北斗卫星导航系统行车记录仪的优化设计

引言

北斗卫星导航系统是我国自主发展、独立运行的全球卫星导航系统，系统建设目标是建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠、覆盖全球的北斗卫星导航系统，促进卫星导航产业链形成，并完善国家卫星导航应用产业支撑、推广和保障体系，推动卫星导航在国民经济社会各行业的广泛应用。

行车记录仪作为车辆管理、调度、安全保障、交通事故判定等方面的有效工具，在欧盟、日本等国家70年代就开始以立法形式在部分客运车辆及货车上强制安装使用。我国自80年代后期开始研制使用汽车行驶记录仪，2003年推出推荐性国家标准《汽车行驶记录仪》(GB/T190 56)。2014年初中华人民共和国交通运输部发布《道路运输车辆动态监督管理办法》(中华人民共和国交通运输部、中华人民共和国公安部、国家安全生产监督管理总局令2014年第5号)，要求公路营运的载客汽车、危险货物运输车辆、半挂牵引车及重型载货汽车(总质量为12吨以上的普通货运车辆)在2015年12月31日前全部安装、使用卫星定位装置，并接入道路货运车辆公共平台。随着北斗卫星导航系统的日益完善，行车记录仪已进入成熟、必备使用阶段。

随着北斗系统空间端和地基增强系统的不断建设，北斗系统在信号捕获、信号跟踪、高精度授时、定位精度、抗干扰力等技术方面先后取得多项重大突破，成为继美国全球卫星定位系统(GPS)和俄罗斯全球卫星导航系统(GLONASS)之后的第三个成熟的卫星导航系统。交通运输作为北斗的主要应用领域，成为军民融合式北斗应用推广的排头兵。

2011年10月交通运输部启动了“重点运输过程监控管理服务示范系列工程”，标志着交通运输领域北斗应用示范工程正式启动实施，率先应用于重点营运车辆监控管理。该项目涉及“两客一危”运输车辆(包括旅游包车、长途班线客车和危险化学品运输车)、应急保障车辆、重载普货车辆等重点营运车辆，通过北斗系统提高运输过程超速、疲劳驾驶、非法运营等违法违规行为的监控能力，提升管理水平，减少交通事故，提高经济效益，同时验证北斗系统性能指标。行车记录仪即是该工程的具体产品。

1 行车记录仪功能概述

行车记录仪具有下述功能：具有数据记录功能，可以记录行驶速度、位置信息、照片、录音、驾驶人身份、里程、安装参数等;具有分析判断功能，通过屏幕或语音为用户发出安全警示，如疑点、超时、非法驾驶、超速、速度状态异常等;感知车辆状态，如车门、供电、车灯、引擎、点火装置、制动等;具备锁定、鉴权，以及对驾驶员进行身份认证功能;具备自检功能，可以自动检查卫星定位及通信模块工作状态、主电状态、卫星定位天线、外设等是否工作正常，并告知用户自检结果。除此之外，设备可以定位并接收位置数据，通过串口对设备进行输出和配置，SD、USB进行数据输出、参数修改、固件更新;固件更新、参数修改过程中遇到掉电等意外情况时支持自动恢复功能，保证更新失败时终端能够正常使用。

为方便管理与监控，监控中心可以通过无线网络远程对设备进行参数配置与修改、查询或执行特定操作，并实现设备在监控中心注册和注销功能、固件更新功能、终端的复位或恢复出厂设置等功能。设备的拍照、录音功能确保了行驶安全与道路交通事故的鉴定与分析更准确无误。

2 硬件架构

根据上述功能，可以设计出硬件基本架构。因有远程监控和人机界面交互功能，项目采用了移远通信模块M10，负责远程通信、MMI人机界面交互、录音以及电话功能;主芯片采用基于ARM Cortex—M3内核的微控制器LPC1788，进行拍照、数据采集与存储以及事件状态判断;北斗芯片采用和芯星通UM220。为支持掉电、事故等意外情况时设备能够自动恢复功能并及时保存实时数据，项目采用了铁电存储器，以加快访问速度，并保证数据在各种恶劣环境下可以长时间保存。原理框图如图1所示。

3 软件关键技术分析及对策

LPC1788采用单一进程挂载FATFS文件系统的软件架构(无操作系统)，采集、分析、存取各种数据。在实际使用中，会遇到以下问题。

3.1 GNSS定位漂移

当前正式运营的导航系统北斗二号采用无源时间测距技术进行定位。理论上，用户接收至少4颗导航卫星发出的信号，根据信号传输时间测定用户到这些卫星的距离，依据三球交汇的原理，用户终端自行计算得出其三维坐标与速度。而在实际使用中存在各种因素导致卫星测量误差出现定位漂移，如星历误差(卫星位置误差)、卫星时钟误差、大气传播延迟修正残差、天线多路径效应误差、高程量取误差、接收机测距误差及其本身的噪声等。

本项目除使用AGPS获取完整星历(卫星