车载GPS集成与应用维护.docx
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车载GPS集成与应用维护
车载GPS集成与应用护
题目：
车载GPS在行业中的应用分析
目录
概述1
关键词1
一、GPS系统简介2
二、GPS的组成2
1.空间部分2
2.地面控制部分3
3.用户设备部分3
三、GPS的原理4
1、GPS卫星信号构成5
2、测距码的产生5
3、导航电文5
（1）卫星星历6
（2）预报星历的内容6
四、GPS的特点7
1、定位精度高 7
2、观测时间短7
五、GPS的主要功能7
六、车载GPS组成8
1、硬件部分（附件一：
GPS车机安装技术规范）8
2、车载GPS安装9
工具/原料9
步骤/方法9
3、软件部分（附件二：
安装使用说明）12
4、监控功能12
（1）实时车辆13
（2）历史轨迹回放13
（3）报警功能13
（4）语音监听13
（5）遥控断油/断电13
（6）双向文字信息13
（7）越界/超速报警13
（8）车载电话14
（9）车载黑匣子14
（10）营运数据实时回传14
（11）信息管理14
（12）统计报表功能14
（13）远程图像监控（选配）14
（14）进出站统计14
5、维护部分（附件三：
GPS车载终端269、103常见问题及处理办法）14
七、车载GPS系统在中国发展的主要制约因素15
八、GPS在车辆上的应用15
1、我国GPS的汽车导航系统现状15
2、GPS的汽车导航系统16
3、自主导航设备16
4、地图匹配器17
5、基于GPS的出租车队自动调动系统17
6、GPS在汽车导航和交通管理中的应用18
九、我国车载GPS系统市场前景展望19
十、GPS的前景20
附件一：
GPS车机安装技术规范20
附件二：
一体化智能调度系统服务器安装使用说明20
附件三：
GPS车载终端269、103常见问题及处理办法21
摘要（summary）
本论文《车载GPS在行业中的应用分析》，主要简述GPS系统结构，空间系统、地面系统、终端设备。
对GPS在车辆上的应用现状及发展方向做出了简单分析。
通过目前的车载GPS在某些领域的应用，包括：
行业需求分析；车载GPS系统构成；车载GPS硬件部分：
硬件组成功能、安装过程；软件部分：
服务器及客户端的组建、监控能实现的功能。
Inthispaperthe"applicationofGPSinthecarindustryanalysis".MainlydiscussesGPSsystemstructure,spacesystem,groundsystem,terminalequipment.ThevehicleGPSapplicationstatusanddevelopmentdirectiontomakeasimpleanalysis.ThroughthecurrentcarGPSinsomeareasofapplication,including:
industrydemandanalysis;CarGPSsystemstructure;CarGPShardwareparts:
hardwarefunction,installationprocess;Softwarepart:
theserverandclientform,monitoringcanrealizefunctions.
