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汽车导航仪论文
目录
1绪论1
1.1汽车导航仪简介及其工作过程2
1.1.1汽车导航仪概念2
1.2汽车导航仪的工作过程2
1.2.1用户输入目的地2
1.2.2行驶路线的计算3
1.2.3行驶中的导航3
1.3本章小结4
2汽车导航仪结构和工作原理5
2.1全球定位系统5
2.1.1全球定位系统的定义5
2.1.2卫星定位系统6
2.2导航仪的组成和工作原理7
2.2.1导航仪的硬件组成8
2.2.2车载导航仪的工作原理8
2.3本章小结11
3导航仪的故障分析与诊断12
3.1导航仪的常见故障分析12
3.2导航仪突发故障的解决办法14
3.2.1硬件故障14
3.2.2输入故障16
3.3本章小结17
4汽车导航仪的发展及展望18
4.1汽车导航仪的发展现状18
4.2汽车导航仪的未来发展趋势19
4.3本章小结19
结论20
致谢21
参考文献22
附录1导航仪英文标识的含义23
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1绪论
说到交通,大家并不陌生.我们每日出门工作,都要与地铁、公交车、出租车或者是私人轿车、自行车打交道,这是最常用的交通工具。
如果我们出远门,我们有可能乘坐火车、轮船、飞机,它们也是交通工具的一部分。
也许大家有这种经历:
乘车拥挤、交通堵塞,耽误了大家宝贵的时间。
我们是否可以改变现在的交通状况、减轻交通拥挤、减少交通事故、制止交通环境的恶化,使现代化的交通更好地为经济建设服务呢?
汽车导航系统是在全球卫星定位系统GPS基础上发展起来的新型技术。
驾车者只要将目的地输入汽车导航系统,系统就会根据电子地图自动计算出最合适的路线,并在车辆行驶过程中(如转弯前)提醒驾驶员按照计算的路线行驶。
今天,车用导航系统在日本已基本实现普及,在美国和欧洲的市场增长也是一日千里。
随着宽带网和移动网的普及应用、GPS,GIS/GSM的综合应用必将迅速推广,属于ⅡS核心技术之一的GPS车辆导航系统将有更多机会开辟新的更为广阔的国内市场。
1.1汽车导航仪简介及其工作过程
1.1.1汽车导航仪概念
因为对汽车导航不熟悉,很多人一听到汽车导航,想到的就是GPS全球定位;其实这种认识是不全面的,完整的汽车导航系统应该包括两部分:
全球定位系统和车辆自动导航系统。
其一般是由GPS天线,集成了显示屏幕和功能按键的主机,以及语音输出设备(一般利用汽车音响系统输出语音提示信息)构成的。
受车内车导航设备和汽车音响集成在一起。
汽车导航仪是近年兴起的一种汽车驾驶辅助设备,驾车者只要将目的地输入汽车导航系统,系统就会根据电子地图自动计算出最合适的路线。
并在车辆行驶过程中(例如转弯前)提醒驾驶员按照计算的路线行驶。
在整个行驶过程中,驾车者根本不用考虑该走哪条路线就能快捷地到达目的地。
当前的汽车导航系统包括两部分:
全球定位系统和车辆自动导航系统。
汽车导航设备一般是由OPS天线,集成了显示屏幕和功能按键的主机,以及语音输出设备(一般利用汽车音响系统输出语音提示信息)构成的。
受车内安装位置的限制,一般汽车导航设备和汽车视像音响合成在一起,可以搔放CD、VCD和DVD碟,其中啪驱动器负责读取电子地图DVD光盘,因此,一些汽车导航系统又称为DVD导航系统。
车用导航系统是全球卫星定位技术应用于汽车定位导航的电子产品.来自太空的GPS卫星24小时免费向全球发送定位信号.使之成为定位导航应用中晟方便廉价的信息源。
自1990年世界第一台车用导航系统问世以来。
在短短10年的时间里,车用导航系统在全球迅速普及,增长势头锐不可挡,成为一颗备受世人瞩目的“新星”。
1.2汽车导航仪的工作过程
目前世界上应用较多的是自主导航,其主要特征是每套车载导航设备都自带电子地图,定位和导航功能全部由车载设备完成。
