GPS定位在車輛中的應(yīng)用（）

GPS定位在車輛中的應(yīng)用目錄GPS定位分析車載GPS定位系統(tǒng)GPS概述GPS定位算法舉例概述GPSGPS實施計劃共分三個階段：

第一階段為方案論證和初步設(shè)計階段。從1973年到1979年，共發(fā)射了4顆試驗衛(wèi)星。研制了地面接收機(jī)及建立地面跟蹤網(wǎng)。第二階段為全面研制和試驗階段。從1979年到1984年，又陸續(xù)發(fā)射了7顆試驗衛(wèi)星，研制了各種用途接收機(jī)。實驗表明，GPS定位精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。第三階段為實用組網(wǎng)階段。1989年2月4日第一顆GPS工作衛(wèi)星發(fā)射成功，表明GPS系統(tǒng)進(jìn)入工程建設(shè)階段。1993年底實用的GPS網(wǎng)即（21+3）GPS星座已經(jīng)建成，之后根據(jù)計劃更換失效的衛(wèi)星。GPS發(fā)展歷程無線電導(dǎo)航系統(tǒng)

●羅蘭--C

●Omega（奧米茄）

●多卜勒系統(tǒng)衛(wèi)星定位系統(tǒng)

●NNSS子午儀系統(tǒng)（美國） ●GPS（美國） ●GLONASS系統(tǒng)（俄羅斯） ●雙星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（中國） ●GNSS伽利略系統(tǒng)（歐盟）GPS的廣泛應(yīng)用我在哪？要去哪？怎么去？我在哪？二.車載GPS定位系統(tǒng)用戶設(shè)備：接收機(jī)主要接收C/A碼和P碼定位，P碼定位精度高（供美國軍方使用）C/A碼供一般用戶使用車載GPS硬件組成車載GPS的主要功能◆車輛跟蹤：利用GPS和電子地圖可以實時◆提供出行路線的規(guī)劃和導(dǎo)航◆信息查詢◆話務(wù)指揮◆緊急援助自主導(dǎo)航陀螺儀車速傳感器

測量汽車前進(jìn)方向和行駛狀態(tài)。當(dāng)汽車行駛在彎路，蛇形路面，勾狀山道，雪地打滑，輪渡過河，更換輪胎（數(shù)據(jù)自動保存），環(huán)狀盤形橋等路況時，汽車的前進(jìn)方向，行駛狀態(tài)(即汽車行駛的角速度)都要發(fā)生變化，此時只有通過陀螺傳感器對航向絕對位置的檢測和修正才能得到汽車的正確定位坐標(biāo)。勾狀山道發(fā)夾式彎路蛇形路面輪渡過河雪地打滑更換輪胎環(huán)狀盤形橋

隧道中高層大樓間

地下車庫密集樹林間高架橋下當(dāng)行駛到地下隧道，高層樓群，密集森林等地段時，由于遮擋，此時汽車與衛(wèi)星失去聯(lián)系，我們用車速傳感器自動地從汽車前進(jìn)的速度中檢測出車速脈沖.通過微處理器的運算直接由速度和時間中求出行駛的距離。車速傳感器地圖匹配器由于種種原因有時收不到GPS的正確信號，自主導(dǎo)航中的傳感器融合技術(shù)所檢測到的定位信息也存在著一定誤差。原理：把汽車行駛的軌跡與數(shù)字地圖數(shù)據(jù)庫提供的路徑進(jìn)行相關(guān)比較，實際上就是一個數(shù)字相關(guān)比較器。作出自動修正然后由微處理器整理程序進(jìn)行實時快速處理在電子地圖上得到汽車正確位里的顯示。

地圖匹配三.車載GPS定位分析三顆衛(wèi)星定位接收機(jī)端配備銫原子鐘假如讓衛(wèi)星和接收機(jī)同時開始播放音樂，站在接收機(jī)旁的人可能會聽到兩種不同的版本，一個來自接收機(jī)，一個來自衛(wèi)星，且衛(wèi)星版本滯后。如果能知道衛(wèi)星版本延遲多長時間，我們便可推遲啟動接收機(jī)播放，使兩個版本同步。如果把音樂改為“偽隨機(jī)碼”信號，衛(wèi)星和接收機(jī)同時產(chǎn)生并發(fā)送同樣的偽隨機(jī)碼，并使兩組碼實現(xiàn)時間同步，接收機(jī)便能根據(jù)兩組偽隨機(jī)碼差別測定時延，時延與光速的乘積即為星位距離。得到了星站距離后如何定位？黑色

=可見,紅色

=不可見,綠色=視線

總共24顆GPS衛(wèi)星。地球任意一點可以看到5-12顆衛(wèi)星。任一衛(wèi)星的瞬時位置可根據(jù)星歷計算得到。三球交會定位原理

衛(wèi)星發(fā)射測距信號和導(dǎo)航電文，導(dǎo)航電文中含有衛(wèi)星的位置信息。用戶接收機(jī)在某一時刻同時接收三顆以上衛(wèi)星信號，測量出測站點（用戶接收機(jī)）至三顆衛(wèi)星的距離，解算出衛(wèi)星的空間坐標(biāo)，再利用距離交會法（從兩個已知點測量至某一待測點的距離,然后根據(jù)這兩段距離的交點確定該待測點，這種方法稱為距離交會法。）就可以解算出測站點的位置。整個過程就是三球交會定位原理在衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域中的體現(xiàn)。

目前，國際上四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)GPS、GLONASS、Galileo和北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的定位原理都是相同的，均是采用三球交會的幾何原理來實現(xiàn)定位，具體流程如下：