关键词（keyword）：
GPS车载GPS发展规范软件硬件监控组装维护优点前景
GPScarGPSdevelopmentstandardsoftwarehardwaremonitoringassemblymaintenanceadvantagesprospects
一、GPS系统简介
全球卫星定位系统（GloblePositioningSystem）是一种结合卫星及通讯发展的技术,利用导航卫星进行测时和测距。
全球卫星定位系统（简称GPS）是美国从本世纪70年代开始研制,经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年3月，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。
具有海陆空全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。
经过近十年我国测绘等部门的使用表明,全球卫星定位系统以全天候、高精度、自动化、高效益等特点,成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影、运载工具导航和管制、地壳运动测量、工程变形测量、资源勘察、地球动力学等多种学科,取得了好的经济效益和社会效益。
二、GPS的组成
GPS全球卫星定位系统由三部分组成:
Ø空间部分——GPS星座（GPS星座是由24颗卫星组成的星座，其中21颗是工作卫星，3颗是备份卫星）
Ø地面控制部分——地面监控系统
Ø用户设备部分——GPS信号接收机
1.空间部分
GPS的空间部分是由24颗工作卫星组成,它位于距地表20200km的上空,均匀分布在6个轨道面上（每个轨道面4颗）,轨道倾角为55°。
此外,还有4颗有源备份卫星在轨运行。
卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4颗以上的卫星,并能保持良好定位解算精度的几何图象。
这就提供了在时间上连续的全球导航能力。
GPS卫星产生两组电码,一组称为C/A码（Coarse/AcquisitionCode11023MHz）;一组称为P码（ProciseCode10123MHz）,P码因频率较高,不易受干扰,定位精度高,因此受美国军方管制,并设有密码,一般民间无法解读,主要为美国军方服务。
C/A码人为采取措施而刻意降低精度后,主要开放给民间使用。
2.地面控制部分
地面控制部分由一个主控站,5个全球监测站和3个地面控制站组成。
监测站均配装有精密的铯钟和能够连续测量到所有可见卫星的接受机。
监测站将取得的卫星观测数据,包括电离层和气象数据,经过初步处理后,传送到主控站。
主控站从各监测站收集跟踪数据,计算出卫星的轨道和时钟参数,然后将结果送到3个地面控制站。
地面控制站在每颗卫星运行至上空时,把这些导航数据及主控站指令注入到卫星。
这种注入对每颗GPS卫星每天一次,并在卫星离开注入站作用范围之前进行最后的注入。
如果某地面站发生故障,那么在卫星中预存的导航信息还可用一段时间,但导航精度会逐渐降低。
对于导航定位来说，GPS卫星是一动态已知点。
星的位置是依据卫星发射的星历—描述卫星运动及其轨道的的参数算得的。
每颗GPS卫星所播发的星历，是由地面监控系统提供的。
卫星上的各种设备是否正常工作，以及卫星是否一直沿着预定轨道运行，都要由地面设备进行监测和控制。
地面监控系统另一重要作用是保持各颗卫星处于同一时间标准—GPS时间系统。
这就需要地面站监测各颗卫星的时间，求出钟差。
然后由地面注入站发给卫星，卫星再由导航电文发给用户设备。
GPS工作卫星的地面监控系统包括一个主控站、三个注入站和五个监测站。
3、用户设备部分
用户设备部分即GPS信号接收机。
其主要功能是能够捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星,并跟踪这些卫星的运行。
当接收机捕获到跟踪的卫星信号后,即可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率,解调出卫星轨道参数等数据。
根据这些数据,接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算,计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息。
接收机硬件和机内软件以及GPS数据的后处理软件包构成完整的GPS用户设备。
GPS接收机的结构分为天线单元和接收单元两部分。
接收机一般采用机内和机外两种直流电源。
设置机内电源的目的在于更换外电源时不中断连续观测。
在用机外电源时机内电池自动充电。
关机后,机内电池为RAM存储器供电,以防止数据丢失。
目前各种类型的接受机体积越来越小,重量越来越轻,便于野外观测使用。
三、GPS的原理
GPS导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。
1、GPS卫星信号构成
