车辆依靠北斗导航

1、车辆依靠北斗自主导航目录系统功能及总体构成北斗简介及定位原理导航系统硬件和软件平台地图匹配算法设计及实现路径规划算法设计应用1 系统功能及总体构成1.1 系统功能图1.1 自主导航系统功能示意图1.2 系统总体构成导航系统由硬件平台、系统层和应用软件构成图1.2 自主导航系统总体框架自主导航系统结构图1.3 自主导航系统结构图2 北斗简介及定位原理2.1 简介 图2.1 北斗LOGO主要功能：定位、导航、单双向授时、短报文通信组成：空间星座，地面控制，用户终端图2.2 北斗空间星座“三步走”规划第一步：试验阶段第二步：到2012年，发射10多颗卫星，建成覆盖亚太区域的“北斗”卫星导航定位系统第

2、三步：到2020年，建成由5颗地球静止轨道和30颗地球非静止轨道卫星组网而成的全球卫星导航系统2011年12月27日起，开始向中国及周边地区提供连续的导航定导航定位和授时服务位和授时服务。2.2 北斗应用现状2012年12月27日起，北斗系统在继续保留北斗卫星导航试验系统有源定位有源定位、双向授时和短报文通信服务基础上，向亚太大部分地区正式提供连续无源定位无源定位、导航、授时等服务。民用服务与GPS一样免费。2013年1月14日 ，从交通运输部获悉，江苏、安徽、河北、陕西、山东、湖南、宁夏、贵州、天津九个示范省市的大客车、旅游包车和危险品运输车辆今年三月底前80%以上要安装北斗车载终端。6月1

3、日后，凡未按规定安装北斗导航的车辆，不予核发或审验道路运输证。这是我国北斗卫星导航系统专项启动后首个民用示范工程。2013年3月底，泰国泰国和中国签署了协议，成为中国国产导航系统的首个海外顾客。2013年4月26日上午，由中国汽车工业协会主办的“2013中国汽车信息服务产业转型升级大会”在京举行，大会确立了以北斗引领的汽车信息服务北斗引领的汽车信息服务将成为新十年我国汽车产业弯道超车的战略支撑点。目前，北斗卫星系统已经对东南亚东南亚实现全覆盖。2.3 定位原理 原理 将地球表面当作一个不规则球面，根据用户机到两颗卫星的距离，在数字地图上搜索符合条件的点，其结果就是用户的坐标。系统定位电波传播流

4、程第一步，由地面中心站向位于同步轨道的两颗卫星发射测距信号，卫星分别接到信号后进行放大，然后向服务区转播；第二步，位于服务区的用户机在接收到卫星转发的测距信号后，立即发出应答信号，经过卫星中转，传送到中心站；第三步，中心站在接收到经卫星中转的应答信号后，根据信号的时间延迟，计算出测距信号经过中心站卫星用户机卫星中心站的传递时间，并由此得出中心站卫星用户机的距离，由于中心站卫星的距离已知，由此可得用户机与卫星的距离；第四步，根据用上述方法得到的用户机与两颗卫星的距离数据，在中心站储存的数字地图上进行搜索，寻找符合距离条件的点，该点坐标即是所求的坐标；第五步，中心站将计算出来的坐标数据经过卫星发送

5、往用户机，用户机再经过卫星向中心站发送一个回执，结束一次定位作业北斗与GPS比较北斗 主动式双向测距二维导航，地面中心控制系统结算，供用户三维定位数据。GPS 被动式单向测距三维导航，由用户设备独立解算自己三维定位数据。3 导航系统硬件和软件平台3.1 导航系统硬件3.1.1 北斗定位模块硬件平台主串口主串口调试串口调试串口TX指示灯指示灯RX指示灯指示灯MAX232AMS1117 双模天线接口双模天线接口BD-228模块模块 BD-228BD-228 模块支持DII(B1:1561.098 MHz) 和GPS(L1：1575.422 MHz)的卫星定位接收模块性能性能参数参数工作模式工作模式

6、单单GPSGPS单单BDIIBDIIBDII-GPSBDII-GPS联合解算联合解算水平误差水平误差3 3米（单米（单GPSGPS）,5,5米（单米（单BDIIBDII）高度误差高度误差1010米米速度误差速度误差0.1m/s0.1m/s3.1.2 北斗定位模块软件测试平台11:33:05 $GNGGA,113305.000,2237.3898,N,11401.4629,E,1,19,0.740,82.503,M,0.0,M,*42定位时间纬度、纬度方向经度、经度方向II. 位置信息指令GGA参与定位的卫星数BD2+GPS总个数卫星空间分布I. 可视的卫星状态GSV信信噪噪比比卫星号卫星号GS

