汽车电子导航系统

汽车电子导航系统随着现代电子技术的发展及在汽车领域的大量应用，一方面汽车的性能得到了相当程度的提高，比如，发动机电控系统的出现和完善，使燃油经济性能达到前所未有的水平；借助防抱死制动系统，车辆行驶安全性得到很大提高。另一方面汽车也能提供给人们越来越多的便利，汽车导航就是其中的一个典型的例子。随着经济水平的提高，人们自行驾驶车辆出行的机会越来越多，但因为对道路不熟悉，走弯路、走错路时常发生。而汽车导航系统的出现就可以很大程度避免这种情况，驾驶员只要将目的地输入系统，导航系统就会根据电子地图自动计算出最合适的路线，并在车辆行驶中，驾驶员根本不用考虑该走哪条路线，就能轻松快捷地到达目的地。导航原指飞机、轮船等交通工具在行驶时借助其他装置了解自身位置和航行状态，借以保证航行安全、提高运行效率和运输企业的经济效益。汽车导航的目的就是引导汽车在繁忙的交通状态和复杂的道路网络中选择最佳的路径，使其能在尽量短的时间和路程内到达目的地。其在导航方面的作用是能在电子地图上实时显示车辆位置，其中包括地理位置查询、地图比例缩放、语音提示、补充新道路、自动选择最佳行车路线等功能。返回汽车导航的目的确定自身位置和行进方向，避免在生疏地带或夜间行车时迷失方向。引导汽车在繁忙交通状态和复杂的道路网络中，选择最佳的路径，使其能在最短的时间和路程内到达目的地，解决目前世界各大城市“有路行不通”的问题汽车导航系统是在全球卫星定位系统GPS基础上发展起来的新型技术。驾车者只要将目的地输入汽车导航系统，系统就会根据电子地图自动计算出最合适的路线，并在车辆行驶过程中（如转弯前）提醒驾驶员按照计算的路线行驶。今天，车用导航系统在日本已基本实现普及，在美国和欧洲的市场增长也是一日千里。随着宽带网和移动网的普及应用．GPS，GIS／GSM的综合应用必将迅速推广，属于ⅡS核心技术之一的GPS车辆导航系统将有更多机会开辟新的更为广阔的国内市场。1.1汽车导航仪简介及其工作过程1.1.1汽车导航仪概念因为对汽车导航不熟悉,很多人一听到汽车导航,想到的就是GPS全球定位其实这种认识是不全面的,完整的汽车导航系统应该包括两部分:全球卫星定位系统和车辆自动导航系统。其一般是由GPS天线,集成了显示屏幕和功能按键的主机,以及语音输出设备(一般利用汽车音响系统输出语音提示信息)构成的。受车内车导航设备和汽车音响集成在一起。汽车导航仪是近年来兴起的一种汽车驾驶辅助设备，驾车者只要将目的地输入汽车导航系统，系统就会根据电子地图自动计算出最合适的路线。并在车辆行驶过程中（例如转弯前）提醒驾驶员按照计算的路线行驶。在整个行驶过程中，驾车者根本不用考虑该走哪条路线就能快捷地到达目的地。当前的汽车导航系统包括两部分：全球定位系统和车辆自动导航系统。汽车导航设备一般是由GPS天线，集成了显示屏幕和功能按键的主机，以及语音输出设备（一般利用汽车音响系统输出语音提示信息）构成的。受车内安装位置的限制，一般汽车导航设备和汽车视像音响合成在一起，可以搔放CD、VCD和DVD碟，其中啪驱动器负责读取电子地图DVD光盘，因此，一些汽车导航系统又称为DVD导航系统。车用导航系统是全球卫星定位技术应用于汽车定位导航的电子产品．来自太空的GPS卫星24小时免费向全球发送定位信号．使之成为定位导航应用中晟方便廉价的信息源。自1990年世界第一台车用导航系统问世以来。在短短10年的时间里，车用导航系统在全球迅速普及，增长势头锐不可挡，成为一颗备受世人瞩目的“新星”。2汽车导航仪的工作过程目前世界上应用较多的是自主导航,其主要特征是每套车载导航设备都自带电子地图,定位和导航功能全部由车载设备完成。它的工作过程主要有以下几个步骤1.2.1用户输入目的地在出发前,用户通过系统提供的输入方法将目的地输入到导航设备中。除了在系统显示的电子地图上直接点击选取地点外,更多时候是借助某种输入方法,将目的地名称(如路名、维修站、机场、火车站、码头、停车场、加油站、酒店、餐厅、医院、邮局及其它公共服务单位等)输入到系统中。