下图为GPS卫星信号的构成示意图。
图中说明所有信号分量是根据同一基准频率（图中A点）产生的，其中包括载波（B点），（C点），调制在载波上的调相信号C/A码（D点），P码（F点）和数据码（G点），经卫星发射天线（H点）发射的信号分量包括：
C/A码信号（J点），L1—P码信号（K点）和L2—P码信号（L点）。
2、测距码的产生
C/A码码率为1.023MHz，周期为1ms，一周期内有1023个码位。
C/A码由两个1023bit的伪随机码和的乘积构成的Gold码。
3、导航电文
GPS卫星的导航电文主要包括卫星星历、时钟改正、电离层时延改正、工作状态和C/A码转换到捕获P码的信息。
将这些信息以数据，即以二进制码的形式向用户发送，所以导航电文又称为数据码，即D码。
（1）卫星星历
卫星星历是描述卫星运行轨道的参数，分预报星历和后处理星历。
预报星历：
由卫星向用户播发。
可用于实时定位。
分C/A码星历和P码星历。
内容：
分三部分，开普勒六参数、轨道摄动九参数、时间二参数。
（2）预报星历的内容1）开普勒六参数e,i0,ωs,Ω0,M0Ω0——星期日子夜零时的格林威治子午面与参考时刻toe时的升交点所在子午面之间的夹角。
2）、轨道摄动九参数
3）、时间二参数toe——星期日子夜零时起算的星历参考时刻。
取值范围：
0~604800s。
AODE——数据龄期，即用于推算星历的监测站观测数据的最后观测时刻tL到toe的时间间隔，AODE=toe-tL。
注：
不属于星历的其它信息表2.3前3行，后5行，与星历同属导航电文。
1）卫星钟差改正参数：
Δts=a0+a1（t-toC）+a2（t-toC）2toC——星钟参考时刻。
2）GPD——星期数，取值范围0~10241980.1.6~1999.8.22，1999.8.22~2019.4.6
（2）国际组织、国家、城市、仪器制造商等由自已的跟踪站观测数据推算，由网络、手机、电视、光盘、磁带等介质以免费或收费的方式向用户提供。
一般不能实时定位。
利用精密星历及其它手段进行精密单点定位，精度可达0.1m。
四、GPS的特点
全球定位系统的主要特点：
高精度、全天候、高效率、多功能、操作简便、应用广泛等。
1、定位精度高
应用实践已经证明，GPS相对定位精度在50KM以内可达10-6，100-500KM可达10-7，1000KM可达10-9。
在300-1500M工程精密定位中，1小时以上观测的解其平面其平面位置误差小于1mm，与ME-5000电磁波测距仪测定得边长比较，其边长较差最大为0.5mm,校差中误差为0.3mm。
2、观测时间短
随着GPS系统的不断完善，软件的不断更新，目前，20KM以内相对静态定位，仅需15-20分钟；快速静态相对定位测量时，当每个流动站与基准站相距在15KM以内时，流动站观测时间只需1-2分钟，然后可随时定位，每站观测只需几秒钟。
五、GPS的主要功能
全球定位系统的主要用途：
（1）陆地应用，主要包括车辆导航、应急反应、大气物理观测、地球物理资源勘探、工程测量、变形监测、地壳运动监测、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、船只实时调度与导航、海洋救援、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。
你选择用上面或下面的（·精确定时：
广泛应用在天文台、通信系统基站、电视台中 ）
·工程施工：
道路、桥梁、隧道的施工中大量采用GPS设备进行工程测量
·勘探测绘：
野外勘探及城区规划中都有用到
·导航：
武器导航：
精确制导导弹、巡航导弹
车辆导航：
车辆调度、监控系统
船舶导航：
远洋导航、港口/内河引水
飞机导航：
航线导航、进场着陆控制
星际导航：
卫星轨道定位
个人导航：
个人旅游及野外探险
·定位：
车辆防盗系统
手机，PDA，PPC等通信移动设备防盗，电子地图，定位系统，儿童及特殊人群的防走失系统，农业勘测
在我国GPS目前主要应用于汽车导航.三维导航是GPS的首要功能,飞机、轮船、地面车辆以及步行者都可以利用GPS导航器进行导航.GPS导航系统与电子地图、无线电通信网络、计算机车辆管理信息系统相结合,可以实现车辆跟踪和交通管理等许多功能.随着我国经济的发展,汽车正在逐渐走进每一个中国家庭.经过多年的发展和培育,GPS系统市场也已进入规模发展时期.GPS车载系统的市场可分为前装和后装两种方式:
前装系统是在车辆出厂前就组装在车辆上的配套产品之中,后装系统则是在车辆使用过程中安装到车辆上的.目前我国车载系统尚处于市场培育阶段,采用后装形式给汽车用户提供一种灵活的选择无疑是更明智的策略.截至2005年底,中国拥有车载导航设备的车辆不足10万辆,相对于3000万辆的汽车总数来说,普及率不到1%.而日本的汽车车载导航安装率高达59%,欧美约占25%.这也说明了中国的GPS行业的潜在市场十分庞大.数据显示,到2007年底,中国安装GPS系统的汽车至少增加5倍.一汽、二汽、上海大众、通用等汽车制造商都有将GPS导航系统作为轿车标准配置的规划.