7、V语句卫星导航精度分析 静态定位精度：BDII与GPS单系统的定位精度无明显差异； 动态定位精度：A.平面定位精度：BDII与GPS相当B.高程方向精度：BDII不如GPS，GPS-BDII组合定位精度与可靠性优于GPS单系统定位结果Nebulas SoC芯片芯片多系统多频率高性能多系统多频率高性能SoC芯片芯片支持全部现有卫星导航系统（北斗1 S/L、北斗2 B1/ B2/B3、GPS L1/L2/L5、GLONASS L1/L2 和GALILEO E1/E5a/E5b）及上述系统的所有频点，在一颗芯片上可同时支持高达6路不同频率的卫星信号系统软件开发平台和开发工具:操作系统 : Windo

8、ws CE地理信息系统开发组件: Maplnfo公司的MapXMobile控件开发工具: EMbedded Visual C+ 4.03.2 导航系统软件平台4 地图匹配算法设计及实现问题：由于北斗定位误差，可能使得到的定位点不在道路上，车辆行驶轨迹偏离实际道路。解决方案：提高北斗定位精度和采用高精度电子地图地图匹配方法：基于软件技术的定位修正方法，融合北斗定位数据，把车辆的位置显示到道路上。4.1 地图匹配问题描述设车辆在实际道路系统N1上行驶，在时间点t，车辆的实际位置为P1，定位设备提供的估计位置为P2。4.2 地图匹配算法原理地图匹配道路选择过程道路选择过程：从道路网中选择出车辆当前行

9、使的正确道路；匹配过程匹配过程：在选择的当前道路上确定匹配点的位置。匹配方法：投影法匹配将测量到的位置点投影到待匹配路段（折线段）上，求解距离，取最短距离最短距离（垂足需在折线上）对应的折线段作为匹配路段。图4.3 投影匹配原理判断投影点位置判断P0在线段AB上投影是在AB上，还是在AB延长线上?图4.4 判断投影位置示意图5 路径规划算法设计车载自主导航路径规划问题描述： 在特定道路网中寻找具有最小代价的最短路径问题。算法分类经典算法标记设定法Dijkstra 算法A*算法标记修正法Bellman-Ford-Moore 算法Graph Growth 算法Threshold 算法表5.1 最短

10、路径算法理论上时间复杂度表5.2 最短路径算法时间复杂度表5.2 最短路径算法时间复杂度（续）算法仿真对比实验图5.1 各类代表算法运行时间效率对比标记设定法总体上要比标记修正法的效率高；随着路网规模的增大，标记设定法在单点到单点寻路速度上的优势逐渐体现；路网规模不大时，标记设定法中 A*算法和 Dijkstra 算法效率相差不大，随着路网规模的增大，A*算法相对于 Dijkstra 算法在速度上的优势逐渐体现；在整个过程中表现最好的计算机算法实现：A * ，DIKBM，DIKBA。Dijkstra 算法和A*算法对比Dijkstra 算法 盲目搜索盲目搜索算法，不需要具体问题的相关信息，只需

11、要结点和路段之间的连接关系即可进行搜索计算。A*算法 启发式搜索启发式搜索算法，在计算过程中根据所需要解决的具体问题设计估价函数来指引搜索方向。Dijkstra 算法和A*算法搜索范围图5.2 Dijkstra 算法搜索范围图5.3 A*算法搜索范围Dijkstra 算法和A*算法空间效率对比图5.4 Dijkstra 算法和A*算法中间结果数据量对比路径规划算法采用A*算法算法思想：估价函数：最小代价值：约束条件： ( )( )( )f ng nh n( )( )( )fng nh n( )( )g ng n( )( )h nh n（可纳性条件）图5.5 A*算法搜索示意图6 一些应用6.1 北斗应用北斗卫星手表北斗卫星手表几项高科技功能 对 定 测未来的北斗卫星手表还将拥有短报文通信短报文通信功能的应急报警装置，当野外旅行者或户外工作者遇到危险需要报警求助的时候，只要一按SOS键就可以将自己