汽車導航系統的應用技術

www.guilinhy.com 來源：互聯網作者：panzhihao 類別：汽車保養維修時間：2007-09-04

汽車導航系統的應用技術

汽車導航是近年興起的一種汽車駕駛輔助設備，駕車者只要將目的地輸入汽車導航系統，系統就會根據電子地圖自動計算出最合適的路線，并在車輛行駛過程中(例如轉彎前)提醒駕駛員按照計算的路線行駛。在整個行駛過程中，駕車者根本不用考慮該走哪條路線就能快捷地到達目的地。

當前的汽車導航系統包括兩部分：全球定位系統和車輛自動導航系統。汽車導航設備一般是由GPS天線，集成了顯示屏幕和功能按鍵的主機，以及語音輸出設備(一般利用汽車音響系統輸出語音提示信息)構成的。受車內安裝位置的限制，一般汽車導航設備和汽車視像音響合成在一起，可以播放CD、VCD和DVD碟，其中DVD驅動器負責讀取電子地圖DVD光盤，因此，一些汽車導航系統又稱為DVD導航系統。

全球定位系統GPS

介紹汽車導航系統必然要涉及到全球定位系統，即GPS。GPS是英文Global Positioning System(全球定位系統)的縮寫，它是由空間衛星、地面監控和用戶接收等三大部分組成。空間衛星由24顆衛星組成一個分布網絡，分別分布在6條離地面2萬公里、傾斜角為55°的地球準同步軌道上，每條軌道上有4顆衛星。GPS衛星每隔12小時繞地球一周，使地球上任一地點能夠同時接收7～9顆衛星的信號。

地面共有1個主控站和5個監控站負責對衛星的監視、遙測、跟蹤和控制。它們負責對每顆衛星進行觀測，并向主控站提供觀測數據。主控站收到數據后，計算出每顆衛星在每一時刻的精確位置，并通過3個注入站將它傳送到衛星上去，衛星再將這些數據通過無線電波向地面發射。

汽車導航系統

汽車導航系統中的GPS信號接收器接收衛星發送的信號，根據衛星信號計算出地面接收機的當前位置。如果地面接收機同時收到4顆以上的衛星信號，就能根據衛星的精確位置及發送信號的時刻，通過計算以求得當前地點的位置。汽車導航系統通過車輪傳感器、地磁傳感器和偏航傳感器等三種傳感器獲取數據，確定汽車的速度和位置。車輪傳感器記錄車輪的速度，產生的脈沖信號用于定時計算行駛距離和方向變化。地磁傳感器通過勵磁繞組感應出電壓脈沖，測量出沿途地磁場水平分量的大小與起始點磁場的比較，為車載電腦提供補償數據。電子地圖存儲容量能夠存儲汽車運行區域的所有數據，車載電腦與存儲道路網絡數據不斷比較判斷，更正定位誤差從而確定最佳行駛路徑。

目前先進的汽車導航系統多用單片機結構，嵌入式操作系統，軟件代碼存儲于ROM中，代碼簡潔，運行可靠，啟動及關閉迅速，具有幾乎完整的ＰＣ組件和輸入輸出端口，適應汽車惡劣的工作環境，在高溫或低溫以及劇烈振動環境下工作可靠性高。

自主導航

汽車自動導航系統的作用是根據GPS接收機提供的車輛當前位置和用戶輸入的車輛目的地、參照電子地圖計算的行駛路線，并在行駛中將信息提供給駕車者。目前世界上應用較多的是自主導航，其主要特征是每套車載導航設備都自帶電子地圖，定位和導航功能全部由車載設備完成。它的工作過程主要有以下步驟：

一、輸入數據信息。出發前，車主將目的地輸入到導航設備中，在系統顯示的電子地圖上直接點擊選取地點，或者是借助某種輸入方法，將目的地名稱輸入到系統中。根據輸入設備的不同，可以有不同的地名輸入方法，依靠按鍵或觸摸屏可以實現幾乎所有的操縱功能。為了便利，目前人們也在開發語音識別技術的產品。