根据输入设备的不同,可以有不同的地名输入方法。比较常见的是类似目前手机的输入方法,利用显示屏幕周围的旋钮和按键,在屏幕上出现的字母表中选取字母,组成地名,确认后将这个地名输入到系统中。但是国内市场上的汽车自主导航系统很少采用这种输入方法,因为中文的基本构成单元单字的数量数以千计,不可能全部列在屏幕上供用户选择,而且国内汽车自主导航产品基本都是基于PC结构。因此,或者借助外接键盘(从使用和存放的便利性出发,多数采用无线键盘)以类似PC机的中文输入法作为地名输入方法的汽车导航系统,或者利用触摸屏借助日益成熟的手写识别技术进行中文输入。依靠键盘或触摸屏同时也可以实现几乎所有的功能按键的功能。基于以人为本的设计思想,特别是考虑到安全性的要求,目前人们也在开发基于语音识别技术的产品。1.2.2行驶路线的计算汽车导航系统中至关重要的一部分是存储在光盘或内置存储器(如硬盘)中的电子地图。电子地图中存储了一定范围内的地理与道路和交通管制信息,与地点对应存储了相关的经纬度信息。汽车导航主机从GPS接收机得到经过计算确定的当前点经纬度,通过与电子地图数据的对比,就可以随时确定车辆当前所在的地点。一般汽车导航系统将车辆当前位置默认为出发点,在用户输入了目的地之后,导航系统根据电子地图上存储的地图信息,就可以自动计算出一条最合适的推荐路线。在有的系统中,用户还可以指定途中希望经过的途径点,或者指定一定的路线选择规则(如不允许经过高速公路、按照行驶路线最短的原则等)。推荐的路线将以特殊的方式显示在屏幕上的地图中,同时屏幕上也时刻显示出车辆的当前位置,以提供参考。如果行驶过程中车辆偏离了推荐的路线,系统会自动删除原有路线并以车辆当前点为出发点重新计算路线,并将修正后的路线作为新的推荐路线。1.2.3行驶中的导航如果导航系统的处理结果不能以合适的方式表现出来,那么汽车导航也就只是一个有趣而无用的摆设而已。汽车自动导航系统的输出设备包括显示屏幕和语音输出设备。显示屏幕一般是个10~15cm(4~6英寸)的LCD液晶显示屏(如果需要手写识别作为输入,液晶显示屏表面还有一张透明的触摸屏),主要显示内容包括:可变比例的地图(包括相应的路名、公路编号、重要地点名称等)、车辆的当前位置、推荐路线等,根据用户的设定还可以显示如附近的维修站、加油站、停车场及其他上面提到的如机场、酒店、医院等公共服务单位的名称及地理位置等信息,以方便用户需要。在车辆行驶过程中,驾驶员必须全神贯注于驾驶,而不能经常去查看显示屏幕,因此,一个实用而人性化的车辆自动导航系统应该利用语音输出,在必要的时刻向驾驶员提供提示信息。比如,车辆按照系统推荐路线行驶到应该转弯的路口前,语音输出设备会提示驾驶员:300m后请向左转。这样,驾驶员根本不必关注屏幕的显示,也可以按照推荐路线正确快捷地到达目的地。汽车电子导航技术发展史导航起源最早期的车辆导航可追溯到公元前2600年的中国，当时人们在手推车装了一个人形的指南针，从而不管手推车在哪条道路上行进，指南针的手指始终指向南方。这种指南针的仿制品可在中国历史博物馆见到。现代车辆导航系统的发展及形成国际上车辆导航系统的发展现代车辆导航技术始于20世纪60年代晚期。当时美国联邦公路局启动了一个称为电子路径诱导系统（ERGS）的项目。ERGS是具有无线路径诱导能力的导航系统，可用于控制和分配交通流。由于资金的限制，该项目并没有完整的被实施，但初步的实验还是很有成效的。20世纪70年代以后，特别是80年代后期，车辆导航系统进入了一个迅猛发展的时期。这主要是由于有关ITS的相关技术日趋成熟，而有关ITS的组织如欧洲的ERTICO，日本的VERTIS和美国的ITSAmerica等也相继成立。ITS会议和有关刊物大量涌现，从而形成了一个所谓的“ITS”运动，如日本进行的CACS项目，欧洲进行的ACI工程项目，美国实施的NavergatorGuidestar项目，90年代后期有Pathfinder等。