車載GPS定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原理與功能解析

什么是車載GPS定位系統(tǒng)呢?簡(jiǎn)單來說，當(dāng)通過硬件和軟件做成GPS定位系統(tǒng)終端用于車輛定位的時(shí)候，我們將其稱為車載 GPS定位系統(tǒng)(GPS是什么)。那么它是如何實(shí)現(xiàn)的，其實(shí)現(xiàn)原理是什么(GPS原理)，又有什么功能呢?小編通過搜集整理資料，對(duì)車載GPS定位系統(tǒng)的這些知識(shí)作了簡(jiǎn)單的歸納總結(jié)，下面我們先來了解一下車載GPS定位系統(tǒng)是如何實(shí)現(xiàn)的。

車載GPS定位系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

這里光有定位還不行，還要將這個(gè)定位信息傳到報(bào)警中心或者車載GPS定位系統(tǒng)持有人那里，我們稱為第三方。所以GPS定位系統(tǒng)中還包含了GSM網(wǎng)絡(luò)通訊(手機(jī)通訊)。通過GSM網(wǎng)絡(luò)用短信的方式把衛(wèi)星定位信息發(fā)送到第三方，通過微機(jī)解讀短信電文，在電子地圖上顯示車輛位置，這樣就實(shí)現(xiàn)了車載GPS定位系統(tǒng)。

與此同時(shí)，在車上安裝相應(yīng)的探測(cè)傳感器，利用車載GPS定位的GSM網(wǎng)絡(luò)通訊功能，同樣能把防盜報(bào)警信息發(fā)送到第三方，或者把這個(gè)報(bào)警電話、短信直接發(fā)送到車主手機(jī)上，完成車載GPS防盜報(bào)警。這里可以看出，車載GPS定位的GSM網(wǎng)絡(luò)部分實(shí)際上是一個(gè)智能手機(jī)，可以和第三方互相通訊，還可以把車輛被搶，司機(jī)被劫、被綁架等信息發(fā)送到第三方， 所以說車載GPS定位是定位、防盜、防劫的。

車載GPS定位系統(tǒng)原理概述

GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的基本原理是測(cè)量出已知位置的衛(wèi)星到用戶接收機(jī)之間的距離，然后綜合多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)就可知道接收機(jī)的具體位置。要達(dá)到這一目的，衛(wèi)星的位置可以根據(jù)星載時(shí)鐘所記錄的時(shí)間在衛(wèi)星星歷中查出。而用戶到衛(wèi)星的距離則通過紀(jì)錄衛(wèi)星信號(hào)傳播到用戶所經(jīng)歷的時(shí)間，再將其乘以光速得到(由于大氣層電離層的干擾，這一距離并不是用戶與衛(wèi)星之間的真實(shí)距離，而是偽距(PR)：當(dāng)GPS衛(wèi)星正常工作時(shí)，會(huì)不斷地用1和0二進(jìn)制碼元組成的偽隨機(jī)碼(簡(jiǎn)稱偽碼)發(fā)射導(dǎo)航電文。GPS系統(tǒng)使用的偽碼一共有兩種，分別是民用的C/A碼和軍用的P(Y)碼。

C/A碼頻率1.023MHz,重復(fù)周期一毫秒，碼間距1微秒，相當(dāng)于300m;P碼頻率10.23MHz，重復(fù)周期266.4天，碼間距0.1微秒，相當(dāng)于30m。而Y碼是在P碼的基礎(chǔ)上形成的，保密性能更佳。導(dǎo)航電文包括衛(wèi)星星歷、工作狀況、時(shí)鐘改正、電離層時(shí)延修正、大氣折射修正等信息。它是從衛(wèi)星信號(hào)中解調(diào)制出來，以50b/s調(diào)制在載頻上發(fā)射的。導(dǎo)航電文每個(gè)主幀中包含5個(gè)子幀每幀長(zhǎng)6s。前三幀各10個(gè)字碼;每三十秒重復(fù)一次，每小時(shí)更新一次。后兩幀共15000b。