它的工作过程主要有以下几个步骤
1.2.1用户输入目的地
在出发前,用户通过系统提供的输入方法将目的地输入到导航设备中。
除了在系统显示的电子地图上直接点击选取地点外,更多时候是借助某种输入方法,将目的地名称(如路名、维修站、机场、火车站、码头、停车场、加油站、酒店、餐厅、医院、邮局及其它公共服务单位等)输入到系统中。
根据输入设备的不同,可以有不同的地名输入方法。
比较常见的是类似目前手机的输入方法,利用显示屏幕周围的旋钮和按键,在屏幕上出现的字母表中选取字母,组成地名,确认后将这个地名输入到系统中。
但是国内市场上的汽车自主导航系统很少采用这种输入方法,因为中文的基本构成单元&&&单字的数量数以千计,不可能全部列在屏幕上供用户选择,而且国内汽车自主导航产品基本都是基于PC结构。
因此,或者借助外接键盘(从使用和存放的便利性出发,多数采用无线键盘)以类似PC机的中文输入法作为地名输入方法的汽车导航系统,或者利用触摸屏借助日益成熟的手写识别技术进行中文输入。
依靠键盘或触摸屏同时也可以实现几乎所有的功能按键的功能。
基于以人为本的设计思想,特别是考虑到安全性的要求,目前人们也在开发基于语音识别技术的产品。
1.2.2行驶路线的计算
汽车导航系统中至关重要的一部分是存储在光盘或内置存储器(如硬盘)中的电子地图。
电子地图中存储了一定范围内的地理与道路和交通管制信息,与地点对应存储了相关的经纬度信息。
汽车导航主机从GPS接收机得到经过计算确定的当前点经纬度,通过与电子地图数据的对比,就可以随时确定车辆当前所在的地点。
一般汽车导航系统将车辆当前位置默认为出发点,在用户输入了目的地之后,导航系统根据电子地图上存储的地图信息,就可以自动计算出一条最合适的推荐路线。
在有的系统中,用户还可以指定途中希望经过的途径点,或者指定一定的路线选择规则(如不允许经过高速公路、按照行驶路线最短的原则等)。
推荐的路线将以特殊的方式显示在屏幕上的地图中,同时屏幕上也时刻显示出车辆的当前位置,以提供参考。
如果行驶过程中车辆偏离了推荐的路线,系统会自动删除原有路线并以车辆当前点为出发点重新计算路线,并将修正后的路线作为新的推荐路线。
1.2.3行驶中的导航
如果导航系统的处理结果不能以合适的方式表现出来,那么汽车导航也就只是一个有趣而无用的摆设而已。
汽车自动导航系统的输出设备包括显示屏幕和语音输出设备。
显示屏幕一般是个10~15cm(4~6英寸)的LCD液晶显示屏(如果需要手写识别作为输入,液晶显示屏表面还有一张透明的触摸屏),主要显示内容包括:
可变比例的地图(包括相应的路名、公路编号、重要地点名称等)、车辆的当前位置、推荐路线等,根据用户的设定还可以显示如附近的维修站、加油站、停车场及其他上面提到的如机场、酒店、医院等公共服务单位的名称及地理位置等信息,以方便用户需要。
在车辆行驶过程中,驾驶员必须全神贯注于驾驶,而不能经常去查看显示屏幕,因此,一个实用而人性化的车辆自动导航系统应该利用语音输出,在必要的时刻向驾驶员提供提示信息。
比如,车辆按照系统推荐路线行驶到应该转弯的路口前,语音输出设备会提示驾驶员:
300m后请向左转。
这样,驾驶员根本不必关注屏幕的显示,也可以按照推荐路线正确快捷地到达目的地。
1.3本章小结
2汽车导航仪结构和工作原理
2.1全球定位系统
2.1.1全球定位系统的定义
GPS即全球定位系统(GlobalPosido曲培systeill)(邓中卫,GPS技术、应用与市场,1996.10)是美国从本世纪70年代开始研制,历时20年,耗资200亿美元。
于1994年全面建成,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与定位系统。
