浅谈车载导航的原理

毕业论文（设计）题目:浅谈车载导航的原理

系别: 建筑工程系

专业: 建筑工程技术

学生姓名:

成绩: 指导教师:

2012年4月

商丘工学院毕业论文

摘要

本文介绍了车载导航的来源，及其在当今社会中给人们带来的便利，另外主要介绍了车载导航的基本原理和功能，下面我就为大家根据自己的见解来简单地阐述一下车载导航的历史古今和它的的一些基本原理分析，并根据自己的观点来提出现如今车载导航的应用弊端及未来发展方向。希望大家能共同交流和学习。

关键词：车载导航的原理应用用途发展方向

浅谈车载导航的原理

目录

摘要··························································································· II

绪论 (1)

1 车载导航的概念及构成 (1)

1.1 车载导航的概念 (1)

1.2 车载导航的来源 (2)

1.3 车载导航的主要构成部分 (2)

2车载导航的基本原理及应用 (3)

2.1 卫星如何采像及原理 (3)

2.2 地面信息接收及计算机处理系统的功能及重要性 (4)

2.3 各系统之间关联及密切作用 (4)

2.4 车载导航在现实生活中的应用 (5)

3 车载导航的弊端及误差来源 (5)

3.1 车载导航的弊端 (6)

3.2 精确程度及误差来源 (6)

3.3 发展前景和改进趋向 (7)

4 车载导航技术的运用及和人类的关系 (7)

4.1 车载导航的功能 (8)

4.2 市场如何挑选车载导航产品 (8)

结论 (9)

参考文献 (10)

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绪论

“车载导航”现在对人们来说已经不是一个新鲜的名词，它的运用解决了很多人因在陌生地区找不到路的苦恼，减少了因看不清路标而造成的不必要的后果。他可以让您在驾驶汽车时随时随地知晓自己的确切位置。车载导航其具有的自动语音导航、最佳路径搜索等功能让您一路捷径、畅行无阻，集成的办公、娱乐功能让您轻松行驶、高效出行！车载导航的使用是人类科学发展史上智慧的结晶。它的出现一方面给人们带来了巨大的交通便利，另一方面也存在着很多的弊端问题。还有更为深层的一方面问题，美国无偿为世界提供24颗卫星用来发展车载导航，这也不得不给人以深思。我国在利用此项高端技术的同时也不得不加紧军事机密的防范。未来的车载导航必然会迈向一个更智能更人性化的而一面发展，这就需要21世纪的新力军了，你准备好了吗！

浅谈车载导航的原理

1. 车载导航的概念及构成

1.1车载导航的概念

车载导航是利用车载GPS（全球定位系统）配合电子地图来进行的，它能方便且准确地告诉驾驶者去往目的地的最短或者最快路径，是驾驶员的好帮手。

1.2车载导航的来源

车载导航是根基于GPS（Global Positioning System）利用导航卫星进行测时和测距，以构成全球定位系统。GPS是由美国国防部主导开发的一套具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航定位系统。GPS 定位的基本原理是利用距离交会法计算出接收机的坐标。 GPS是一个高精度、全天候和全球性的无线电导航、定位和定时的多功能系统。它已逐渐在越来越多的领域取代了常规光学和电子仪器。GPS与现代通信技术相结合，使空间定位技术发生了革命性的变化。用GPS同时测定三维坐标的方法将测绘定位技术从陆地和近海扩展到整个海洋和外层空间，从静态扩展到动态，从单点定位扩展到局部与广域差分，从事后处理扩展到实时定位与导航，精度扩展到米级、厘米级乃至亚毫米级，从而大大拓宽了它的应用范围和在各行业中的作用。GPS在现实生活中的不断的运用和改进并逐渐熟练应用于现在的交通事业，从而给人们带来了巨大的方便。

1.3车载导航的主要构成部分

GPS由三部分构成: 空间部分—GPS卫星星座；地面控制部分—地面监控系统；用户设备部分—GPS信号接收机。

1.3.1空间部分：

空间是由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成GPS卫星星座，记作（21 3）GPS星座。24颗卫星位于距地表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,并且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。

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1.3.2地面控制部分：

由主控站(负责管理、协调整个地面控制系统的工作)、地面天线(在主控站的控制下，向卫星注入寻电文)、监测站(数据自动收集中心)和通讯辅助系统(数据传输)组成。对于导航定位来说，GPS卫星是一动态已知点。卫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。

1.3.3用户设备部分：

主要由GPS接收机和卫星天线组成。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，就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。

2. 车载导航的基本原理及应用

2.1信息的采集及渠道图像

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地图数据库来源于多种渠道，其中最主要的来源是城市政府机关提供的街区数据库。车载导航的图像来源它涉及到了很广阔的技术领域，比如航空航天科，天体学，摄影，红外技术，雷达技术，计算机技术，GIS（地理信息系统），互联网等诸多领域，第一个人造地球卫星是前苏联发射，以后逐渐发展而成。发明卫星地图最初也是最主要的原因是从军事角度考虑的，主要可用于军事侦查，高精度定点打击，路线选择，军事分析，战略部署，后来发展到导航，资源环境普查等等。

卫星采像的存在将是世界更加透明，情报搜集更加不平衡，加剧军事政治实力差距。但是好的方面就是世界联系更加紧密，对于经济发展有促进作用。

车载导航主要通过卫星拍照（有多光谱成像，红外成像，普通光学，微波等多种形式）再将照片经过数字化处理，经过专业的软件分析，制作，标点，然后嵌入到互联网共享，我们通过客户端即可浏览。

2.2 GPS卫星导航系统的原理

GPS是由24颗卫星在离地面1万2千公里的高空上，以12小时的周期环绕地球运行，使得在任意时刻，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，我们可得到卫星到接收机的距离，利用三维坐标中的距离公式，利用3颗卫星，就可以组成3个方程式，解出观测点的位置(X,Y,Z)。考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差，实际上有4个未知数，X、Y、Z和钟差，因而需要引入第4颗卫星，形成4个方程式进行求解，从而得到观测点的经纬度和高程。

事实上，接收机往往可以锁住4颗以上的卫星，这时，接收机可按卫星的星座分布分成若干组，每组4颗，然后通过算法挑选出误差最小的一组用作位，从而提高精度。

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，以及人为的SA保护政策，使得民用GPS的定位精度只有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，