導(dǎo)航電文中的內(nèi)容主要有遙測(cè)碼、轉(zhuǎn)換碼、第1、2、3數(shù)據(jù)塊，其中最重要的則為星歷數(shù)據(jù)。當(dāng)用戶接受到導(dǎo)航電文時(shí)，提取出衛(wèi)星時(shí)間并將其與自己的時(shí)鐘做對(duì)比便可得知衛(wèi)星與用戶的距離，再利用導(dǎo)航電文中的衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)推算出衛(wèi)星發(fā)射電文時(shí)所處位置，用戶在WGS-84大地坐標(biāo)系中的位置速度等信息便可得知。

可見GPS導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星部分的作用就是不斷地發(fā)射導(dǎo)航電文。然而，由于用戶接受機(jī)使用的時(shí)鐘與衛(wèi)星星載時(shí)鐘不可能總是同步，所以除了用戶的三維坐標(biāo)x、y、z外，還要引進(jìn)一個(gè)Δt即衛(wèi)星與接收機(jī)之間的時(shí)間差作為未知數(shù)，然后用4個(gè)方程將這4個(gè)未知數(shù)解出來。所以如果想知道接收機(jī)所處的位置，至少要能接收到4個(gè)衛(wèi)星的信號(hào)。

GPS接收機(jī)可接收到可用于授時(shí)的準(zhǔn)確至納秒級(jí)的時(shí)間信息;用于預(yù)報(bào)未來幾個(gè)月內(nèi)衛(wèi)星所處概略位置的預(yù)報(bào)星歷;用于計(jì)算定位時(shí)所需衛(wèi)星坐標(biāo)的廣播星歷，精度為幾米至幾十米(各個(gè)衛(wèi)星不同，隨時(shí)變化);以及GPS系統(tǒng)信息，如衛(wèi)星狀況等。

GPS接收機(jī)對(duì)碼的量測(cè)就可得到衛(wèi)星到接收機(jī)的距離，由于含有接收機(jī)衛(wèi)星鐘的誤差及大氣傳播誤差，故稱為偽距。對(duì)0A碼測(cè)得的偽距稱為UA碼偽距，精度約為20米左右，對(duì)P碼測(cè)得的偽距稱為P碼偽距，精度約為2米左右。

GPS接收機(jī)對(duì)收到的衛(wèi)星信號(hào)，進(jìn)行解碼或采用其它技術(shù)，將調(diào)制在載波上的信息去掉后，就可以恢復(fù)載波。嚴(yán)格而言，載波相位應(yīng)被稱為載波拍頻相位，它是收到的受多普勒頻移影響的衛(wèi)星信號(hào)載波相位與接收機(jī)本機(jī)振蕩產(chǎn)生信號(hào)相位之差。

一般在接收機(jī)鐘確定的歷元時(shí)刻量測(cè)，保持對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的跟蹤，就可記錄下相位的變化值，但開始觀測(cè)時(shí)的接收機(jī)和衛(wèi)星振蕩器的相位初值是不知道的，起始?xì)v元的相位整數(shù)也是不知道的，即整周模糊度，只能在數(shù)據(jù)處理中作為參數(shù)解算。相位觀測(cè)值的精度高至毫米，但前提是解出整周模糊度，因此只有在相對(duì)定位、并有一段連續(xù)觀測(cè)值時(shí)才能使用相位觀測(cè)值，而要達(dá)到優(yōu)于米級(jí)的定位 精度也只能采用相位觀測(cè)值。

按定位方式，GPS定位分為單點(diǎn)定位和相對(duì)定位(差分定位)。單點(diǎn)定位就是根據(jù)一臺(tái)接收機(jī)的觀測(cè)數(shù)據(jù)來確定接收機(jī)位置的方式，它只能采用偽距觀測(cè)量，可用于車船等的概略導(dǎo)航定位。相對(duì)定位(差分定位)是根據(jù)兩臺(tái)以上接收機(jī)的觀測(cè)數(shù)據(jù)來確定觀測(cè)點(diǎn)之間的相對(duì)位置的方法，它既可采用偽距觀測(cè)量也可采用相位觀測(cè)量，大地測(cè)量或工程測(cè)量均應(yīng)采用相位觀測(cè)值進(jìn)行相對(duì)定位。