六、车载GPS组成
1、硬件部分（附件一：
GPS车机安装技术规范）
2、车载GPS安装
Ø工具/原料
需要物品配件：
DVD导航仪，起子，螺丝刀，拔线钳，电胶布，铬铁，铁丝或绳子等。
Ø步骤/方法
打开小储物盒盖，并拍下两颗螺丝。
用胶刀拍下原车小显示面板拔出尾线，并拍下固定原主机的四颗螺丝。
把原车小显示面板的显示屏拍下。
用胶刀拍下原车音响面板。
拔下原车音响面板尾线并取出主机。
用胶刀拍下档位装饰板并取出。
用胶刀拍下杂物盒并取出。
用胶刀拍下空调控制装饰板。
把原车小显示面板的尾线布好到杂物盒，把小显示屏安装固定到新的杂物盒装饰板上，打好螺丝并装好空调和档位装饰板。
将副驾座的杂物盒拍出腾空，把尾线布到杂物盒上，插上主机并放置到杂物盒内，装好杂物盒，再把两条接显示屏的线引到仪表台上。
把原车音响主机插好尾线装进仪表台，再把原控制面板尾线插好装进仪表台并打好固定螺丝。
把连接显示屏的两条尾线插到显示屏上，并装到仪表台上。
安装完成
3、软件部分（附件二：
安装使用说明）
4、监控功能
主要功能：
（1）实时车辆
对于所查询车辆的选择可以按单辆车、部分（分组）或全部车辆进行，选中车辆的实时位置信息和行驶数据信息将向管理中心报告。
位置信息包含经纬度值，行驶状态信息包括时间、速度、方向、设备故障信息等。
（2）历史轨迹回放
车载终端上存储的历史轨迹记录可以由管理中心通过无线方式按照时间段提取后存储于管理中心，轨迹点可以在管理中心电子地图上回放以重现车辆的行驶过程。
（3）报警功能
车载终端设备可配置手动或脚踏紧急报警开关，在有紧急情况如遇劫、求助等发生时，当驾驶人员按下按钮后车载终端会马上执行向管理中心的报警动作；管理中心接收到报警信息后立即以声音提示并结合文字提示信息通知值班人员，配合电子地图上位置信息为值班人员提供及时完整的报警信息和处理流程。
（4）语音监听
在一些特殊情况比如劫警发生后，可由车载终端主动向指定号码的固定或移动电话上拨号，使得监控中心可以监听车内情况。
（5）遥控断油/断电
管理中心在确认警情发生或其他特殊情况下，可以向车载终端发送断油电指令，车载终端在接收到指令后将执行断油电的动作。
（6）双向文字信息
车载终端配合外接的中文液晶显示屏可与管理中心之间实现车辆电招、调度、文字信息收发等功能。
（7）越界/超速报警
由管理中心系统下发速度的上限值到车载终端并由车载终端保存该设置，在行驶过程中若判断实际行驶速度超出速度上限值立即执行向监控中心上报超速报警信息的动作；中心系统亦可下发活动区域的属性数据到车载终端并由车载终端保存该设置，在行驶过程中若判断出不在活动区域内则立即执行向监控中心上报越界报警信息的动作。
管理中心系统记录报警信息并立即以声音提示并结合文字提示信息通知值班人员，配合电子地图上位置信息为值班人员提供及时完整的报警信息和处理流程
（8）车载电话
车载终端配备通话手柄和免提通话装置，使用者可以通过手动拨号和接听方式使用电话功能，亦可通过免提方式对来电自动接听。
（9）车载黑匣子
车载终端设备可按照要求的时间间隔存储车辆的位置及状态信息，所存储的信息可通过无线方式传输到管理中心。
（10）营运数据实时回传
车载单元可以与记价器接口，在针对出租或长途车应用中实时采集营运数据，营运数据包括：
