基于GPS汽车导航仪关键技术的研究与实现

1、 图l智能交通网络结构图rrS涵盖内容十分广泛。根据权威的美国rrS协会的观点。从技术领域、工作特点和应用场合等方面。可把从事rrS产业的众多部门大致概括为以下四大类:1、车辆控制和车载单元主要包括:自动高速公路系统、不停车收费系统、智能运行控制系统、视觉增强系统、汽车电子子系统、车道跟踪废更,交汇系统、自动刹车系统、精确停车系统、车牌自动识别系统、电子黄页和其它非地图数据库。2、远程信息处理(teltics(申功勋等,信息融合理论在惯性厌文/GPS组合导航系统中的应用,1998.1主要包括:导航数据库、车载硬件系统和元件、实时交通,气象信息服务、紧急辅助通信和服务、GPs系统和元件、事故检测

2、系统、互联网接入、碰撞告警系统。3、车队信息系统和导航主要包括:车队跟踪软件和服务、车队管理和燃油系统、运动称重设备和系统、贵重器材运输车辆跟踪系统、计算机辅助调度系统、航位推算装置、差分GPs修正、其它有关硬,软件。4、rrs工程和服务主要包括:系统工程设计、rrs系统集成、运输市场分析、系统计划觑0试,评估、外场测试、培训/技术支持、运行/维护、培训,鉴定、交通环境模拟等。发展rrs所需的主要技术有:微电子技术、计算机网络及软件技术、移动通信技术、系统控制和集成技术等。具体包括:互联网技术、GPs技术、GIs(地理信息系统技术、GsM (全球移动通信系统技术、光纤网络技术、Ic卡技术、电子

3、标签技术、信息自动采集技 第2章汽车导航仪介绍1.汽车导航仪的定义汽车导航系统是在全球卫星定位系统(G10bal Posi伽_jng system,简称GPs基础上发展起来的新型技术。当今世界汽车的保有量逐年增加,给道路交通带来了严重的堵塞和拥挤,成为社会环境的一大公害,也造成了巨大的经济损失。修建道路,加大流通能力,虽然是解决交通拥挤的重要途径,但一些公路世风发达的国家都已清醒地意识到.仅仅靠扩建公路来解决交通拥堵问题是很有限的,必须谋求一种高科技手段的解决办法一汽车导航系统。汽车导航仪是近年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

4、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oPs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。 第5章基于GPS汽车导航仪的实现1.汽车导航仪的工作原理导航软件运行的硬件平台主要由嵌入式

5、计算机、触摸式液晶显示器、GPs接收器、压电震动陀螺仪,车速感应器,硬件扩展接口等组成。可配备功放、DVD光驱、TV调谐器、内置FM等可在w妯dows Nr,wjndows CE操作系统下运行。导航数据存放在CF卡上(或光盘.可以随时更换cF卡(或光盘。CF卡(或光盘上的数据主要有交通道路信息,交通管制信息,地名,电话等信息。 图4车载导航仪装置结构图车用导航系统主要由全球定位系统(GPs和液晶显示器(LcD-DIsPuw两部分构成。内置的GPs天线会接收到来自环绕地球的24颗GPs卫星中的至少3颗所传递的数据信息,由此测定汽车当前所处的位置。GPs是一种能接收定位卫星信号,经过微处理器计算出

6、汽车所在精确经度和纬度以及汽车速度和方向,并在显示器上显示出来的一种装置。它是通过地面任意一点(如汽车和上空四颗定位卫星的相对距离计算出汽车的准确位置。如果我们知道某点距一颗卫星的距离,我们可以知道该点必然处于以第一颗卫星为球心,以距离为半径的球面上,如果再知道距第二颗已知卫星的距离,我们可以确认该点处于两个球面相交的圆形曲线上,有了第三颗卫星我们就可以将第三个球面和前一个圆形曲线相交于两点。一般通过第四颗卫星的距离我们就可以唯一确定该点的经纬度了。GPs还可以直接输入地名,经纬度,电话号码来进行线路检索,快捷地提供一条到达目的地的最佳路线;由于道路阻塞,路段施工或走错了路等意外情况,最佳路线

