基于北斗/3G兼容型車載終端設計

【摘要】本文簡要介紹了基于北斗/3G兼容的車載終端的功能和組成，重點介紹車載終端的設計，采用北斗/GPS衛星兼容定位技術、3G/銥星衛星通訊、自動化控制、圖像采集/壓縮/傳輸等技術相結合。安全高效的實現了移動車輛定位與監控中心的數據傳輸，實現對受控車輛的監控管理。

【關鍵詞】車載終端設計定位自動化

一、引言

位置服務的目的就是為了給人們提供與位置相關的信息和服務。隨著科技的進步，人們的生活質量越來越高，人們生活的城市之中，交通工具越來越多，在一些專業領域（交通運輸領域、監控監護領域）中，人們的工作與位置信息有著很重要的關系。

國內在車輛監控系統方面的研究開始于20世紀90年代，大都是基于GPS應用和移動通信技術，目前，其產品在銀行、公安、交通等部門得到了比較廣泛的應用。車輛監控系統通常由車載終端、無線數據鏈路和監控中心構成，車載終端安裝在受控車輛上，是系統關鍵的組成部分。國內車載終端主要基于GPS設計，而北斗與GPS兼容的車載終端還比較少。

本文簡要介紹了基于北斗/3G兼容的車載終端的功能和組成，重點介紹車載終端的設計，采用北斗/GPS衛星兼容定位技術、3G/銥星衛星通訊、自動化控制、圖像采集/壓縮/傳輸等技術相結合。安全高效的實現了移動車輛定位與監控中心的數據傳輸，實現對受控車輛的監控管理。

二、北斗衛星導航系統

我國自主研發的北斗衛星導航系統是與美國的GPS、俄羅斯的格洛納斯、歐盟的伽利略系統兼容共用的全球衛星導航系統，并稱全球四大衛星導航系統。北斗衛星導航系統由空間端、地面端和用戶端三部分組成。空間端包括5顆靜止軌道衛星和30顆非靜止軌道衛星。地面端包括主控站、注入站和監測站等若干個地面站。

在北斗導航民用服務領域，道路交通管理是北斗衛星應用的重點領域之一，衛星導航將有利于減緩交通阻塞，提升道路交通管理水平。通過在車輛上安裝衛星導航接收機和數據發射機，車輛的位置信息就能在幾秒鐘內自動轉發到中心站。這些位置信息可用于道路交通管理。

三、車輛監控系統總體設計

車輛監控系統是由北斗/GPS衛星、車載終端、通訊網絡（GPRS/3G/銥星通信）和監控中心組成。車輛在行駛過程中車載終端通過北斗/GPS兼容衛星定位模塊接收衛星的定位信息，分析處理把當前經緯度、速度、航向、連續行駛時間、圖像、油耗等信息通過GPRS/3G模塊或者利用銥星通訊模塊把數據按JT/T-808標準上報給監控中心。監控中心接收導數據后，通過數字化的圖數據庫進行車輛位置匹配，在數字地圖上顯示目標車輛的位置和運行軌跡，同時進行科學的調度和管理，從而提高運營效率。同時監控中心也可以通過無線通信網絡下發指令給車載終端。系統總體結構如下圖所示。

四、車載終端設計

北斗/3G的兼容型車載終端采用多模塊化、組合式優化設計，各模塊之間的接口采用標準接口，充分利用系統平臺、移動通訊網絡、因特網絡，將汽車行駛記錄儀、衛星定位、衛星導航、油耗檢測功能集于一體，通過無線數據通訊模塊（GPRS、3G、銥星）和北斗/GPS模塊，與監控中心進行數據通信和移動位置的定位。終端能夠實現定位導航、監控跟蹤、數據實時傳送、油耗檢測等功能；終端產品采用的北斗/GPS雙模衛星定位模塊，可以靈活配置信號處理通道工作于單GPS模式，或單北斗模式，或GPS/北斗混合模式。

五、車載終端硬件主要模塊設計

車載終端硬件系統主機部分、通信部分、定位模塊部分、顯示及打印擴展通信接口部分、傳感器接口五部分組成。（1）主機部分包括處理器、數據存儲器、數據傳輸信號接口組成；（2）通信部分主要由RS232接口和華為MC323/MU733無線通信模塊組成及SBD9602銥星通訊模塊組成，用于車載終端與監控中心間的通訊；（3）定位模塊采用北斗/GPS雙定位模塊TD3017A，其主要是對車輛進行實時定位；（4）顯示及打印擴展通信接口，可外接調度屏或手柄；（5）傳感器信號主要是ACC油路，溫度，車速，空調、劫警等信號。

