技术可以单独提供完全准确的车辆定位信息。

普遍采用的方法是多种定位技术的组合方式，这样可以发挥各自的长处，实现相互之间的补偿。

本汽车导航系统采用GPS /DR /MM 的组合定位方案。

GPS 接收板接收卫星的导航数据，经MCS-51单片机处理，截取所需的有效数据，当GPS 接收板接收到的导航数据无效时，用航位推算系统（DR ）输出的数据作为导航数据，经处理，截取所需的有效数据。

将有效数据送入PC /104机的串口。

为了消除各种误差和干扰对定位精度的影响，对数据进行卡尔曼滤波，提供给电子地图使用。

卡尔曼滤波是线性无偏差最小方差递推滤波，能够满足实时处理的要求。

由于采用了较高配置的PC /104机，本设计采用软件实现卡尔曼滤波。

地图匹配（MM ）技术可以很好地解决车辆在电子地图上显示的轨迹与实际行驶轨迹不相符的问题。

与空中导航和海上导航不同，陆地车辆只局限于道路交通系统，因此地图匹配系统可以大大提高定位的准确性，有效地消除了累积误差。

这样的组合（GPS /DR /MM ），能充分发挥各自的优势，进行优劣互补，从而获得满意的导航定位精度。

2.2硬件系统的开发汽车导航系统的工作环境一般比较恶劣，系统工作时常受到高温、灰尘、振动、电磁干扰等诸多影响，使系统不能正常工作。

在选择硬件产品时，除了考虑实现系统功能外，还要考虑部件是否能在较恶劣的环境下正常工作。

随着电子技术和集成技术的飞速发展，硬件产品的品种越来越多，功能越来越强，性能越来越可靠，体积越来越小，价格越来越低。

这为导航系统的硬件选择提供了条件。

（1）导航计算机。

选用PC /104机作为导航计算机。

PC /104机具有小型化、低功耗和抗干扰能力强的特点。

其CPU 板和扩展板之间采用垂直的金属插针式的插接方式连接。

各板层叠插接后靠插板之间的螺纹支柱级连固定，构成稳定的整体。

实验表明，插针方式连接要比插槽方式连接牢固可靠，满足车载环境的要求。

用3块不同功能的模板叠接起来就可以构成完整的PC 机系统。

PC /104CPU 板上提供了多品种、大容量的存储器接插座，可以根据需要使用不同的存储媒质（如：DRAM 、SDRAM 、电子盘、硬盘、CD-ROM 等）。

32位高速宽带PCI 接口可以满足多媒体设备、高速网卡等的要求。

强化了的并行口和串行口可灵活使用。

并行口可定义为标准PC 机打印口，或定义为其他I /O 口，用于连接LCD 等设备。

串行口可以作为标准通信口或扩展为控制台接口。

板上的USB 接口带宽为12Mbps ，可以方便地与电话、电视盒、调制解调器、数字化仪器、音像设备等连接。

（2）GPS-OEM 板。

目前，GPS-OEM 板的品种很多。

选用体积小、重量轻、功耗低、定位和重捕获时间短、抗遮挡能力强、工作温度范围宽、操作简单、易于开发、配件丰富、价格适中的产品。

在满足上述条件下，选用复合12通道GPS 接收机。

它可以快速捕获卫星，同时可以减小GPS-OEM 板上CPU 的计算负担。

（3）航位推算系统。

本汽车导航系统采用角速度传感器、里程仪和霍尔传感器组成航位推算系统。

GPS-OEM 板有车速脉冲输入口和角速度输入口，根据这些数据进行推算定位。

当GPS 定位数据无效时，GPS 接收机自动切换至进行推算定位，输出定位数据。

（4）存储器。

根据系统的要求，可选的存储器有硬盘、CD-ROM 驱动器、电子盘和PCMCIA 卡。

目前，电子盘和PCMCIA 卡的存储容量较小，而且价格较高；硬盘和CD-ROM 驱动器的存储容量大，技术成熟，品种繁多，价格适中，所以选用硬盘和CD-ROM 驱动器作为存储器。

硬盘采用有防震设计的2.5英寸硬盘，其容量足以满足导航软件和电子地图的需要。

采用带有电子防震系统的4倍速CD-ROM 驱动器。

为了防尘，采用双门结构设计。

CD-ROM 驱动器不仅可以作为装载软件及电子地图的工具，而且还可以播放软件组成VCD 机和CD 机，实现娱乐功能。

电子地图和导航应用软件存于硬盘中。

为了提高硬盘和CD-ROM 驱动器的工作稳定性，系统采用多级缓存技术，即操作系统和导航软件存于硬盘，硬盘上设置CD-ROM 缓存区。

当需要CD-ROM 数据时，将光盘的数据调入硬盘的缓存区。

这样做保证了在大多数情况下，只有一个驱动器工作，提高了可靠性。

（5）人机接口。

人机接口由显示器和触摸屏组成。

由于系统不仅要显示高清晰、多层次、内容丰富的地理信息，而且还要显示VCD 、电视图像等视频信息，因此采用6.4英寸TFT-LCD 显示器作为输出设备。

为了简化驾驶员和乘客对导航系统的操作，提高安全性和可操作性，选用触摸屏作为输入设备。

触摸屏可以外接在LCD 之上，其上的多功能透明软开关可使操作者简洁、快速地对汽车导航系统进行操作。

在设计人机接口时，除了选择一套合适的输出和输入设备外，还要考虑到人的因素。

在驾驶过程中，驾驶员很难看清电子地图上的细节内容，所以车辆行驶时应尽量显示少量信息，此外，还要考虑加装背光调节装置。

例如：当车辆在夜间行驶时，如果显示屏的亮度过高，那么驾驶员从极亮的屏幕转向较暗的路面时，会很难看清外面的情况，所以，汽车导航系统要有显示屏亮度的调节功能。

（6）电源。

电源模块把汽车提供的12V 电压转换・78・!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!多功能汽车导航系统的设计与实现北京长安自动化工程集团KJ4煤矿综合监控系统电话：（010）65684040传真：（010）65687631为5V电压给整个系统供电。

