北斗車載導航系統研究現狀分析

馬健軍，龍志軍，黃玉華，馮競祥

（佛山職業技術學院，廣東 佛山 528000 ）

北斗車載導航系統研究現狀分析

馬健軍，龍志軍，黃玉華，馮競祥

（佛山職業技術學院，廣東 佛山 528000 ）

北斗導航系統是中國自主研發的全球衛星導航系統。目前北斗導航系統已廣泛應用于各類車載終端，并且運用效果良好。本文概述北斗車載導航系統，總結分析對北斗車載導航技術在導航定位精度、遠程監控等方面的研究狀況，最后介紹了北斗車載導航系統的具體應用并指出需要改進之處。

北斗車載導航系統；定位精度；遠程監控

中國對衛星導航技術的探究可追溯到20世紀80年代初，1994年正式研制北斗衛星導航試驗系統（北斗一號），直至2012年北斗導航業務正式對亞太地區提供無源定位、導航、授時服務。北斗衛星導航系統在道路交通領域應用廣泛，基于北斗衛星導航系統延伸發展的各類車載終端設備，有效提高了運輸效率，促進交通事業的現代化發展。為此，本文首先對中國北斗車載導航技術研究概況進行介紹，并對北斗車載導航技術在導航定位精度、遠程監控等方面的研究狀況及其應用與不足進行總結分析，對后續北斗車載導航技術探索具有一定的參考意義。研發，它取代原有車載導航系統中的GPS系統，使得中國導航定位服務擺脫對外國的依賴。但由于國內導航技術方面起步較晚，相關技術尚未成熟，目前部分車載導航系統還是相對保守地沿用北斗與GPS組合的導航定位模式。

1 北斗車載導航的概述

車載導航系統是融合了GPS/GIS、多媒體、嵌入式以及現代移動通信等先進技術、具備高科技含量的系統［1］。上世紀80年代第1代車載導航終端正式面世，并于90年代初投入商業應用。車載導航終端分別經歷了3個階段的發展歷程，包括：以CD-ROM 存儲數字地圖為特征的第1代車載導航系統，并以第1代為基礎改良而來的第2代車載導航，其具備了路徑規劃與導航、語音誘導及靜態信息查詢等功能；第3代更顯智能化，可實現動態車載導航、實現監控、求助救援、交通路網調控等功能［2］。北斗車載導航是基于北斗導航系統而

2 北斗車載導航系統的研究現狀

近年來北斗導航系統正式投入服務運營，針對北斗導航技術的研究主要來自國內的學者。目前國內學界對北斗車載導航技術的研究主要是定位精度、遠程監控等2大方向。研究者們分別從算法優化、差分技術、與GPS融合等角度對系統定位精度、導航準確性進行改良，并結合射頻識別（RFID）、嵌入式、汽車CAN總線等技術，實現了車輛遠程監控。

2.1 定位精度

汪翼舟等［3］設計一套基于北斗定位系統的車載定位系統。該系統硬件方面選用TD-D302芯片為主的MCU 控制模塊以及相對應的北斗定位接收模塊，以保證系統的運算速度及響應特性；軟件方面建立了終端與地面基準站以及系統后臺間網絡連接，保證系統后臺與終端信息發送與接收。后期對系統測試與對比，試驗表明：系統具備數據的接收、發送、處理、管理、存儲和顯示等基本功能，結合地基增強網絡實現更高定位精度的定位監測。

李鵬等［4］研究設計了一套高精度北斗車載差分定位裝置系統。這套系統采用嵌入式Linux技術以及北斗差分定位、S3C2440 等控制模塊，通過Linux下串口通信以及NTRIP 協議與連續運行北斗衛星定位服務綜合系統（CORS） 進行數據的認證和傳輸，保證了定位數據的實時性與準確性。同時通過擴展卡爾曼濾波算法程序處理定位數據，進一步提高定位精度。實際道路性能試驗以及定位精度對比測試，驗證了該系統定位精度滿足交通運輸等行業的需求。