经近10年我国测绘等部门的使用表明,GPS以全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点,赢得广大测绘工作者的信赖,并成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、地球动力学等多种学科,从而给测绘领域带来~场深刻的技术革命。
GPS是美国第二代卫星导航系统。
是在子午仪卫星导航系统的基础上发展起来的,它采纳了子午仪系统的成功经验。
和子午仪系统一样,全球定位系统由空间部分、地面监控部分和用户接收机三大部分组成。
按目前的方案,全球定位系统的空间部分使用24颗高度约2.02万千米的卫星组成卫星星座。
21+3颗卫星均为近圆形轨道,运行周期约为11小时58分,分布在六个轨道面上(每轨道面四颗),轨道倾角为55度。
卫星的分布使得在全球的任何地方,任何时间都可观测到四颗以上的卫星,并能保持良好定位解算黻的几何图形(DOP)。
这就提供了在时间上连续的全球导航能力。
地面监控部分包括四个监控站、一个上行注入站和一个主控站。
监控站设有GPS用户接收机、原子钟、收集当地气象数据的传感器和进行数据初步处理的计算机。
监控站的主要任务是取得卫星观测数据并将这些数据传送至主控站。
主控站设在范登堡空军基地。
它对地面监控部实行全面控制。
主控站主要任务是收集各监控站对GPS卫星的全部观测数据,利用这些数据计算每颗GPS卫星的轨道和卫星钟改正值。
上行注入站也设在范登堡空军基地。
它的任务主要是在每颗卫星运行至上空时把这类导航数据及主控站的指令注入到卫星。
这种注入对每颗GPS卫星每天进行一次,并在卫星离开注入站作用范围之前进行最后的注入。
全球定位系统具有性能好、精度高、应用广的特点,是迄今最好的导航定位系统。
随着全球定位系统的不断改进,硬、软件的不断完善,应用领域正在不断地开拓,目前已遍及国民经济各种部门,并开始逐步深入人们的日常生活
2.1.2卫星定位系统
最早的卫星定位系统是美国的子午仪系统(Troosn),1958年研制,64年正式投入使用。
由于该系统卫星数目较小(5-6颗),运行高度较低(平均10000:
M),从地面站观测到卫星的时间隔较长(平均1.5h),因而它无法提供连续的实时三维导航,而且精度较低。
为满足军事部门和民用部门对连续实时和三维导航的迫切要求。
1973年美国国防部制定了GPS计划。
3)GPS发展历程
GPS实施计划共分三个阶段:
第一阶段为方案论证和初步设计阶段。
从1973年到1979年,共发射了4颗试验卫星。
研制了地面接收机及建立地面跟踪网。
第二阶段为全面研制和试验阶段。
从1979年到1984年.又陆续发射了7颗试验卫星,研制了各种用途接收机。
实验表明,GPS定位精度远远超过设计标准。
第三阶段为实用组网阶段。
1989年2月4日第一颗GPS工作卫星发射成功,表明GPS,系统进入工程建设阶段。
1993年底实用的GPS网即(21+3)GPS星座已经建成,今后将根据计划更换失效的卫星。
GPS系统包括三大部分:
空间部分—GPS卫星星座:
地面控制部分一地面监控系统:
用户设备部分—GPS信号接收机。
l、GPS卫星星座(王解先,GPS精密定轨定位,1997)
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颗卫星均匀分布在6个轨道平面内,轨道倾角为55度.各个轨道平面之间相距60度。
即轨道的升交点赤经各相差60度。
每个轨道平面内各颗卫星之间的升交角距相差90度,一轨道平面上的卫星比西边相邻轨道平面上的相应卫星超前30度。
在两万公里高空的GPS卫星,当地球对恒星来说自转一周时,它们绕地球运行二周.即绕地球一周的时间为12恒星时。
这样,对于地面观测
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