2.3软件的开发与组成本系统软件由操作系统、导航软件、电子地图、播放软件等组成。

导航软件和电子地图实现导航功能。

播放软件实现音频、视频播放功能。

（1）操作系统。

选用WindowS98。

WindowS98系统下，开发和应用导航软件也比较容易，有利于汽车导航系统的功能增强。

WindowS98操作系统已经配置了支持USB外设的相关软件，因此不必为每一种USB外设而装配附带的软件。

（2）导航软件。

利用导航软件，可以根据需要对电子地图进行放大、缩小、左移、右移、上移和下移等操作；并实现最佳路线选择、最短路径、保存行驶路线、行驶轨迹回放、输入名称或地址进行目的地查询等功能；可以以语音的方式向驾驶员提供前方道路的简单情况；当车辆行驶超出地图显示范围时，电子地图将自动切换跟踪。

所有导航软件均在WindowS98系统下用ViSuaI C++开发。

（3）电子地图。

电子地图是自行开发的，其制作主要分为以下步骤：t投影系统的确定。

城市图用高斯克吕格投影，城间图用双标纬等角圆锥投影。

o控制地图的建立。

将地形图输入计算机，采用Arc/Info系统进行编辑处理。

＠图像拼接处理。

将拍摄的航片输入计算机，用以制作城市图；将卫星数据输入计算机，用以制作城间图。

采用ENVI系统进行图像拼接。

＠交通信息提取。

对遥感影像进行几何校正；对遥感影像、地形图和由GPS实地采集的数据进行编辑处理。

＠导航图的制作。

将编译后的地图文件进行格式转换，然后压缩成一定格式的输出文件，制作成导航图光盘。

我们已经制作了1110000的长春市电子地图和11 100000的吉林省城间电子地图。

（4）其他软件：自行开发的汽车影院软件界面直观，易于操作，与CD-ROM组成VCD机和CD机，实现娱乐功能。

还可以根据需要编制相应的应用软件。

3系统集成将所有硬件集成到设计好的导航系统的外壳中，装入操作系统及导航软件，调试，系统按设计要求正常工作。

显示器置于导航系统内部，可沿滑轨水平滑出，然后向上翻转，根据需要自由调整到舒适的视角。

GPS天线通过天线接口与系统连接。

由于采用了防震加固设计，系统可以在车载环境下工作。

但长时间工作时，由于系统过热，造成不能正常工作。

虽然在设计时采取了散热措施，并加装了散热片，但还是不能解决问题。

加装风扇是解决散热的常用方法，但对于汽车导航系统却存在一些问题，如容易吸入灰尘、容发生故障、增加震动等。

经过研究发现，过多的热量主要是电源的转换效率不高，现采用转换效率更高的电源，系统工作过热的问题得到解决，可以在不加风扇的情况下长时间正常工作。

4系统的技术指标系统主要技术指标如下：t定位精度：!25m（无差分，SA OFF），3~5m （伪距差分，SA OFF）；o定位时间：!60S；＠操作系统：MicroSoft Window98；＠显示器：6.4英寸彩色TFT-LCD；＠AUDIO输出：高保真立体声；＠工作电压：12V110%；＠典型功耗：30W；＠工作温度：0~60C；＠存储温度：-10~-75C；＠工作湿度：8%~80%；＠O l机械尺寸：180mm X230mm X110mm。

5结束语未来的汽车导航系统将不仅局限于系统本身，要将它作为汽车的一部分。

同时应将汽车信息系统设计为总线式结构，制定统一的接口标准，方便各单元（如导航仪、车载电话、寻呼设备、娱乐设备等）的连接，使系统的扩展更加方便。

车辆定位和导航产品的设计标准将趋于标准化和规范化。

随着智能交通系统（ITS）的迅速发展，ITS的协议和标准将出现。

车辆定位导航产品标准的制订将与ITS密切相关。

因此，在设计导航产品时应优先考虑与ITS相关的标准和标准接口。

本汽车导航系统已经进行了装车试验，系统工作稳定可靠，达到了设计要求。

日前，已正式通过验收。

参考文献：［1］［美］赵亦林著.车辆定位与导航系统［M］.谭国真译.北京：电子工业出版社，1999.［2］王广运，郭秉义，李洪涛.差分GPS定位技术与应用［M］.北京：电子工业出版社，1996.［3］房建成，万德钧.GPS组合导航系统在车辆导航中的应用［J］.东南大学学报，1996，26（3）：96-102.［4］梁合庆.PC/104CPU板紧追PC机主板技术［J］.电子产品世界，1998，（54）：40-46.［5］［美］Namir CIement ShammaS著.ViSuaI C++使用指南［M］.王国印，张赤红译.北京：清华大学出版社，1999."・88・《测控技术》2001年第20卷第9# #################################################################期北京长城航空测控技术研究所科技发展部多通道加载系统电话：（010）65682811，65686291-8417。