载客起点、载客终点、载客里程、行驶路线、载客营业额、空车起点、空车终点、空车里程、载客量；营运数据可以通过无线方式传输至管理中心，管理中心存储营运数据。
（11）信息管理
管理中心提供对车辆、驾驶员等信息的录入、查询、编辑功能，管理中心可按单车或分类查询方式进行查询，亦可以组合查询条件进行查询。
（12）统计报表功能
可按照实际业务需求对驾驶员、车队或所有车辆按天、周、月、年进行车辆营运生成统计报表；对驾驶员、车队或所有车辆按天、周、月、年生成超速统计报表；按天、周、年生成营运分析报表；生成营运状况分析图表、载客时间段/路段分析图表。
所有报表支持修改功能。
（13）远程图像监控（选配）
可以实时传输图像通过摄象头远程监控车内图象，并将图象传送到管理端。
（14）进出站统计
可统计多个站点的进出具体时间，作为车辆核算信息
5、维护部分（附件三：
GPS车载终端269、103常见问题及处理办法）
七、车载GPS系统在中国发展的主要制约因素
从系统的技术水平与产品的质量和成熟程度来说,我国GPS市场还处在发展初期.车载导航系统不如车辆跟踪系统市场成熟,实时交通信息发布和完善的导航电子地图的提供与更新机制,均缺乏实际的解决方案和途径.究其原因,主要有以下4点.2.1 消费需求不强烈 在产品使用上,我国与GPS导航产品市场发达的国家也有很大的不同.在美国、日本,人们日常开车出行半径都在数百千米,而中国大多数车主的日常出行半径里程仅为其1/10,而且大多数是往返在工作场所至居住地固定的道路上.因此中国的车主对GPS车载设备还没有很强烈的需求.2.2 缺乏行业标准 标准化问题是GPS车辆跟踪系统产业化的核心问题.目前,不同公司的GPS产品及运营系统不能通用、兼容、联网.客户无法在市场中选择最新最优的产品,以及将技术进行更新换代.这些问题妨碍了该产品的推广应用.2.3 产品价格过高 价格昂贵是GPS类产品不可能在中国市场迅速普及的原因之一,开发出中国大多数消费可以接受的价位的导航产品是当前各大GPS厂商的主要任务.目前,市场中主流的GPS系统高端市场单体接收机价格大约为8000元,中端市场价格为5000元左右,低端市场价格为2000元左右.这样的价格让很大一部分潜在消费者望而却步.2.4 电子地图有待开放 在GPS导航系统中,最重要的就是该产品所提供的电子地图,可是在中国出于国家安全的考虑,政府对地图数据进行严格控制.另外,由于中国正在对基础设施和道路进行大规模的升级改造,所以需要经常对地图进行更新.这就造成了电子地图的制作和更新成本居高不下,无法进行市场化运作.从现状看,目前国内所开放的电子地图还不能满足消费者的全部需求.显然,要使车载GPS系统在中国得到迅速发展与广泛运用,除了加强科技开发与市场开拓,还必须由政府有关部门制定相应的发展规划与行业标准,实施积极的产业政策,进行必要的引导与规范。
八、GPS在车辆上的应用
1、我国GPS的汽车导航系统现状
GPS汽车导航系统的研制和应用在我国起步较晚但发展势头很猛在银行运钞车公安巡逻车上广泛应用，甚至一些大、中城市的出租车、公交车上也开始应用，一些厂矿企业和部门正在逐步配备GPS接收机。