在GPS觀測(cè)量中包含了衛(wèi)星和接收機(jī)的鐘差、大氣傳播延遲、多路徑效應(yīng)等誤差，在定位計(jì)算時(shí)還要受到衛(wèi)星廣播星歷誤差的影響，在進(jìn)行相對(duì)定位時(shí)大部分公共誤差被抵消或削弱，因此定位精度將大大提高，雙頻接收機(jī)可以根據(jù)兩個(gè)頻率的觀測(cè)量抵消大氣中電離層誤差的主要部分，在精度要求高，接收機(jī)間距離較遠(yuǎn)時(shí)(大氣有明顯差別)，應(yīng)選用雙頻接收機(jī)。

車載GPS定位系統(tǒng)功能

(1)車輛跟蹤功能

利用GPS和電子地圖可以實(shí)時(shí)顯示出車輛的實(shí)際位置，并可任意放大、縮小、還原、換圖;可以隨目標(biāo)移動(dòng)，使目標(biāo)始終保持在屏幕上;還可實(shí)現(xiàn)多窗口、多車輛、多屏幕同時(shí)跟蹤。利用該功能可對(duì)重要車輛和貨物進(jìn)行跟蹤運(yùn)輸。

(2)信息查詢功能

為用戶提供zc主要物標(biāo)、如旅游景點(diǎn)、賓館、醫(yī)院等數(shù)據(jù)庫(kù)，用戶能夠在電子地圖上顯示其位置。同時(shí)，監(jiān)測(cè)中心可以利用監(jiān)測(cè)控制臺(tái)對(duì)區(qū)域內(nèi)的任意目標(biāo)所在位置進(jìn)行查詢，車輛信息將以數(shù)字形式在控制中心的電子地圖上顯示出來。

(3)出行路線規(guī)劃和導(dǎo)航功能

提供出行路線規(guī)劃是汽車導(dǎo)航系統(tǒng)的一項(xiàng)重要的輔助功能，它包括自動(dòng)線路規(guī)劃和人工線路設(shè)計(jì)。自動(dòng)線路規(guī)劃是由駕駛者確定起點(diǎn)和目的地，由計(jì)算機(jī)軟件按要求自動(dòng)設(shè)計(jì)最佳行駛路線，包括最快的路線、最簡(jiǎn)單的路線、通過高速公路路段次數(shù)最少的路線的計(jì)算。人工線路設(shè)計(jì)是由駕駛員根據(jù)自己的目的地設(shè)計(jì)起點(diǎn)、終點(diǎn)和途經(jīng)點(diǎn)等，自動(dòng)建立路線庫(kù)。線路規(guī)劃完畢后，顯示器能夠在電子地圖上顯示設(shè)計(jì)路線，并同時(shí)顯示汽車運(yùn)行路徑和運(yùn)行方法。

(4)緊急援助功能

通過GPS定位和監(jiān)控管理系統(tǒng)可以對(duì)遇有險(xiǎn)情或發(fā)生事故的車輛進(jìn)行緊急援助。監(jiān)控臺(tái)的電子地圖顯示求助信息和報(bào)警目標(biāo)，規(guī)劃最優(yōu)援助方案，并以報(bào)警聲光提醒值班人員進(jìn)行應(yīng)急處理。

(5)話務(wù)指揮功能

指揮中心可以監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)車輛運(yùn)行狀況，對(duì)被監(jiān)控車輛進(jìn)行合理調(diào)度。指揮中心也可隨時(shí)與被跟蹤目標(biāo)通話，實(shí)行管理。

總結(jié)

隨著汽車電子應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展，有關(guān)車載產(chǎn)品的市場(chǎng)需求也逐漸上升，車載GPS定位系統(tǒng)就是其中一員，通過以上對(duì)其實(shí)現(xiàn)方法、功能原理的介紹，我們應(yīng)該對(duì)車載GPS定位系統(tǒng)有了一個(gè)簡(jiǎn)單的了解。