王雪梅等［5］研究了基于北斗衛星導航的駕培系統。系統采用載波相位實時動態差分技術， 對行進狀態下的機動車進行精確實時測算，利用靜態和動態天線之間的空間相關性，提高了駕培系統定位精度。該研究對提高機動車駕照考試品質具有一定的現實意義。

柯賢亮等［6］研究一款帶有北斗和GPS組合定位的車載組合導航系統。該終端將北斗和GPS兩種導航系統有機地組合起來，盡可能利用其兀余量測信息，具備精度高、抗干擾能力較強、容錯性能好等特點。所研制的終端可實現定位跟蹤、信號檢測、報文遠程傳輸、調度管理車輛等功能，可廣泛應用于車載領域，采集實時車載狀態信息。

羅萍等［7］研究了北斗衛星組合導航系統實時性和定位精度優化問題。利用范數“剔除” 無效觀測量等手段對UPF算法進行改進，解決UPF算法由于計算量大而不滿足組合導航系統實時性要求的問題，并應用于北斗／INS組合導航系統中。后期試驗結果表明，改進算法能夠有效地縮短組合導航系統的解算時間，提高定位精度，并且穩定性較高，達到了預期的要求。

楊殿閣等［8］針對北斗衛星定位系統的特點，使用電子羅盤、陀螺傳感器和車速傳感器等多種傳感器，基于嵌入式系統平臺開發了一種車輛組合定位系統。以Kalman 濾波算法為基礎，設計了航向融合和航位融合算法，實現了車輛位置和行車方向的測量。

陳志剛等［9］改進了現代農業車輛無源北斗定位系統導航定位精度的問題。研究者采用無跡卡爾曼濾波算法UKF（ Unscented Kalman Filter）實現農業車載導航系統的非線性狀態估計，解決了現代農業車輛在作業過程中受定位接收機本身誤差、環境噪聲以及人為干擾等因素影響，導航定位不精確的難題。后期通過統計建模，開展仿真試驗，研究結果表明：在車載導航狀態估計中，UKF濾波方法優于EKF濾波方法，定位精度可以達到1 m左右。

楊增輝等［10］研制了2種具有高增益、低仰角特性的車載天線。為確保車載天線具備良好的接收效果，車載天線的最大增益最好出現在衛星所在的軌道位置，并且具有方位角上的全向性。為檢驗其性能，研究者將研制的車載天線從增益、低仰角特性以及軸比等關鍵性能與貼片天線進行了對比。對比試驗表明：所設計的車載天線具有較好的低仰角、高增益等特性，可以使裝備該天線的車輛在任何地區都能準確可靠地接收北斗衛星導航信號，提高了定位精度及導航準確性。

鄒浜等［11］利用主輔站技術可靠性高，無需雙向數據傳輸和服務用戶無數量限制等優點，將基于北斗衛星導航系統的主輔站技術應用于車載導航中，提高車載導航的定位精度，有效解決了傳統車載導航定位技術的不足等問題。

2.2 遠程監控

劉紅等［12］研究了一種基于北斗導航的車載監控系統。系統采用軟硬件結合的開發方法，基于S3C6410開發板進行研發，使用Linux作為操作系統，實現了圖像采集、北斗衛星導航定位以及GPRS無線傳輸等功能；系統可實時監控汽車，10 s內通過短信方式快速提供車載位置和圖像信息，解決了車輛失竊以及車內盜竊事件因缺乏有力的證據等問題無法偵破的困難。

史順玉等［13］提出了一種基于北斗衛星導航系統和移動通信網絡的車輛遠程實時監控管理調度方案。該方案創新性地將射頻識別（RFID）技術應用到車載終端與路邊車輛管理服務系統之間的短程無線通信中，有效解決了現有的汽車行駛記錄儀功能單一、通信能力差的缺點，符合未來智能交通系統的發展趨勢。

