术的准确性受方向检测器和车辆速度的推测影响. 脉冲装置的精度受到限制，并且存在累积的误差，即，误差随着车辆行驶距离的增加而变大. 由于这些错误，车辆的位置会偏离. 地图匹配是一种确定车辆在地图上的位置的技术. 它的纠错技术只是避免了定位技术无法克服的限制. 地图匹配是指GPS测量到其当前的载体相关位置信息后，再从电子地图中获取相关信息，然后通过匹配算法获得诸如载体位置等偏差信息，并进行实际校正. 时间准确显示车辆. 的位置. 可以说，地图匹配算法的效果直接关系到车辆定位的准确性. 地图匹配技术是决定导航产品最终性能的关键技术. 因此，由地图匹配算法实现的结合GPS和电子地图的组合导航技术是一种理想的导航方式.

4. 车载GPS系统的应用实例

GPS技术在汽车导航和交通管理工程中的研究和应用刚刚在中国开始，国外在该领域的研究已经开始并取得了一定的成果. 加拿大卡尔加里大学设计了一个动态定位系统，该系统包括一个捷联惯性系统，两个GPS和一个微型计算机，可以测量现有道路的线性参数并为道路管理系统服务. 美国已经开发了城市管理系统. 该系统使用GPS和GIS构建道路. 该包含各种当前数据，例如道路的确切位置，人行道状况和道路沿线的设施. 它于1995年正式运营，在城市管理中发挥了重要作用. 近年来，在国外已经开发了各种用于车辆感应的系统. 车辆位置的实时确定主要基于惯性测量系统和车轮传感器. 随着GPS的发展和所显示的优势，它已经取代了前两种方法. 趋势. 用于城市车辆感应的GPS定位通常用于在城市中建立参考站. 车载GPS实时接收参考站发送的信息gps在生活中的应用，并可以通过差分处理来计算实时位置. 当前位置和要达到的目标都在路上. 通过在网络中执行优化计算，可以在道路电子地图上显示到达目标的最佳路线，并且可以为公共安全，消防，紧急维修和紧急救援等车辆提供服务.

本文来自电脑杂谈，转载请注明本文网址：
http://www.pc-fly.com/a/shumachanpin/article-160862-1.html