7、行不通时,经再检索可以提供新的行车路线:为使驾驶员事先了解行驶中路面变化情况,它可做出语音提示,例如一般道路500米之前,高速公路1000米之前向驾驶员说明路面情况及可更改的方向:汽车行驶在交叉路口前,能自动现实路口全画面图,指定交叉点名称,拐弯后道路名及方向,这是汽车电子导航中一项最主要功能。 图5卫星定位图示汽车导航系统内部装有储存大量电子地图信息的CD.RoM,通过GPs卫星信号确定的位置坐标与此相匹配,便可确定汽车在电子地图中的准确位置。在此基础上。将会实现行车导航、路线推荐、信息查询、播放V,等多种功能。驾驶者只须通过观看显示器上的画面、收听语音提示,操纵手中的遥控器即可实现上述功能

8、,从而轻松自如地驾车。2.GPs定位信息的接收一台GPs接收机被安装在车上,接收高达1l颗的卫星信号。这些信号用来精确确定车辆的位置,但它可能遭受偶然的干扰,如坏天气影响、隧道和建筑物遮挡、超宽带无线电通信干扰等,为此通常采用航位推算导航(如惯性传感器或辅助定位技术作为GPs信号丢失时的补偿,以使导航系统功能连续。G P s信号接收机的任务主要是捕获一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号,并跟踪这些卫星的运行.同时对所接收到的G P s信号进行变换、放大和处理,以便测量出G P s信号从卫星到接收机天线的传播时间.解译出G P s卫星所发送的导航电文,最终实时计算出现测站的三维位置、位置、甚

9、至三维速度和时间。静态定位时,G P s接收机在捕获和跟踪G P s卫星的过程中固定不变,接收机通过高精度测量G P s信号的传播时间,并利用G P s卫星在轨的已知位置解算出接收机天线所在位置的三维坐标。而动态定位则是用G P s接收机测定一个运动物体的运行轨迹。G P s信号接收机所在的运动物体叫做载体(如航行中的船舰,空中的飞机,行走的车辆等。由于载体上的G P s接收机天线在跟踪G P s卫星的过程中将相对地球而运动,这样,接收机用G P s信号就可实时地测量运动载体的状态参数(瞬间三维位置和三维速度。接收机硬件、机内软件以及GP s数据的后处理软件包构成了完整的GP s用户设备。G

10、P s接收机的结构分为天线单元和接收单元两大部分。对于测地型接收机来说,两个单元一般分成两个独立的部件,观测时将天线单元安置在测站上,接收单元则置于测站附近的适当地方,并用电缆线将两者连接成一个整机。实际上,也可以将天线单元和接收单元制作成一个整体,而在观测时将其安置在测站点上。G P s接收机一般用蓄电池做电源,同时采用机内机外两种直流电源。设置机内电池的目的在于更换外电池时不中断连续观测。在用机外电池的过程中,机内电池自动充电。关机后,机内电池为R AM存储器供电,以防丢失数据。 ,/处理方法同上,只是buf的第0、l字节为度数,29为分数。到此为止,己将时间和经纬度信息提取到GPs结构数

11、组GPsPn中的各个变量中去,后续的处理和高层决策可根据该结构中存储的数据作出相应的处理。3.车载传感器通常包括测量转弯速率的陀螺仅、输出电子速度脉冲的测速计以及测量方向的罗盘。这些数据被用来进行航位推算,以便确定车辆相对道路的运动。这部分不在我们的讨论的范围内。4.导航电子地图处理导航用电子地图在整个汽车导航应用体系中起到核心的作用,针对不同导航应用往往会采用不同规格的电子地图。通常电子地图由记录实际地物的地理数据和与实际地物相关的标识、整饰信息以及各类附加信息组成。根据应用场合的不同,电子地图的选用也是不同的,我们现在使用的是。鼬丽格式的电子地图数据。 图9导航仪平面结构图4.1电子地图的

12、构成电子地图主要由道路形状数据、背景数据、拓扑数据和属性数据构成,它们之间紧密衔接,共同为车辆导航应用提供服务。 4.3电子地图数据处理通过GPs和车载传感器所采集到的数据,利用地图匹配进行处理,与存贮在数字地图(GIs数据库中的地形数据进行比较。来自这些信息源中任一部分的信息都要进入一种算法,以便实现定位。采用这些技术的组合可使系统定位精度达到米级。电子地图数据的处理是汽车导航系统软件最关键的一部分之一。汽车导航仪有一个液晶显示器,是人机对话的主要界面。司机可以从一本32开书本大小的显示器知道现在他所在的位置,知道离目的地还有多远等等几乎所有导航系统能提供的信息。现在一般的导航系统都是用“wi格式的电子地图数据,是以16进制的数据格式存储,主要