智能车导航.doc

结课论文 (2011- 2012年度第2学期)名 称： 机械电子工程专业概论 院 系： 机械工程系 班 级： 机械0905 学 号： 200904000809 学生姓名： 龚洋 日 期： 2012.4.1 汽车智能导航系统通过几周对机械电子工程概论的学习，让我对机械电子方面有了更深层次的认识，原来它包含的方面是那么的广泛，而这其中最让我记忆犹新的还是智能导航系统了。汽车GPS导航系统是以全球24颗定位人造卫星为基础，向全球各地全天候地提供三维位置、三维速度等信息的一种无线电导航定位系统。它由三部分构成，一是地面控制部分，由主控站、地面天线、滥测站及通讯辅助系统组成。二是空间部分，由24颗卫星组成，分布在6个轨道平面。三是用户装置部分，由GPS接收机和卫星天线组成。现在民用的定位精度可达10米内。根据采用图论求两个定点之间的最短路径，其中应用算法（双标号法），即对图中的点v进行标号，分别记录v到v之间的最短路径和v到v最短路径上前一邻点的下标用来标识路径，从而可以由终点到起点进行反向追踪，最终找到最短路径。然后根据网路标记出最短路径发送给用户，从而问题得以解决。 随着经济和社会的高速发展，时间变得越来越宝贵，在这个越发忙碌的生活里，交通变得让人越来越头痛，人类迫切的想找到这样一种设备来掌握自己的时间，于是导航仪便应用而生，其内置的GPS天线会接收到来自环绕地球的24颗GPS卫星中的至少3颗所传递的数据信息，结合储存在车载导航仪内的电子地图，通过GPS卫星信号确定的位置坐标与此相匹配，进行确定汽车在电子地图中的准确位置，这就是平常所说的定位功能。在定位的基础上，可以通过多功能显视器，提供最佳行车路线，前方路况以及最近的加油站、饭店、旅馆等信息。假如不幸GPS信号中断，你因此而迷了路，也不用担心，GPS已记录了你的行车路线，你还可以按原路返回。当然，这些功能都离不开已经事先编制好的使用地区的地图软件。汽车开环导航系统是从控制中心或电台、卫星传感器等得到定位方位、方向等信息，根据这些信息和电子地图可以定出起点到终点最短行驶距离，但汽车的信息不能返回控制中心。如果某一道路上出现塞车、交通事故，桥梁出现断裂等天灾人祸时，驾驶员是不会知道的，而汽车出现故障、被盗等问题时也无法和控制中心联系。汽车闭环导航系统不但有开环的所有导向等功能，而且驾驶员可以把行车实时信息不断向控制中心返回。根据中心掌握的交通及气候等综合信息及时通知汽车改道行驶，在最短时间到达目的地。在汽车出现大故障无法返回或遇到强盗等也可以报告控制中心，一方面告诉中心出现的问题，另一方面可随时报告自己的方位，以便营救。 卫星导航系统是随着空间技术的发展而出现的一种空间基准的无线电导航系统。其基本原理如图6-1所示。导航卫星在围绕圆形轨道运动时，发出事先决定的图像信息。接受侧根据卫星发出信号至接收到其反射信号的滞后时间，算出接收侧与卫星的距离R。以这个距离为半径，以卫星为圆心，就形成一个球面。当接收侧同时知道三颗导航卫星的距离时，就可形成三个球面，三个球面的交点就是接收侧的位置，也就是汽车的位置。电子地图是现代汽车导航系统中的最基本的也是最重要的部件之一。在早期电子地图只是单一的用作地图使用并无引导作用。随着科技的发展，电子地图结合GPS技术、传感器技术等的发展，在各种先进的导航技术中已经广泛应用，上述分类中绝大部分汽车导航系统中都包括有电子地图。电子地图包括道路、地名以及各种设施。除了显示本车位置和方向外，导航信息还有已行驶轨迹、当时位置到目的地的方向和直线距离。驾驶员可通过按键输入本车位置和目的地、缩放地图的比例尺，或者选择显示CD-ROM数据库中的任意区域的地图。各种比例尺的地图显示和车辆定位是电子地图的关键技术。随着电脑技术的发展和普及，导航电子地图在人类活动中将具有深远的意义和广泛的前景。 GPS信号接收机的结构如图8所示，主要由天线单元和接收单元两部分组成。（1）天线单元。天线单元由接收天线和前置放大器两个 部件组成（2）接收单元。接收单元主要包括以下部件： 信号波道。 存储器。 计算与显控装置。在此我们可以建立一个模型（一）假设所经过路线的交通情况和拥挤情况一致（二）所走路线车速都相同（三）把车辆与交通路口当作有向图的顶点，忽略质量与形状。符号说明顶点的标号起点的标号起点到的最短路径前面一个邻点的下标标号的点的集合没标号的点的集合弧集空集到路径的权顶点到最小弧模型建立与求解步骤1：给拐点进行编号，即有向图的顶点。步骤2：点标号（0，s）,表示从到的距离为0，为起点。步骤3找出已标号的点的集合，没标号的点的集合,求出弧集,这个弧集是指所有从已标号的点到未标号的点的集合。步骤4，如果上述弧集 ，表明从所有已经赋予标号的顶点出发，不再有这样的弧，它的另一顶点尚未标号，则计算结束。对于已标号的顶点，可求得从到达这个顶点的最短路，对于没标号的顶点，则不存在从到达这个顶点的路。如果弧集 ，转步骤5。步骤5，对弧集中的每一条弧，计算在所有的中，找到其值为最小的弧，假设为。需要注意的是，若上述值为最小的弧有多条，且这些弧的第二个顶点v相同，则表明存在多条最优路径，因此，应得到多个双标号。最后，给弧终点赋予双标号。返回步骤3。经上述一个循环的计算，将求出到一个顶点的最短路及长度，从而使一个顶点得到双标号。若图中总共有个顶点，故最多计算个循环，即可得到最后结果。求解过程如下，取定顶点和边以后，便可进行计算得到：给定起点的标号，则表示从到的距离，为起点。则开始时标号的集合，没标号的点的集合，弧集米给弧的终点以双标号。这样我们就把距离最短路径求出。下面按照图的最短路径方法继续求得第二部为：;则所求得的弧为：；;给弧的终点以标号为。按照上述类型，我们利用迭代的方法，最终可以得到我们所需要的最短路径。所建立的模型主要有以下优点：利用图论知识求的最短路径，及任意一段也是最短路，采用树生长的过程来求指定顶点到其余顶点的最短路径，综合分析可以知道算法，利用迭代法倒推出那套我们所需的路径，这种方法简明易了，可以迅速求出最短路径。主要有以下缺点：模型假设中是假定路面状况都一致，故每条路线只需考虑距离就行，但实际上这是不对的，路面状况和交通状况，再加上车速，我们需要正确对待这些客观因素。所以该模型可以在时间最短的基础上来改善模型。 由GPS卫星导航与自律导航(包括车速传感器，陀螺传感器)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图上都存在一定误差。为修正这二者的误差，确保二者在电子地图上路线坐标相统一，须采用地图匹配技术，即在导航系统控制电路中要增加一个地图匹配电路，对汽车行驶路线(各处传感器检测到的轨迹)与电子地图上道路的误差进行实时数字相关匹配，作出自动修正。它经过导航计算机(ECU)的整理程序进行实时快速处理，得到汽车在电子地图上指示出的正确位置路线，由于有了汽车行驶中接收到的GPS信息，陀螺传感器检测到的正