学文网摘要：简要叙述了汽车导航系统的基本组成、作用及其特点，主要描述了GPS系统对地面车辆的定位方法和定位过程。
关键词：汽车 导航 GPS
1、引言
汽车是一种快捷、迅速、机动灵活的高效运输工具，在现代物流运输中得到了广泛的使用，而随着汽车保有量的不断增长，道路交通状况日趋严峻。选择最佳的路径，使其能在最短的时间和路程内到达目的地，是现代汽车运输业的重点问题。因此，GPS卫星定位导航系统作为一种全天候、全球覆盖、三维定位、三维定速、定时、高精度、快速、省高效率的定位系统在汽车上得到了应用的广泛。
2、汽车导航系统的分类
汽车导航系统根据是否具有引导功能，分为无引导功能的导航系统和有引导功能的导航系统；有引导功能的导航系统又根据是否接收全球定位信息分为自主导航系统和GPS（Global Positioning System）导航系统；GPS导航系统又根据行车信息能否返回控制中心分为GPS开环导航系统和GPS闭环导航系统。
3、GPS汽车定位系统
3.1汽车GPS的作用
①车辆跟踪
②提供出行路线的规划和导航
③信息查询
④话务指挥
⑤紧急援助
3.2 汽车GPS的构架
美国的全球卫星定位系统GPS（Glohl Positioning System）是目前广泛应用于汽车的定位导航系统。它是基于美国发射的24颗共同作用的***用卫星网络，实现世界范围导航的。GPS汽车定位系统由三部分构成，一是地面控制部分，由主控站、地面大线、监测站及通信辅助系统组成。二是空间部分，由24颗卫星组成，分布在6个轨道平面。三是用户接收部分，由卫星大线、GPS接收机和数据处理软件组成。
3.3 汽车GPS的特点
①汽车GPS系统软件功能强大，以多媒体方式提供定位、最佳路径等信息，并具有娱乐功能，如RADIO、播放CD、查询股票行情和接收体育节目等
②适用范围广，在全国任何地方均可实现自导航
③可以利用无线通信网络实现异地查询道路信息。
④应用灵活、使用方便
⑤汽车GPS系统数据通信利用G***/CDMA短消息功能，费用低廉，数据安全性高，传输速度快。
3.3 车载GPS系统装备
车载GPS系统由GPS导航模块、自主导航模块（车速传感器、陀螺传感器）、智能化地***匹配器、微处理器（MPC）、显示器以及电子地***数据库组成。
（1）GPS导航模块：包括接收天线和相应的硬件、软件模块，能够接受卫星信号时作用。
（2）自主导航模块：包括车速传感器、方位传感器等。
当汽车行驶在与GPS卫星失去联系、中断信号的瞬间，可自动进入自主导航系统。此时，车速传感器信号，通过ECU处理，直接求出前进距离。陀螺传感器直接检测出前进方向的变化和行驶状态。
①方位传感器
地磁方位传感器：地磁方位传感器是一个双线圈发电机型地磁矢量传感器。由于上下线圈相位相反，所以垂直方向的磁感应电动势互相抵消。若用电动机转动线圈和铁心，则铁心中的磁通密度产生变化，从而建立起磁场位置进行检测和修正才能得到汽车的正确定位坐标。
电子陀螺仪：当汽车行驶在弯路，蛇形路面，勾状山道，雪地打滑，环状盘形桥等路况时，汽车的前进方向，行驶状态都要发生变化，此时只有通过陀螺传感器对航向绝对位置的检测和修正才能得到汽车的正确定位坐标。
②即车速传感器：直接检测出车速脉冲送微处理器，然后通过计算求出汽车前进距离，记录汽车与卫星失去联系后的每一瞬间运动状态，从而给出汽车前进的正确位置。
（3）微处理器（ECU）：根据GPS导航模块接收到的卫星信号和传感器输入信号及存储器中的地***数据，经过计算处理后，再进行综合的***像协调，然后通过显示器将地***显示在其屏幕上，表示汽车的实时位置。
（4）电子地***数据库：地理、道路信息，定位与导航的定位标准。
由GPS卫星导航与自主导航模块所测到的汽车坐标位置数据及前进的方向与实际行驶的路线轨迹在电子地***上都存在一定误差。为修正这二者的误差，确保二者在电子地***上路线坐标相统一，须采用地***匹配技术，即在导航系统控制电路中要增加一个地***匹配电路，对汽车行驶路线与电子地***上道路的误差进行实时数字相关匹配，作出自动修正。它经过导航ECU的整理程序进行实时快速处理，得到汽车在电子地***上的正确位置路线。
（5）地***匹配器：由GPS导航和自主导航模块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***上都存在一定误差，为了修正这些误差，需采用地***匹配技术。
（6）显示器：显示相关信息
3.3 汽车GPS的定位原理
24颗GPS卫星均匀分布在离地约20000km的位置，并在6个不同的旋转轨道上每12h绕地球转动一次，并且每秒50次向地球发送专门的位置信号、识别信号和时间信号。
在任意时刻，地面上的任意一辆汽车都可以同时观测到4颗以上的卫星。由于卫星的位置精确可知，在GPS观测中，微处理器（MPC）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、3颗卫星，就可以组成3个方程，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和时钟误差，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度，即实现汽车的空间定位。
导航卫星定位一般需要4颗卫星，用户根据卫星发射的星历表信息，通过接收机自动地选择能提供最佳几何***形的4颗卫星，到4颗卫星的距离分别等于信号传输时间乘以光速。微处理器（MPC）根据卫星发射导航电文中的星历表参数，随时可计算出每颗卫星在发射信号时的位置。当使用不精确的时钟测量时，到卫星的距离称为“伪距离”，这个距离不是车辆到卫星的真正距离，其中还包括卫星时钟偏差、用户时钟偏差以及信号传播延迟引起的测量误差。
卫星时钟与全球定位系统时间必须精确同步才能保证系统正常运行，通过每颗卫星采用的原子钟频率标准和控制部分提供的时钟校正参数可实现同步。如果用户有与全球定位系统同步的精确时钟，则用3颗卫星就可以完成定位工作。
4、结语
汽车导航除了确定自身位置和行进方向，避免在生疏地带或夜间行车时迷失方向外，还可引导汽车在繁忙交通状态和复杂的道路网络中，选择最佳的路径，使其能在最短的时间和路程内到达目的地，以解决目前世界各大城市“有路行不通”的问题。
参考文献：
[1]赵福堂.汽车电器与电子设备[M].北京.北京理工大学出版社，2010.
[2]冯崇毅.汽车运输企业管理[M].北京.人民交通出版社，2008.
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