基于北斗导航的车载终端综合管理系统

第七届“北斗杯”全国青少年科技创新大赛

作品名称：基于北斗导航的车载终端综合管理系统作品类型：科技论文

科技论文基于北斗导航的车载终端综合管理系统

【摘要】随着社会科学技术的发展，包括美国在内的世界各国都在大力发展自己的航天科技事业。而我国社会经济的发展，使得国民的汽车拥有量急剧上升，对于车辆的有效监控管理成为公众关注的热点问题之一。车辆综合管理系统集合了计算机技术、卫星导航技术、无线通讯技术，能够很好的满足了人们对于此的需求。随着我国北斗卫星导航系统的全面推广，开发基于北斗卫星导航的车辆监控系统拥有巨大的应用前景。北斗二代亚太地区组网完成，产业发展拐点已经到来。而又随着北斗导航系统“三步走”战略进展顺利，2012年完成亚太地区组网标志着区域覆盖建设基本完成，北斗导航作为战略新兴产业，将步入“黄金十年”高速增长期，具备持续高成长性。

而互联网信息文明和现代商业模式的快速发展，为卫星导航的应用创新提供了各种可能，通过北斗导航系统与当前通用的车载终端的结合，在车辆导航及安全预警方面等方面可以起到极大的作用，而我们所设计的基于北斗导航的车载终端综合管理系统方案是集导航与预警，实时监控，生活服务于一体。本文通过项目研究背景及意义，设计方案，理论设计，工作原理及性能分析和创新点及应用几个方面来对本方案进行阐述。

【关键词】北斗导航系统导航与预警实时监控生活服务

1背景及意义

作为二十一世纪最重要的信息技术产业之一，卫星导航技术在促进经济发展、维护国家安全上发挥的作用越来越受到人们的重视。当前，美国和俄罗斯的全球卫星导航系统均已经正式投入使用，欧盟的“伽利略”计划也在逐步幵展，未来在卫星导航领域，世界各国将会展开更加激烈的竞争。我国先后建立了北斗一代和北斗二代卫星导航系统，北斗二代卫星导航系统整套系统包含了颗静止的地球轨道卫星和颗非静止的轨道卫星，成功地将北斗一代的区域定位导航提升到了全球定位导航北斗二代卫星导航系统的建设完成标志着我国航天科技事业迈入了国际领先的行列，将对我国的政治经济、国防军事的发展提供重要的支持。近年来，伴随着我国社会经济的飞速发展，人民的生活得到极大的改善，消费水平也有了巨大的飞跃，汽车已经成为了人们常出行必不可少的交通工具。能够对车辆准确定位，行驶时的预警以及相应的生活服务成为了广大车主迫切的要求。同时一些物流公司、运输公司也希望能够对车辆进行有效管理。车辆管理系统是结合了卫星导航技术、技术以及无线通讯技术的综合产物，能够对车辆进行大范围、全天候的实时管理，充分满足了人们对于车辆管理的需求。随着卫星导航技术和国内通信技术的円益成熟，对于车辆管理系统研究、开发和推广越来越受到人们的青睐。

