車載導(dǎo)航

車輛導(dǎo)航（英文:Vehicle Navigation）是具有定位和導(dǎo)航功能的系統(tǒng)。車載導(dǎo)航產(chǎn)品的基本功能包括:靜態(tài)信息查詢、地圖匹配、靜態(tài)路徑規(guī)劃和導(dǎo)航。車輛導(dǎo)航系統(tǒng)是集先進(jìn)的衛(wèi)星定位技術(shù)、地理信息技術(shù)、現(xiàn)代移動通信技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、多媒體技術(shù)和嵌入式技術(shù)于一體的高科技系統(tǒng)。因?yàn)檐囕d導(dǎo)航具有衛(wèi)星定位系統(tǒng)的功能，它可以讓駕駛員在駕駛汽車時隨時隨地知道自己的確切位置。汽車導(dǎo)航還可以告訴駕駛員到達(dá)目的地的最短或最快路線。

汽車導(dǎo)航設(shè)備于20世紀(jì)80年代問世，并于90年代初真正進(jìn)入市場。汽車導(dǎo)航系統(tǒng)使用光盤存儲數(shù)字地圖。通過GPS定位技術(shù)和地圖匹配技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)車輛在電子地圖中的自我定位并顯示在電子地圖上。之后，車載導(dǎo)航增加了路徑規(guī)劃與導(dǎo)航、語音引導(dǎo)和靜態(tài)信息查詢等功能。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代無線通信技術(shù)和多媒體技術(shù)被廣泛應(yīng)用于汽車導(dǎo)航中，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時動態(tài)的汽車導(dǎo)航功能。2004年后，PND、PDA和智能手機(jī)等各種手持導(dǎo)航設(shè)備的出現(xiàn)，為車載導(dǎo)航地圖的生存和發(fā)展提供了新的機(jī)遇。

1921年，明尼蘇達(dá)州的約翰·j·博維申請了一項(xiàng)手持導(dǎo)航工具的專利:滾動地圖，可以安裝在汽車上為行駛中的汽車導(dǎo)航。幾年后，英國出現(xiàn)了類似的可穿戴地圖概念，名為“Plus Four”腕帶路線指示器。大約在1932年，一家意大利公司發(fā)布了一款名為“Iter-Auto”的導(dǎo)航系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以集成到汽車的儀表盤上，形成滾動地圖。此外，該系統(tǒng)還配備了汽車連接布線，可以在行駛過程中自動顯示本地地圖。

上世紀(jì)六七十年代，日本人和美國人都熱衷于研究汽車導(dǎo)航設(shè)備。1960年，美國成功發(fā)射了世界上第一個軌道導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)，名為“1B過境”。隨后幾年，其他過境衛(wèi)星相繼出現(xiàn)，這一系統(tǒng)于1964年投入使用。這個太陽能陣列用于接收無線電信號，并為蘋果海軍極地潛艇提供導(dǎo)航支持。它可以幫助船只識別其當(dāng)前位置，依靠船只上方的衛(wèi)星，但由于當(dāng)時沒有多少衛(wèi)星，信號經(jīng)常消失。Transit系統(tǒng)成功后，美國海軍研究實(shí)驗(yàn)室于1964年啟動了一項(xiàng)名為TIMATION的新衛(wèi)星計(jì)劃，該計(jì)劃基于原子鐘的測距。

1966年，美國通用汽車研究辦公室開發(fā)了一種稱為“DAIR”的無衛(wèi)星導(dǎo)航輔助系統(tǒng)。這種車輛有一個服務(wù)中心，它提供兩個通信通道，并可以依靠路邊指示燈獲得有關(guān)交通信息的無線電信號更新。嵌入高速公路的磁鐵可以“激活”關(guān)于下一個出口和當(dāng)前速度限制的語音通知。駕駛員可以依靠附近的路線導(dǎo)航站獲得導(dǎo)航信息，同時，他們將獲得一張打孔卡作為方向箭頭（向左、向右或直行），以幫助駕駛員順利到達(dá)目的地。該系統(tǒng)在早期進(jìn)行了測試，發(fā)現(xiàn)這不是一種可行的提供導(dǎo)航服務(wù)的方式。幾十年后，這個概念以安吉星的名字重新出現(xiàn)。

