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(shí)施計(jì)劃共分三個(gè)階段：

第一階段為方案論證和初步設(shè)計(jì)階段。從1973年到1979年，共發(fā)射了4顆試驗(yàn)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(yàn)階段。從1979年到1984年，又陸續(xù)發(fā)射了7顆試驗(yàn)衛(wèi)星，研制了各種用途接收機(jī)。實(shí)驗(yàn)表明，GPS定位精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。第三階段為實(shí)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(shí)用的GPS網(wǎng)即（21+3）GPS星座已經(jīng)建成，之后根據(jù)計(jì)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(shí)時(shí)◆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(cè)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(dòng)保存），環(huán)狀盤形橋等路況時(shí)，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(shí)只有通過陀螺傳感器對(duì)航向絕對(duì)位置的檢測(cè)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(shí)，由于遮擋，此時(shí)汽車與衛(wèi)星失去聯(lián)系，我們用車速傳感器自動(dòng)地從汽車前進(jìn)的速度中檢測(cè)出車速脈沖.通過微處理器的運(yùn)算直接由速度和時(shí)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(shí)收不到GPS的正確信號(hào)，自主導(dǎo)航中的傳感器融合技術(shù)所檢測(cè)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(shí)際上就是一個(gè)數(shù)字相關(guān)比較器。作出自動(dòng)修正然后由微處理器整理程序進(jìn)行實(shí)時(shí)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(shí)開始播放音樂，站在接收機(jī)旁的人可能會(huì)聽到兩種不同的版本，一個(gè)來自接收機(jī)，一個(gè)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(zhǎng)時(shí)間，我們便可推遲啟動(dòng)接收機(jī)播放，使兩個(gè)版本同步。如果把音樂改為“偽隨機(jī)碼”信號(hào)，衛(wèi)星和接收機(jī)同時(shí)產(chǎn)生并發(fā)送同樣的偽隨機(jī)碼，并使兩組碼實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步，接收機(jī)便能根據(jù)兩組偽隨機(jī)碼差別測(cè)定時(shí)延，時(shí)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(diǎn)可以看到5-12顆衛(wèi)星。任一衛(wèi)星的瞬時(shí)位置可根據(jù)星歷計(jì)算得到。三球交會(huì)定位原理

衛(wèi)星發(fā)射測(cè)距信號(hào)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(shí)刻同時(shí)接收三顆以上衛(wèi)星信號(hào)，測(cè)量出測(cè)站點(diǎn)（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(huì)法（從兩個(gè)已知點(diǎn)測(cè)量至某一待測(cè)點(diǎn)的距離,然后根據(jù)這兩段距離的交點(diǎn)確定該待測(cè)點(diǎn)，這種方法稱為距離交會(huì)法。）就可以解算出測(cè)站點(diǎn)的位置。整個(gè)過程就是三球交會(huì)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(huì)的幾何原理來實(shí)現(xiàn)定位，具體流程如下：

（1）用戶測(cè)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(gè)球面相交得兩個(gè)點(diǎn)，根據(jù)地理常識(shí)排除一個(gè)不合理點(diǎn)即得用戶位置。距離交會(huì)法觀測(cè)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(shí)位置（由星歷計(jì)算得到）。當(dāng)出現(xiàn)接受信息時(shí)鐘誤差是三個(gè)球面無法相交時(shí)利用第四顆衛(wèi)星的信息進(jìn)行修正.若用戶時(shí)鐘和衛(wèi)星時(shí)鐘相差△t,則測(cè)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(shí)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(diǎn)(由其它測(cè)量方法所得),來修正GPS的誤差。再把這個(gè)即時(shí)(realtime)誤差值加入本身坐標(biāo)運(yùn)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(diǎn),互相取長(zhǎng)補(bǔ)短,克服了GPS信號(hào)中斷和屏蔽以及DR不能長(zhǎng)時(shí)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(jì)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(jí)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(tái)）、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(shí)序邏輯電路集群電臺(tái)電源模塊里程儀信號(hào)輸入地圖匹配組合導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)于GPS-DR組合方案,當(dāng)車輛行駛在道路密集的市區(qū)時(shí),無法利用電子地圖匹配技術(shù)對(duì)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(shí)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(shí)時(shí)地對(duì)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(jì)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(jì)分別安裝在3個(gè)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(diǎn),同時(shí),克服了它們各自的缺點(diǎn),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(gè)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(cè)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(jì),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(cè)量系統(tǒng)。作為一種新型的慣性測(cè)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(shì)。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(zhǎng)補(bǔ)短,可以大大提高輸出數(shù)據(jù)更新率,同時(shí),防止導(dǎo)航定位誤差隨時(shí)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(cè)量方位角解決了初始方位對(duì)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(duì)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(cè)量單元(MIMU)和GPS-OEM板設(shè)計(jì)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)