工作任务2-1 汽车定位导航系统的加装

导向

1.任务描述

根据客户的要求，在一辆2002年产的桑塔纳2000Gsi自动挡轿车上安装汽车定位导航系统（GPS），本车装配的是原厂的音响系统，对客户解释了安装程序和方法后开始实施安装。

2.基础知识

GPS是Globle Positioning System的缩写，意为全球定位系统，它是由美国政府历经20多年，耗资120亿美金而实施的一项庞大的宇宙及航天工程。该系统可以在全球范围内全天候地为地面目标提供信息，从而确定该目标在地面上的精确位置、速度、运行方面的参数。

GPS的应用范围：

①陆地应用，主要包括车辆导航、应急反应、大气物理观测、地球物理勘探、工程测量、变形监测、地壳运动监测和市政规划控制等；

②海洋应用，包括远洋船最佳航程航线测定、船只实时高度与导航、海洋求援、海洋探宝、水文地质测量，以及海洋平台定位、海平面升降监测等；

③航空航天应用，包括飞机导航、航空遥感姿态控制、低轨卫星定轨、导弹制导、航空救援和载人航天器防护探测等。

信息

首先，对目前国际、国内市场上的汽车定位导航系统即汽车GPS做一个了解。

1.汽车GPS在我国的兴起

汽车GPS，它的定位人造卫星（如图2-1所示）基本均匀地分布在6个轨道平面内，组成卫星网向地球不断发射定位信号，用户通过GPS接收设备（接收机）接收3颗或3颗以上的GPS卫星信号，经信号处理后获得用户位置、速度等信息，从而实现对目标进行准确定位。

图2-1 GPS定位人造卫星

随着我国私人汽车保有量的增长及用途的转变，GPS车载系统市场容量不断增长。中国加入WTO后，由于汽车进口关税下降，轿车售价随之降低，市场需求更加旺盛。同时，随着私人汽车用途的转移及交通设施的改进，有车族进行中短途的商业旅行和假日旅游已经司空见惯，汽车GPS可以为私人汽车车主提供丰富的增值服务。我国目前已悄然兴起汽车GPS专业玩家一族，他们大部分是户外运动和汽车越野爱好者。汽车GPS还可以告诉车主车辆行使方向，显示海拔高度等信息。通过GPS对卫星信号接收的计算，可以测算出行驶的具体速度。对于那些热爱户外运动的汽车越野爱好者来说GPS让他们再也不会为迷失方向而苦恼，因为GPS导航仪可以让驾车者对行驶道路了如指掌。GPS导航仪还提供全程语音提示，驾车者无须观察显示界面就可能实现导航的全过程，使行车更加安全、舒适。

2.作用

（1）导航

图2-2 导航

使用者在汽车GPS导航系统上任意标注两点后，导航系统便会自动根据当前的位置，为车主设计最佳路线，如图2-2所示。另外，它还有修改功能，假如用户因为不小心错过路口，没有走汽车GPS导航系统推荐的最佳线路，车辆位置偏离最佳线路轨迹200米以上，汽车GPS导航系统会根据车辆所处的新位置，重新为用户设计一条回到主航线的路线，或是为用户设计一条从当前位置到终点的最佳线路。

（2）转向语音提示功能

车辆只要遇到前方路口或者转弯，车载GPS语音系统会有提示用户转向的语音提示，这样可以避免车主走弯路。

（3）定位

GPS通过接收卫星信号，可以准确地定位其所在的位置，位置误差小于10米，如图2-3所示。如果机器里带地图的话，就可以在地图上相应的位置用一个记号标记出来。同时，GPS还可以取代传统的指南针，显示方向；取代传统的高度计，显示海拔高度等信息。

（4）测速

通过GPS对卫星信号接收的计算，可以测算出行驶的具体速度，比一般的里程表准确很多。如果装配在公交车上，公交公司可以全程监控车辆行驶速度，对于在某路段超速的车辆会有语音提示。

（5）显示航迹

如果去一个陌生的地方，迷路了也不用担心，GPS带有航迹记录功能（如图2-4所示），可以记录下用户车辆行驶经过的路线，小于10米的精度，甚至能显示两个车道的区别。回来时，用户可以启动它的返程功能，在它的指引下顺着来时的路线顺利回家。

图2-3 定位

图2-4 显示航迹

（6）查询信息

GPS为用户提供主要物标，如旅游景点、宾馆、医院等数据库，用户能够在电子地图上根据需要进行查询。查询资料可以文字、语言及图像的形式显示，并在电子地图上显示其位置及最佳的行车路线。

（7）紧急援助

通过GPS定位和监控管理系统可以对遇有险情或发生事故的车辆进行紧急援助。监控台的电子地图可显示求助信息和报警目标，规划出最优援助方案，并以报警声、光束提醒值班人员进行应急处理。

（8）防盗

当车主离开汽车，停靠的车辆遭遇偷盗、毁坏或移动时，车辆通过自身的监控系统向GPS监控中心发出警报，并自动与车主手机联系、电话报警等；GPS可对行驶中的被盗车辆进行定位追踪、车况监听和车迹记录，甚至控制车辆断电、断油等（如图2-5所示）。

3.原理（如图2-6所示）

图2-5 防盗功能

汽车GPS以飞行在地面上空26560千米高度的24颗人造卫星为基础，每颗卫星大约12小时绕球一周，共分成6个轨道面，呈55 °的斜角，涵盖三个地球表面，使在任意时刻，在地面上的任意一点都可以同时观测到4颗以上的卫星。由于卫星的位置精确，可知在GPS观测中，可得到卫星与接收机之间的距离，利用三维坐标中的距离公式，解出观测点的位置（X，Y，Z）。接收机锁住4颗以上的卫星是为了减少数据误差，提高精确度。每颗卫星都连续不断地向地球发射数字信号，在地面的GPS用户通过同时接收4颗以上卫星信号来计算出自己在地球上的位置（经、纬度和高度）、速度和运行状态。

GPS系统提供P码和C/A码两种定位服务，P码提供精确定位服务，专门为军方使用，C/A码提供标准定位服务，供给航海、车辆导航等非军事用途。对于民用定位服务，系统提供的定位精度为25米，不过当加上人为干扰时（美国政府的SA政策），又由于卫星运行轨道、卫星时钟存在误差，大气对流层、电离层对信号的影响，其定位精度变为100米。为提高定位精度，普遍采用差分GPS（DGPS）技术，建立基准站（差分台）进行GPS观测，利用已知基准站的精确坐标，与观测值进行比较，从而得出一修正数，并对外发布。接收机收到该修正数后，与自身的观测值进行比较，消去大部分误差，得到一个比较准确的位置。实验表明，利用差分GPS，定位精度可提高到5m。