1973年，日本通商產(chǎn)業(yè)省（MITI）和富士重工聯(lián)合啟動了日本汽車導(dǎo)航系統(tǒng)研究項(xiàng)目CATC（集成車輛交通控制）。這些研究成果還有兩個特點(diǎn)——成本高、效率低，因此沒有推廣的意義。1977年，美國發(fā)射了NTS 2號衛(wèi)星，為NAVSTAR全球定位系統(tǒng)的到來鋪平了道路。當(dāng)衛(wèi)星繞地球運(yùn)行時，電子設(shè)備制造商Rockwell Collins已開始開發(fā)其第一臺GPS接收機(jī)，命名為“通用開發(fā)模型”，這也是第一臺與NTS 2號衛(wèi)星連接的設(shè)備，并于1978年左右開始在飛機(jī)系統(tǒng)上測試。本田在1977年開發(fā)了自己的汽車導(dǎo)航系統(tǒng)。這家公司開發(fā)了一種低成本、非常可靠的氣體軸承陀螺儀來輔助汽車導(dǎo)航。本田汽車的導(dǎo)航設(shè)備可以跟蹤方向變化和慣性導(dǎo)航（根據(jù)速度和軌道來確定狀態(tài)）。該系統(tǒng)可以在單色CRT顯示器上顯示汽車的行駛狀態(tài)，并以零起點(diǎn)和透明地圖覆蓋跟蹤汽車在給定路線上的位置。1981年，這一系統(tǒng)作為輔助設(shè)備推向經(jīng)銷商，但從未進(jìn)入大規(guī)模生產(chǎn)。

在1983年之前，GPS衛(wèi)星被嚴(yán)格限制在軍事領(lǐng)域，但美國總統(tǒng)羅納德·里根在當(dāng)年發(fā)布了一項(xiàng)指令，取消對GPS衛(wèi)星的禁令，并將其開放用于民用和商用。由于NAVSTAR全球定位系統(tǒng)在1995年之前未能全面投入使用，福特在1983年開發(fā)的Tripmonitor導(dǎo)航系統(tǒng)只能依靠原始的中轉(zhuǎn)衛(wèi)星提供跟蹤服務(wù)。如果在衛(wèi)星信號的覆蓋范圍內(nèi)通過汽車上的后部天線獲得信號，則可以在400米內(nèi)定位汽車。如果它與衛(wèi)星失去聯(lián)系，系統(tǒng)將依靠定位計(jì)算來更新其地理位置。同年，Stanley Honey在完成一個小型導(dǎo)航項(xiàng)目時獲得了諾蘭·布什內(nèi)爾的天使投資基金。為了尋找汽車路線導(dǎo)航領(lǐng)域的潛在機(jī)會，霍尼創(chuàng)立了ETAK公司。到1985年，該公司擁有了帶有矢量地圖顯示屏的導(dǎo)航系統(tǒng)，當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎時，顯示屏可以自動旋轉(zhuǎn)，這樣目的地就可以顯示在地圖上方。此外，該系統(tǒng)可以將地圖數(shù)據(jù)存儲在一個3.5兆字節(jié)的小磁帶上。ETAK將其地圖數(shù)字化，并通過向聯(lián)邦快遞和UPS等公司提供商業(yè)數(shù)據(jù)獲得了新的收入來源。當(dāng)時，該公司龐大的數(shù)據(jù)庫吸引了大量關(guān)注。該公司隨后被新聞集團(tuán)收購，然后轉(zhuǎn)讓給索尼，最后由TomTom接管。

1987年，汽車導(dǎo)航系統(tǒng)開始使用光盤存儲數(shù)字地圖。通過GPS定位技術(shù)和地圖匹配技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)車輛在電子地圖中的自我定位并顯示在電子地圖上。之后，車載導(dǎo)航在之前導(dǎo)航系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了路徑規(guī)劃與導(dǎo)航、語音引導(dǎo)和靜態(tài)信息查詢等功能。上世紀(jì)90年代初，車載導(dǎo)航真正進(jìn)入市場。1996年，通用汽車推出了OneStar服務(wù)，該服務(wù)可以提供基于手機(jī)的通信連接，從安吉星客戶服務(wù)中心獲得幫助，并通過GPS跟蹤汽車位置。這項(xiàng)服務(wù)可以在緊急情況下使用。但與此同時，安吉星還為高端用戶提供語音路線規(guī)劃導(dǎo)航，幫助他們尋找酒店和餐廳。同年，美國總統(tǒng)比爾·克林頓成立了一個跨部門的全球定位系統(tǒng)執(zhí)行委員會。2000年左右，美國政府終于停止了對選擇性使用GPS的限制，并向世界各地的民用和商用用戶開放了精確的全球定位數(shù)據(jù)。

2000年后，2003年后出現(xiàn)了HDD存儲技術(shù)和大容量SD卡存儲技術(shù)，解決了CD和DVD無法多次寫入的問題。基于HDD和SD存儲的車輛導(dǎo)航地圖服務(wù)稱為可擦除服務(wù)。使用硬盤技術(shù)的系統(tǒng)宣傳提供更大的存儲空間，并很快從10GB增加到80GB。松下Strada CN-NVD905U等系統(tǒng)不僅提供觸摸屏導(dǎo)航工具，還支持車載娛樂系統(tǒng)，所有這些都集成在一個方便的包中。隨著手機(jī)功能的不斷增加，TomTom和其他公司決定開發(fā)手機(jī)導(dǎo)航應(yīng)用程序。2002年，該公司推出了用于PDA的導(dǎo)航儀，并配備了底座和GPS接收器來幫助定位地理位置。2004年，TomTom決定將這項(xiàng)技術(shù)集成到一款名為TomTom Go的便攜式獨(dú)立設(shè)備中。TomTom Go可以預(yù)加載地圖，突出顯示興趣點(diǎn)，并提供語音指引，通常使用名人的聲音作為廣播語音。