趙亮等［14］設計了一種基于北斗/GPS 和GPRS 的車載定位終端。該終端具備車輛實時監控、溫度監測和短信服務等功能，可對車輛位置信息進行采集，實現對車輛更加有效的實時監控。仿真試驗結果表明：設計的車載定位終端系統定位精度高，定位性能穩定、響應快，首次冷啟動定位時間35 s，熱啟動1 s，重捕獲小于1 s，定位三維精度（RMS）3 m，速度精度0.1 m/s，在車輛實時監控領域具有一定的應用潛力。

梁本仁等［15］提出了以高速公路車輛監測為例，以北斗差分定位技術為核心，實現車輛厘米級實時定位，結合地理信息系統（GIS）、嵌入式系統及網絡等技術建立基于北斗的車輛精確定位監測系統。研究者利用雙頻相位觀測值的寬巷組合，采用LAMBDA方法快速固定整周模糊度，切實有效提高車輛精確定位精度。

王春剛等［16］開發研究了一款基于北斗導航系統的車載嵌入式終端。該終端以中國的北斗導航系統為依托，將嵌入式技術、計算機技術、GIS 技術、北斗衛星定位通信技術有機結合起來， 實現了對移動目標的圖上定位和遠程通信指揮，推動了車輛信息化的發展水平。

沙乃金等［17］提出了基于北斗導航、汽車CAN總線技術的車載智能信息模塊。該模塊通過移動通信技術把汽車內綜合信息遠程上傳，實現實時車況信息采集、信息發送、遠程診斷、遠程輔助、定位與導航等功能。模塊最大的特色在于運用汽車CAN總線技術性能穩定高效、通用性高等特點進行數據傳輸，并對汽車電子產品進行個性化定制和功能延伸研發。

2.3 北斗車載導航系統的應用與不足

隨著中國衛星導航系統技術成熟，北斗導航系統已正式投入商業應用。“北斗”產業鏈加速發展，市場上“北斗”品牌的車載導航產品也涌現而出。例如，人們出行都依賴便攜式北斗車載導航儀和電子狗等設備，可為用戶提供無源定位、最新3D實景版導航等相關服務［18］。北斗車載導航系統也可對重點運輸過程進行監控管理，提供重點車輛運行實時畫面，對特殊運營車輛狀況進行實時監控跟蹤［19］。應對突發性應急事件，通過監控現場實時信息同步至公路部門管理平臺，實現遠程遙控指揮。北斗車載導航設備還應用于校車管理方面，實時監控校車的行駛情況，避免了校車運行中存在車輛超速、超載等安全隱患［20］。

中國的北斗導航系統未來發展前景良好，潛力巨大，但目前市場推廣處于剛起步階段，與美國GPS系統等成熟產品相較還存在一定的差距與缺陷。例如系統推廣力度不夠，市場上北斗車載產品偏少，市場占有率較小，價格較為昂貴等諸多問題。這需要國家相關部門加大北斗終端設備與芯片研發力度，同時推進北斗產業鏈發展，設定激勵機制，使得北斗系統技術愈加成熟。

3 總結

北斗衛星導航系統的實際應用有助于中國各領域信息化水平的提升，使中國在軍事、交通、農業、應急救援、國家安全等領域不再受制于人。該系統在車載導航領域中的應用能提供可靠的精確導航定位服務，實現遠程實時監控。未來隨著北斗車載導航系統不斷提升與完善，將更廣泛地服務于各個領域，促進社會信息化發展。

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（編輯 凌 波）

The Research Status of Beidou Vehicle Navigation System

MA Jian-jun， LONG Zhi-jun， HUANG Yu-hua， FENG Jing-xiang
(Foshan Vocational and Technical College， Foshan 528000， China)

Beidou navigation system is an independently developed global satellite navigation system in China.Now Beidou has been widely used in various types of vehicle terminals， and works effectively. This article introduces the Beidou vehicle navigation system， and summarizes its research status on positioning accuracy and remote monitoring. Finally， the specific application of Beidou is demonstrated， as well as its potential improvements.

Beidou vehicle navigation system；positioning accuracy；remote monitoring

U463.675

A

1003-8639（2017）07-0035-03

2017-03-29

馬健軍（1990-），男，廣西人，助教，碩士，主要從事車輛通信技術應用研究。