二、　顯示電子地圖。汽車導航系統中至關重要的一部分是存儲在光盤或內置存儲器(如硬盤)中的電子地圖，電子地圖中存儲了一定范圍內的地理、道路和交通管制信息，與地點對應存儲了相關的經緯度信息。汽車導航主機從GPS接收機得到經過計算確定的當前點經緯度，通過與電子地圖數據的對比，就可以隨時確定車輛當前所在的地點。一般汽車導航系統將車輛當前位置默認為出發點，在用戶輸入了目的地之后，導航系統根據電子地圖上存儲的地圖信息，就可以自動計算出一條最合適的推薦路線。在有的系統中，用戶還可以指定途中希望經過的途徑點，或者指定一定的路線選擇規則(如不允許經過高速公路、按照行駛路線最短的原則等)。推薦的路線將以醒目的方式顯示在屏幕上的地圖中，同時屏幕上也時刻顯示出車輛的當前位置，以提供參考。如果行駛過程中車輛偏離了推薦的路線，系統會自動刪除原有路線并以車輛當前點為出發點重新計算路線，并將修正后的路線作為新的推薦路線。

輸出設備

汽車自動導航系統的輸出設備包括顯示屏幕和語音輸出設備。顯示屏幕一般是個100～150毫米(4～6英寸)的液晶顯示屏(如果需要手寫識別作為輸入，顯示屏表面還有一張透明的觸摸屏做保護）它的屏幕可以由幾十萬個點陣組成，全屏幕有30多萬個像素，常用分辨率有640×480或774×435，可以支持高清晰度圖像和DVD放像功能。主要顯示內容包括：地圖(包括相應的道路名稱、公路編號、重要地點名稱等)、車輛的當前位置、推薦路線等，根據用戶的設定還可以顯示附近的維修站、加油站、停車場及其他公共服務單位的名稱及地理位置等信息，以方便用戶需要。

汽車導航系統操作的簡便性是設計者追求的目標，實際上這也涉及到一個安全的問題，因為駕車者不允許一邊開車一邊看電子地圖。因此，設計者都考慮針對汽車導航系統應用需求開發語音及語音識別技術，使用者通過語音代替按鍵操作發出指令，使導航系統完成相應的工作，導航系統通過語音代替圖象文字，向駕車者發出信號或指令。例如豐田威馳導航系統就是一種帶有語音技術的導航系統，在轉彎路口等地方可以用語音提示。

電子地圖

汽車導航系統的推廣與應用關鍵是電子地圖。用戶購買裝備有導航系統的車輛時，還能得到一張刻錄了電子地圖的CD-ROM光盤。用戶在開啟車輛導航系統之后,必須把這張CD-ROM插入導航設備的光盤驅動器中，系統需要道路信息時都會到CD-ROM上去獲取。例如豐田威馳DVD導航系統就是這樣，它在副駕駛座下面有一個DVD驅動器，專門讀取電子地圖DVD光盤。隨著城鄉建設及道路變化，電子地圖光盤也會定期更換。但是，就是最新版的電子地圖也不能保證準確無誤。針對這種情況，汽車導航系統又需要增加一定的輔助支援系統。目前在應用汽車導航系統比較廣泛的地區（例如歐美和日本），汽車公司或其他商業公司建立的呼叫中心或公共交通信息電臺，通過GSM移動通訊形式發短消息或電臺發送的最新的交通信息提供給汽車上的導航設備，可以對汽車上電子地圖的信息隨時進行修正。

我國對于地圖的出版有嚴格的規定，對于電子地圖也不例外。因為它不同于一般的電子出版物，其標準性、政策性、保密性、技術性較強，是國家版圖、行政區劃界線的科學表達，因此電子地圖一定要經國家測繪局審核后才能出版。目前威馳轎車的DVD語音電子導航系統，也特別注明電子導航系統是“經國家測繪局的支持和批準”。為了適應汽車自動導航設備需要根據行駛區域、路線、自動或人工改變地圖比例尺的需求（即電子地圖放大或縮小），所以，汽車導航系統所使用的地圖必須是以向量方式記錄的。

目前國內一些汽車運營企業安裝的“汽車導航系統”，主要功能是調度與監測，與前面說明的汽車導航系統不同，這些系統中的車輛上除GPS天線和接收機外，并不需要車輛自主導航設備(包括電子地圖)，車輛通過車載通訊設備和公司保持聯系。因為這類系統的導航過程其實是人工完成，因此還不能算是汽車自動導航系統。