国内车辆导航系统发展历程我国的GPS产业是从GIS慢慢衍生出来的。97年，国内第一家从事专业移动导航系统研发的凯立德公司正式成立，并受到政府委托建设中国自己的国家地理信息系统，并对商业用地进行实地测绘，至此国内GPS行业的发展的大幕也被缓缓拉开，同时凯立德也被誉为中国国土资源信息系统构架师，其开发的系统被国家沿用至今。随着GIS产业的不断成熟，GPS的相关应用也随着国外GPS产业的逐渐升温而被重视，凯立德于99年首先进入了GPS领域。同年，另外一家通过国家甲级测绘资质的灵图也宣布成立，并开始了集软件研发、地图生产及相关服务在内的移动导航系统开发。2000年瑞图万方加入国内移动导航系统开发的队列，GPS软件研发队伍不断壮大，在此后的10年里，中国的车辆导航系统发展迅速，并取得了一定的成就，直到今天，车辆导航系统已经成为国内老百姓日常出行重要的帮手。”现代导航产品的发展历程与国内车辆导航产业发展所面临的问题“可以参阅WORD文档汽车电子导航系统的组成一是地面控制部分，由主控站、地面天线、滥测站及通讯辅助系统组成。二是空间部分，由24颗卫星组成，分布在6个轨道平面。三是用户装置部分，由GPS接收机和卫星天线组成。现在民用的定位精度可达10米内(GPS导航仪)。汽车电子导航系统由ＧＰＳ接收天线、ＧＰＳ接收机、计算机、液晶显示器、位置检测装置（绝对位置检测和相对位置检测）等组成，如图５－１所示。系统根据不同的位置进行分类检测，绝对位置的检测采用ＧＰＳ全球定位系统，相对位置的检测采用方向传感器（如地磁传感器、光纤陀螺仪），并利用车轮转速传感器测量车辆行驶距离。汽车电子导航系统的原理如图５－２所示。全球卫星定位系统GPS系统包括三大部分：空间部分—GPS卫星星座：地面控制部分一地面监控系统：用户设备部分—GPS信号接收机。1．空间卫星系统2．地面监控系统3．用户接收系统全球卫星定位系统空间卫星系统：空间卫星系统由均匀分布在6个轨道平面上的24颗高轨道工作卫星构成，各轨道平面相对于赤道平面的倾角为55°，轨道平面间距60°。空间系统的每颗卫星每12小时沿近圆形轨道绕地球一周，由星载高精度原子钟控制无线电发射机发射L1、L2两种载波，向全球的用户接收系统连续的播发GPS导航信号。GPS工作卫星网保障全球任一时刻、任一地点都可对4颗以上的卫星进行观测，实现连续、实时地导航和定位。全球卫星定位系统5个监测站均为无人职守的数据采集中心，主要任务是通过接收卫星发播的信号，测量每颗卫星的位置和距离，并将观测数据传送给主控点。主控站接收各监测站的卫星观测数据、工作状态数据、各监测站和注入站自身的工作状态数据。主控站通过大型数据处理计算机，计算出每颗卫星的轨道和卫星改正值、卫星星历和钟差等；并把数据传到注入站。注入站接收主控站送达的各卫星导航电文并将之注入上空的每颗卫星。每天发送给卫星一次。地面监控系统：1个主控站、3个注入站、5个监测站全球卫星定位系统用户接收系统：主要由GPS卫星接收机和GPS数据处理软件构成。GPS接收机能捕获、跟踪卫星，接收放大GPS信号并对信号进行解调和滤波处理，还原出GPS卫星发送的导航电文，解求信号的传播时间和载波相位差，实时地获得导航定位数据或采用后处理的方式，获得定位、测速、定时等数据。GPS系统提供P码和C／A码两种定位服务，P码提供精确定位服务，专门为军方使用，C／A码提供标准定位服务，供给航海、车辆导航等非军事用途。对于民用定位服务，系统提供的定位精度为25米，不过当加上人为干扰时（美国政府的SA政策），其定位精度变为100米。基于GPS的汽车导航系统基于GPS的汽车导航系统由GPS导航模块、自主导航模块（车速传感器、陀螺传感器）、智能化地图匹配器、微处理器(MPC)、DVD-ROM驱动器、显示器以及电子地图数据库组成。GPS导航模块：包括接收天线和相应的硬件、软件模块，能够接受卫星信