2设计方案

我们所设计的车载终端管理系方案包括导航与预警，实时监控，生活服务三

个方面，生活服务方面除了日常的娱乐如音频，视频播放，还有停车位的智能选择方面。所设计的车载终端需要完成的功能如下：

北斗定位：通过卫星接收机，接收卫星导航信号，获取车辆的位置、速度、时间等相关信息。

数据处理：一方面，对接收到导航信号进行处理，提取出卫星的定位信息。另一方面，解析来自远程监控中心发送的控制命令。

远程通信：利用移动数字网络与远程监控中心进行数据交换。

车辆控制：根据远程监控中心发送的控制命令，完成对车辆的控制操作。【1】车载终端的功能有：

地图显示，能够在客户端载入电子地图，实现地图缩放、漫游等基本功能。

实时监控，在电子地图上实时显示车辆行驶状态，如位置、速度、方向等；能够对车辆跟踪监控；可以查询车辆的历史行驶轨迹；能够限制车辆行驶区域。

数据管理，能够有效的对车辆信息、监控人员信息、司机信息等进行管理；能够查询车辆在行驶过程中速度变化、违规记录等信息。

报警提醒，当车辆行驶过程中出现超速、越界等危险状况时，客户端会在地图上向监控人员进行报警提醒。

远程控制，客户端可以向监控车辆下达控制命令，完成对目标车辆的控制操作。【2】

车载终端功能总体示意图如下【3】

嵌入式系统，是车载终端的数据处理和各功能模块的控制、调度中心。控

制外围功能模块的正常工作，完成各功能模块采集的信息处理并做出相应的响应，完成远程控制平台发送来的指令的解析并做出响应。

定位模块，结合本终端设计的目的和未来导航产品发展的趋势，本文采用

的是泰斗公司的BDS/GPS 双模定位芯片，块主要功能是完成车辆位置信息的采集。此外该芯片还可以采集车辆卫星速度和卫星时间。

GPRS无线通信模块：建立车载终端与远程监控中心间无线连接，实现车

辆的在线监控和数据传输。

车辆信息采集模块，该部分主要是实现车载终端的汽车行驶记录仪功能，

要完成车辆行驶速度、时间、车身信息（开关量、模拟量）和车辆行驶状态（发动机运行状态参数、车身传感器采集到的信息）信息的采集。

LCM显示模块：提供车辆初始参数配置界面，方便用户操作，其次显示车

载终端接收到的各种信息。

RFID模块：用于车载终端与路边车辆管理服务系统之间的短程通信。例如，车辆自动识别、接收实时路况信息、车辆行驶路径动态诱导、高速路口不停车收费等。

多媒体数据设备，包括语音系统、摄像头等，用于实现车载终端的语音、

图像、录像等多媒体功能。【4】

3理论设计

卫星导航定位的相关计算(卫星导航定位的基本方法)：【5】

在二维情况下，可以使用三颗卫星测定用户位置，虽然以颗卫星的伪距半径作弧不能相交在同一点上，但可以找到一个固定距离值当三个伪距都减去后，以其值为半径的圆将会相交于一点，该交点即是近似的用户位置，该位置与真实用户位置之差是独立的距离误差函数【6】。当存在颗导航卫星时，应用该原理可以完成三维定位。应用伪距测量定位，动态用户导航定位，列出观测方程，最终完成基本的卫星定位。再通过信号的接受，车载系统对一系列数据进行分析，完成各项工作。

4工作原理及性能分析

导航系统主要由三部分构成，即空段、控制段对于车载导航系统，北斗卫

星

和用户段，用户段包含用户设备的多个部分，其中，空地段系统是众多卫星组成的卫星群，主要负责将信号广播给控制段和用户段，该信号包含测距码和导航电文，测距码用以确定卫星到用户的距离，而导航电文包含时间信息和卫星轨道信息。在用户段中，天线把接收到的来自空间段的无线电信号转化成电信号，再发送给接收机进行解调。该接收机采用捕获和跟踪算法确定天线到发射其所收到信号的每一颗卫星的距离，同时也对导航电文进行解码，最后确定其位置、速度和时间。只要知道三颗卫星的位置坐标，同时又测得地面上某一点到这三颗卫星之间的距离，即可完成定位。但是由于北斗卫星是在多公里高空高速运转的物体，要实现精确定位，必须要保证在同一时刻完成这三个距离的测量，即要实现同步测量。因此，从解析几何角度出发，北斗定位包括确定一个点的三维坐标和实现同步四个未知数，因此必须通过测定该点到至少颗卫星的距离才能独立完成定位，知道了卫星在某一时刻的位置坐标和卫星至被定位点之间的距离，即可实现卫星定位。

车载监控系统，监控中心是车辆监控系统的核心环节，主要功能是对车辆的行驶状况进行监控管理。监控中心包括监控客户端和远程服务器系统两部分，其中，监控客户端能够可视化显示车辆的当前位置、行驶轨迹，能够对车辆进行远程控制；远程服务器系统由远程服务器和数据库两部分组成，其中，远程服务器是连接车辆和客户端的纽带，主要负责与车辆和客户端进行通信；数据库保存了系统大量的数据信息，包括系统的当前位置信息和历史轨迹信息。

车载预警系统，按照汽车安全装置在事故发生的作用时间，可将汽车安全分为主动安全和被动安全。主动安全是在事故将要发生时预防事故发生；被动安全