（1）用戶測量出自身到三顆衛(wèi)星的距離；

（2）衛(wèi)星的位置精確已知，通過電文播發(fā)給用戶；

（3）以衛(wèi)星為球心，距離為半徑畫球面；

（4）三個球面相交得兩個點，根據(jù)地理常識排除一個不合理點即得用戶位置。距離交會法觀測方程(x,y,z)為待求的接收機(jī)位置，

d為衛(wèi)星到接收機(jī)的距離，(xi,yi,zi)為衛(wèi)星瞬時位置（由星歷計算得到）。當(dāng)出現(xiàn)接受信息時鐘誤差是三個球面無法相交時利用第四顆衛(wèi)星的信息進(jìn)行修正.若用戶時鐘和衛(wèi)星時鐘相差△t,則測得距離F=Ri+△t*c=Ri+E,根據(jù)方程：

C——無線電波傳播速度，與光速相等;E——由時鐘誤差引起的定位誤差。提高定位精度的措施：采用差分GPS定位算法亦即利用附近的已知參考坐標(biāo)點(由其它測量方法所得),來修正GPS的誤差。再把這個即時(realtime)誤差值加入本身坐標(biāo)運算的考慮,便可獲得更精確的值。

四.GPS定位算法舉例GPS-DR(航位推算)組合導(dǎo)航系統(tǒng)將GPS與自主式的航位推算系統(tǒng)(DR)有機(jī)的結(jié)合起來,通過組合2種導(dǎo)航系統(tǒng)的優(yōu)點,互相取長補(bǔ)短,克服了GPS信號中斷和屏蔽以及DR不能長時間使用的問題,能夠獲得較好的車輛定位精度和可靠性。國內(nèi)關(guān)于GPS-DR組合導(dǎo)航算法的研究大部分都是基于自適應(yīng)聯(lián)合或擴(kuò)展卡爾曼濾波算法及其改進(jìn)算法(如模糊自適應(yīng)卡爾曼濾波算法等)。一些研究者也采用了UKF算法,該濾波方法不用計算繁瑣的Jacobian矩陣,也避免了引入線性化誤差,因此,精度較高。國外則開展了不少關(guān)于GPS2DR組合導(dǎo)航的“級聯(lián)”卡爾曼濾波算法和硬件耦合方式的研究。車載設(shè)備１．車載設(shè)備由定位模塊（GPS接收機(jī)和DR傳感器）、通信控制器、收發(fā)信機(jī)（集群電臺）、駕駛員接口和電源模塊組成，其原理圖如下：駕駛員接口數(shù)碼顯示語音提示短信息輸入定位模塊角速度傳感器GPS接收機(jī)里程儀接口通訊控制器單片機(jī)系統(tǒng)無線MODEM時序邏輯電路集群電臺電源模塊里程儀信號輸入地圖匹配組合導(dǎo)航系統(tǒng)對于GPS-DR組合方案,當(dāng)車輛行駛在道路密集的市區(qū)時,無法利用電子地圖匹配技術(shù)對GPS定位信息和航位推算系統(tǒng)的定位信息作進(jìn)一步校正。這時如果GPS-DR導(dǎo)航系統(tǒng)再輔以數(shù)字地圖匹配(map-matching,MM)技術(shù)構(gòu)成GPS-DR-MM組合導(dǎo)航系統(tǒng),則可以實時地對組合導(dǎo)航系統(tǒng)的輸出信息進(jìn)行地圖匹配。該系統(tǒng)在精度和可靠性等方面較GPS-DR系統(tǒng)有較好的改善。北京航空航天大學(xué)在國內(nèi)較早地設(shè)計了車載GPS-DR-MM組合導(dǎo)航系統(tǒng)的聯(lián)合卡爾曼濾波器。捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)組合導(dǎo)航

捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(GPS-SINS)由3只陀螺儀和3只加速度計分別安裝在3個相互垂直的方向構(gòu)成,該裝置直接安裝在載體上。GPS-SINS組合導(dǎo)航系統(tǒng)綜合了GPS與SINS的優(yōu)點,同時,克服了它們各自的缺點,從而構(gòu)成了一種優(yōu)良的組合導(dǎo)航方式,并已成為現(xiàn)今導(dǎo)航系統(tǒng)的一個主要發(fā)展方向,該組合導(dǎo)航系統(tǒng)主要應(yīng)用在軍車上。GPS-MIMS組合導(dǎo)航GPS-MIMS(微慣性測量系統(tǒng))由微機(jī)電系統(tǒng)器件組成,它是由3只微機(jī)械加速度計,3只微機(jī)械陀螺儀和附加電子線路構(gòu)成的微型慣性測量系統(tǒng)。作為一種新型的慣性測量系統(tǒng)MIMS在體積、重量、成本、功耗和壽命等方面都具有傳統(tǒng)慣導(dǎo)系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)勢。其不足之處在于自主性和可靠性差,易受干擾。GPS接收機(jī)與MIMS組合取長補(bǔ)短,可以大大提高輸出數(shù)據(jù)更新率,同時,防止導(dǎo)航定位誤差隨時間積累,提高了可靠性和抗干擾能力。清華大學(xué)在車載MIM-GPS組合系統(tǒng)算法上有較為深入的研究,其利用雙GPS接收機(jī)測量方位角解決了初始方位對準(zhǔn)問題,又在原有卡爾曼濾波器結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上引入了姿態(tài)陣修正,進(jìn)一步減小了系統(tǒng)姿態(tài)角誤差對導(dǎo)航定位精度的影響。硬件方面,浙江大學(xué)的龔真春等人利用微慣性測量單元(MIMU)和GPS-OEM板設(shè)計了一種低成本、輕小型的嵌入式GPS-MIMS車載組合導(dǎo)航系統(tǒng)。GPS/DR/地圖匹配組合定位系統(tǒng)