GPS在车辆定位导航系统中的应用

引言

　　近年来，随着经济的飞速发展，机动车的增长率远远高于道路修建的速度，任何城市都面临道路状况改善相对滞后的局面，从而造成交通拥堵、环境恶化，大力发展智能交通系统（ITS）已成为解决交通问题的唯一行之有效的出路。利用全球定位系统（GPS）的城市车辆定位技术作为ITS 的关键技术之一，借助电子地图等其他手段，可依据城市道路拥挤状况和运输的最佳线路，选择运输途径，从而避免运输道路选择的盲目性，提高了城市车辆的调度和管理水平，减少车辆行驶时间和油耗，从而保证城市道路系统负荷的均匀性，达到改善交通状况的目的。车辆定位与导航可采用各种技术手段进行，但其中车辆精确定位的实现是最重要，也最困难，花费最高的。但自从GPS 应用于车辆定位与导航中，情况发生了划时代的革命性变化。下面就以GPS 为切入点介绍它在车辆定位与导航中的应用。

　　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。开始，其主要用于军事目的，如使用惯性器件的美国的“民兵（MX）巡航导弹系列”即首先使用了导航和定位技术。随着现代技术的不断发展，导航和定位系统的器件开始向小型化、轻型化、低廉化方向发展。于是，导航和定位系统开始逐步进入消费市场，特别在交通方面（主要用于交通流的引导和疏通）。

将运载体从起始点引导到目的地的技术和方法称为导航；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。

到了八十年代，随着无线电通讯技术和计算机技术的不断发展，欧、美、日先后开发了CARIN 系统、EVA 系统、LOREN 系统、OMEGA 系统、RACS 系统和AMTICS 系统等。

进入九十年代后，卫星定位技术的不断完善，美国和前苏联分别完善了其卫星定位系统，使GPS 系统和GOLLNAX 系统开始真正的进入民用市场，并使以此系统为依托的车辆导航系统得以巨大发展。

从导航和定位技术的发展过程来看，它的发展和相应时代的技术发展是并行的。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