我国将GPS、地理信息系统和现代通讯技术综合在一起研制成一种新型汽车导航设备具备监控、调度、报警，监听遥控熄火和遥控断油、电子地图显示自动存档、系统自检等功能，它可将汽车的任何动态位置随时准确无误地显示在仪器的电子地图上。
导航仪的电子地图自动跟踪显示汽车当前位置及周边，情况它存储了我国各大城市道路的电子交通图及高精度的全国公路网及其沿线村镇以上级别的地图驾驶员可随时在导航仪上查询周边半径300km地区的地理信息
2、GPS的汽车导航系统
汽车导航系统可以显示车辆当前所在位置并将运行中有关道路图、停车设施、道路属性（道路名称、单向交通路段、禁止转弯路段、载重限制及净空限制等）和其他有用的服务信息直观地呈现在驾驶员面前，协助驾驶员在陌生的交通道路环境中，准确掌握前往目的地的道路，当驾驶员将目的地输入车中电脑，提出要求电脑便能根据市内道路情况、红绿灯数、速度限制等选出最佳行驶路线，并显示在荧屏上。
它不仅指示车辆避开拥挤阻塞的路线，还帮助疏散车辆。
另外，它还有修改功能例如车主不小心错过路口、没有走该系统推荐的最佳路线、车辆位置偏离最佳路线200m以上，该系统会根据所在新位置重新为车主设计最佳路线。
目前世界各国已有多种汽车导航系统产品，并竞相降低价格，我国也不例外。
汽车导航系统是由GPS导航、自主导航、智能化地图匹配器、微处理器（MPC）或数字信息处理器（DSP）、车速传感器、陀螺传感器、CD-ROM驱动器或DVD-ROM驱动器、显示器以及电子地图数据库相应的软件组成。
从系统方框图及车载导航设备安装示意图可以看出，汽车上需装备主要有：
GPS天线，GPS接收机（接收板），计算机（CPU）、CD-ROM驱动器及LCD显示屏。
3、自主导航设备
该设备由车速传感器和陀螺传感器组成。
当汽车行驶在隧道、高层楼群、高架桥、高山群涧、密集森林等地段时，将与GPS失去联系，在中断信号的瞬间，机内自动导人自主导航系统此时车速传感器从汽车前进的速度检测出车速脉冲，通过汽车微处理器（MPU）的数据处理，由速度和时间直接求出前进的距离。
为了减少高速行驶中因轮胎受热膨胀而影响计算精度的误差要取一个距离系数进行修正，以提高导航的精度。
陀螺传感器可直接测出前进方向的变化和行驶路线状态，例如汽车行驶在勾状山道、发夹式弯路、蛇形路面、环状盘形路、雪道空地打滑、轮渡过河等地段时所有这些曲线行驶的距离与卫星导航的经纬度比较会产生较大误差此时只有通过陀螺传感器和微处理器的运算修正才能得到汽车的正确位置。
车速传感器常采用数字里程表，陀螺传感器采用压电晶体陀螺。
4、地图匹配器
由GPS导航和自主导航（包括车速传感器和陀螺传感器）所测得的汽车坐标位置数据、前进的方向和行驶路线轨迹在电子地图上都存在一定误差，为了修正这些误差，需采用地图匹配技术。
增加一个地图匹配电路，对汽车行驶的路线（包括各种传感器检测到的轨迹）与电子地图上道路的偏差进行定时数字相关匹配，作出自动修正，然后由微处理器整理程序进行实时快速处理在电子地图上得到汽车正确位置的显示。
随着技术的进步近年来利用模糊逻辑控制原理替代原来的复杂数字相关匹配技术组成的地图匹配器，可以大大简化系统结构，降低成本，提高精度。
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