2004年后，PND、PDA和智能手機(jī)等各種手持導(dǎo)航設(shè)備的出現(xiàn)，為車載導(dǎo)航地圖的生存和發(fā)展提供了新的機(jī)遇。車載導(dǎo)航地圖不僅是汽車的專屬，也逐漸成為消費(fèi)電子產(chǎn)品的標(biāo)配。車載導(dǎo)航地圖數(shù)據(jù)經(jīng)過適當(dāng)?shù)膬?nèi)容裁剪和容量處理后，可以供手持導(dǎo)航設(shè)備使用。汽車導(dǎo)航地圖的使用率和使用量的迅速擴(kuò)大，促使汽車導(dǎo)航地圖的成本迅速下降，促進(jìn)了汽車市場的發(fā)展。2007年，愛信AW株式會社、Zenrin株式會社、電裝公司和豐田公司共同開發(fā)了世界上第一項(xiàng)為汽車導(dǎo)航系統(tǒng)自動提供差分地圖數(shù)據(jù)的技術(shù)。它被命名為“按需地圖”，將于2007年春季作為豐田G-BOOK遠(yuǎn)程信息服務(wù)的一項(xiàng)新功能提供給日本司機(jī)。Map on Demand提供日本所有高速公路和收費(fèi)公路的最新數(shù)據(jù)，以及用戶登記住所附近的道路和用戶指定目的地附近的道路的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)通過手機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸，并通過互聯(lián)網(wǎng)下載，為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)。

2013年，先鋒推出了自己的NavGate系統(tǒng)，可以提供一定程度的虛擬現(xiàn)實(shí)導(dǎo)航功能。在汽車遮陽板的位置設(shè)置了一個大尺寸的半透明投影屏幕，將疊加的圖像投影在駕駛員的視野中。這種設(shè)計(jì)有效避免了外界光線對投影儀的影響，并且可以在駕駛員的視野中疊加高亮度和高對比度的圖像。

2018年，歐盟將強(qiáng)制新車配備手機(jī)連接系統(tǒng)（eCall系統(tǒng)），大量汽車具有互聯(lián)網(wǎng)功能。在導(dǎo)航方面，這促進(jìn)了無線地圖數(shù)據(jù)更新（OTA），可以根據(jù)需要下載具有額外覆蓋范圍的地圖。在日本，車載導(dǎo)航系統(tǒng)VICS（Vehicle Information and Communication System）已被用于實(shí)時發(fā)布幾乎所有城市道路的信息，車載導(dǎo)航系統(tǒng)將根據(jù)道路信息實(shí)時調(diào)整行駛路線。隨著電子地圖精度的提高，表達(dá)內(nèi)容更加豐富。詳細(xì)的交通特征，如交通燈、人行橫道和緩沖區(qū)，可以在高精度導(dǎo)航地圖中識別和表達(dá)。車載導(dǎo)航為自動駕駛提供了更好的輔助，提高了自動駕駛的安全性。

車載導(dǎo)航產(chǎn)品的基本功能包括:信息查詢與傳輸、地圖匹配、靜態(tài)路徑規(guī)劃和動態(tài)定位導(dǎo)航。

信息查詢和傳輸:通過多媒體技術(shù)，用戶可以根據(jù)個人需求查詢路況、出行和生活等實(shí)時實(shí)用信息，無線通信技術(shù)為個性化服務(wù)提供了更全面的擴(kuò)展。車載導(dǎo)航集辦公和娛樂功能于一體，實(shí)現(xiàn)了安全駕駛期間免費(fèi)接收電子郵件、撥打電話、查詢特殊目的地、接收交通和氣候信息、重新選擇音樂記錄等功能。車載導(dǎo)航還具有向GPS持有者或報(bào)警中心傳輸定位信息的功能，這里稱為第三方。因此，GPS系統(tǒng)具有GSM網(wǎng)絡(luò)通信功能，即利用GSM網(wǎng)絡(luò)通過短消息向第三方傳輸相關(guān)定位信息。然后由微型計(jì)算機(jī)解釋短消息，從而在電子視頻上顯示車輛的地理位置信息。

