GPS车辆定位系统设计

　　1.绪论

　　自六十年代以来，许多国家即开始对导航和定位技术的研究。而车辆导航系统即是测量并解算出车辆的瞬时运动状态和位置，提供给驾驶员或自动驾驶仪以实现车辆的正确操纵或控制。车辆导航系统发展起始于七十年代初，美国公路局于70 年代初提出了一种电子路径引导系统（ERGS），此系统是一种具有无线路径引导能力的导航系统，它以短距离指向标网络作为其基本的技术起点而形成的中央动态路径引导功能的导航系统；但是，由于资金有限，此系统最终没有实现。

　　在九十年代，以GPS 为基础的导航系统不断地完善，在国内外都进入了实用阶段，美国开发的PATHFINDER 系统，日本的VICS 系统。在中国，GPS 定位导航技术于近几年也了巨大的发展，如西安504 所开发的WP2000 系统，其主要用于导航和报警方面。

　　2. GPS 概述

　　2.1 GPS 系统简介

　　全球定位系统，简称GPS，是沿地球轨道运行的24 颗导航卫星的星座集合。GPS 接收机就是利用这些卫星所发送的精确的时间和位置信息来进行定位。该系统可提供地球上所有点的三维坐标。

　　美国五角大楼利用GPS 提供的导航数据以应付险峻地形和各种突发情况，同时它也控制着此系统。尽管GPS 主要用于军事目的，但是它在民用和商业领域中的价值不断的被认识。GPS 卫星也因此发送两种代码：一种只供军方使用的加密代码PPS（也称P 码），另一种是供民间使用的标准定仁明良务代码SPS（C/A 码）。美国政府己于21 世纪初宣布，自2000 年5 月1 日子夜开始，取消SA 政策，使民用C/A 码的定位精度大大提高。

　　GPS 系统主要是由三部分组成：（1）GPS 卫星（空间部分），（2）地面监控系统，（3）GPS 接收机（用户部分）。

　　2.2 GPS 定位的基本原理

　　GPS 定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为己知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置。

　　利用GPS 进行定位是以GPS 卫星和用户接收机天线之间的距离（或距离差）为基础，并根据已知的卫星瞬时坐标来确定用户接收机所对应的点位，即待定点的三维坐标（x，y，z），其关键是测定用户接收机天线至GPS 卫星之间的距离。GPS 定位方式主要有绝对定位和相对定位两种。

　　3.GPS 在车辆定位与导航中的应用

　　车辆定位与导航的研究在国外起始于上世纪70 年代，目前称为AVLN（AutomaTIc Vehicle LocaTION and NavigaTIon，自动车辆定位与导航）。

　　AVLN 是智能运输系统（ITS）或智能汽车/ 公路系统（IVHS）的基础环节。

　　GPS 车辆定位与导航系统，以其精确定位的易实现性、相对成本的低廉性、设计与安装的相对独立性，自1995 年以来，在国内获得了迅速发展。中国科技大学GPS 实验室在其中也做出了开创性的工作。

　　3.1 GPS 车辆导航系统的发展

　　GPS 全球定位技术作为一项高新技术，以前国内主要应用于铁路、空运及海运领域，随着GPS 全球定位系统技术日趋成熟，该技术开始转向公路运输领域。目前，GPS 车载定位系统主要用于公交、出租、客运等行业。通过GPS 定位技术可以很好地解决公路交通拥挤的现象，GPS 车辆定位系统是借助于GPS 全球定位系统为机动车辆提供定位信息的系统。GPS 系统可以提供全球覆盖、全天候、免费的高精度标准授时/ 导航定位服务，通过GPS 接收机可以实时地获得经纬度信息进行确定经纬度位置和速度、时间等信息车辆定位系统将获得的一系列信息进行处理以确定车辆的具体位置。日本，丰田、东芝、索尼等在轿车导航系统方面的研究处于世界领先地位。1991 年，东芝公司轿车导航系统，采用一种可操作的电视GPS 接收机，可显示沿途饭店、旅馆和商店等信息。

　　1994 年，索尼公司推出一种带电子地图的汽车导航系统，将一个8 通道的GPS 接收机与CD- ROM格式的地图及信息数据库结合在一起，并能接收调频无线电广播发送的交通流量信息。奔驰、丰田、本田等大公司，积极开发自己的导航信息系统，拓展导航信息服务市场。在美国，克莱斯勒公司研制了一种基于GPS 的车辆导航系统，该系统在失去卫星信号后，可用罗经和记程计工作，保持车辆继续导航。威斯汀豪斯公司使巴黎的公共汽车率先使用车辆调度和导航系统。

　　3.2 GPS 与车辆导航系统

　　GPS 在ITS 中的应用主要体现在车辆导航上。在GPS 的诸项应用中，车辆定位导航应用发展最快，并取得了巨大的经济效益和社会效益。车辆应用已跃居GPS 各应用之首。

虽然汽车是人们日常生活中的一部分，但是，拥有小汽车并不一定使我们的生活变得更加方便。公共交通工具是在固定的交通路线上行驶的，与此不同的是，小