在MC322（支持雙頻：CDMA2000 1X）/MU733（WCDMA/GSM/GPRS/EDGE）通訊模塊采用標準標準RS232串行接口，支持語音、數據以及短消息（SMS），并能適應較寬的電壓范圍，可使用AT指令對模塊進行控制。

在通信不發達的區域，采用Iridium 9602銥星通訊模塊進行緊急通信。該模塊嵌入了銥星SBD9602和SBD協議，為用戶提供的透明或半透明的數據傳輸。利用覆蓋全球的銥星衛星短數據通信網絡，通過串口與用戶設備進行數據傳輸。具有支持SBD（短數據突發）方式、支持雙向數據傳輸、沒有盲區全球覆蓋、傳輸距離覆蓋全球等特點。

終端系統主要使用GPRS短信息通訊方式，車載設備數據經過格式轉換利用GPRS通信模塊的短信息信道傳到監控中心，監控中心亦通過GPRS短信息信道向車輛發送指揮調度信令。

監控視頻信息采用的是無線3G網絡與Internet網絡完成車載終端采集的實時視頻監控畫面與監控中心的傳輸。車載終端完成與無線3G網絡的媒體信息收發，再由3G網絡通過與其互聯的Internet網絡將信息傳輸到監控中心。

5.3北斗/GPS衛星定位模塊

車載終端的定位模塊采用的TD3017A，是一款基于TD1010基帶芯片的BD2 B1/GPS L1雙模導航模塊。單板集成雙模基帶芯片和雙模射頻芯片，可同時接入BD2 B1和GPS L1信號。模塊定位精度：<5米（CEP，-130dBM）；捕獲靈敏度：-145dBm；跟蹤靈敏度：-159dBm。

北斗/GPS雙定位模塊的主要功能是實時接收北斗和GPS導航衛星信號，提取原始觀測量并解調數據，通過衛星電文分析及數據處理，完成應用系統所要求的各項功能。主要包含三個功能單元，即RF前端、基帶信號處理和應用處理單元。

RF前端單元包含了從天線到數字信號處理器之間的所有部件，其主要功能是將定位衛星射頻信號變換為信號處理器工作范圍內的中頻信號，盡可能抑制多徑干擾和帶外干擾，同時將信噪（信號和噪聲）提高到信號處理器可工作的電平，并提供一定的信號變化動態范圍。其中預放（前置放大器）將直接影響接收信號的信噪比，一般采用噪聲系數小、增益高和動態范圍大的放大器。信號處理單元是GPS/北斗雙定位模塊的核心，主要功能是從多址信號中分離識別各衛星信號，對擴頻衛星信號進行相關解擴；在恢復信噪比的基礎上解調載波，消除頻率偏移（包括多普勒頻移等）的影響，恢復基帶信號；最后將相關解擴、解調處理的歷元時刻所對應的碼狀態、載波及相位狀態形成原始觀測量，與定位導航數據一起傳送給應用處理單元，對信號處理模塊提供實時控制，并對其輸出作進一步的處理，解算出位置、速度、時間（PVT）和其他信息以滿足各種應用的要求。

六、車載終端軟件設計實現

系統軟件設計采用模塊化設計，每個模塊實現一個功能，縮短了軟件開發的時間，易于修改和移植，并預留數據接口方便省級。主要包括初始化模塊、數據處理模塊、人機交互模塊。其工作流程如下圖所示。

程序工作首先進行初始化工作主要完成開機上電后對衛星定位模塊、顯示模塊、通訊模塊等模塊的初始化以及對串口工作模式、中斷工作模式、波特率等參數的設置。

數據處理模塊主要針對各模塊采集的定位、經緯度、油耗、圖像、行駛時間等信息進行綜合處理后通過3G/GPRS或者銥星通信把數據定期發送至監控中心。同時主程序運行中還能響應人機輸入模塊的終端請求，以便實現其他功能。

七、結語

本文介紹了基于北斗/3G兼容的車載終端的一種實現方案，并給出了詳細的軟硬件組成和實現，經多次測試及用戶試用后系統運行穩定，定位準確、使用效果好。該系統可廣泛應用于汽車租賃、物流運輸、醫療救護、交通安全監管等領域，市場前景極為廣闊。