地圖匹配靜態(tài)路徑規(guī)劃:汽車導(dǎo)航主機(jī)在輸入目的地名稱或其他相關(guān)信息后，從GPS接收器獲得計(jì)算確定的當(dāng)前經(jīng)緯度，通過與電子地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，可以隨時確定車輛的當(dāng)前位置。自動計(jì)算出一條最合適的行駛路線。當(dāng)然，用戶也可以使用其他選項(xiàng)來搜索最佳路徑。此外，它還可以通過技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)監(jiān)測、幫助和救援、交通網(wǎng)絡(luò)調(diào)控等功能，充分發(fā)揮交通基礎(chǔ)設(shè)施的效能。

動態(tài)定位導(dǎo)航:通過衛(wèi)星定位技術(shù)和地圖匹配技術(shù)，車輛導(dǎo)航可以對車輛進(jìn)行自我定位，接收實(shí)時道路信息，并在預(yù)先建立的電子地圖中及時顯示車輛的位置、行駛速度和距離目的地的距離。車載導(dǎo)航還支持自動語音導(dǎo)航。目前車載導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了幾乎所有城市道路信息的實(shí)時發(fā)布，車載導(dǎo)航系統(tǒng)會根據(jù)道路信息實(shí)時調(diào)整行車路線。

按功能分類

車輛導(dǎo)航系統(tǒng)根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類。從實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航功能的角度來看，可分為兩類:一類是自主車輛導(dǎo)航系統(tǒng)，其車輛定位和導(dǎo)航功能由車載終端完成；另一類是中央決策車輛導(dǎo)航系統(tǒng)，其部分導(dǎo)航功能需要由控制信息中心完成。

自主車輛導(dǎo)航：自主動態(tài)車輛導(dǎo)航系統(tǒng)也可以稱為車載終端確定性動態(tài)導(dǎo)航系統(tǒng)。系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時交通信息在車載導(dǎo)航終端上進(jìn)行路徑規(guī)劃和導(dǎo)航。自主動態(tài)車輛導(dǎo)航系統(tǒng)包括三個子系統(tǒng):控制信息中心子系統(tǒng)、車輛導(dǎo)航子系統(tǒng)和無線通信子系統(tǒng)。控制信息中心子系統(tǒng)是所有車載子系統(tǒng)的控制和管理中心，由通信服務(wù)器、GIS服務(wù)器（電子地圖數(shù)據(jù)庫）、實(shí)時道路信息中心、應(yīng)用服務(wù)器、中央接入服務(wù)器和指揮監(jiān)控終端組成。車載導(dǎo)航子系統(tǒng)主要由電子地圖數(shù)據(jù)庫、定位、路徑規(guī)劃、路徑引導(dǎo)、無線通信等模塊組成。無線通信子系統(tǒng)為車輛導(dǎo)航子系統(tǒng)和控制信息中心提供數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線通道，實(shí)現(xiàn)控制信息中心和車輛導(dǎo)航子系統(tǒng)之間的信息交互。通常采用無線通信網(wǎng)絡(luò)、路邊紅外信標(biāo)和無線信標(biāo)，還可以通過調(diào)頻廣播信號傳輸動態(tài)交通信息和其他服務(wù)信息。

中心決定的車輛導(dǎo)航：根據(jù)實(shí)時交通信息，中心確定的動態(tài)車輛導(dǎo)航系統(tǒng)基于整個系統(tǒng)規(guī)劃多個車輛的路徑，并計(jì)算每個可能的起點(diǎn)和終點(diǎn)的最佳或準(zhǔn)最佳路線供用戶使用。中心決定式動態(tài)車輛導(dǎo)航系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上與自主式動態(tài)車輛導(dǎo)航系統(tǒng)基本相似，功能實(shí)現(xiàn)上的差異主要體現(xiàn)在控制信息中心子系統(tǒng)和車輛導(dǎo)航子系統(tǒng)上:

控制信息中心子系統(tǒng)：控制信息中心子系統(tǒng)是所有車載子系統(tǒng)的控制和管理中心。它主要提供接收目標(biāo)車輛的定位信息、融合路況信息數(shù)據(jù)、判斷和發(fā)布實(shí)時交通信息、預(yù)測每個路段的行駛時間、計(jì)算可能的起點(diǎn)和終點(diǎn)的規(guī)劃路徑、平衡交通分配以及向一輛或多輛車輛提供引導(dǎo)和咨詢的服務(wù)。

車輛導(dǎo)航子系統(tǒng)：車載導(dǎo)航子系統(tǒng)主要由定位、無線通信、路徑引導(dǎo)等模塊組成。車載子系統(tǒng)的主要功能是實(shí)現(xiàn)自我定位并將自我定位信息傳輸?shù)娇刂菩畔⒅行模缓蠼邮諠M足用戶需求的實(shí)時交通信息和動態(tài)路線數(shù)據(jù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)駕駛導(dǎo)航，其本身不具備路徑規(guī)劃功能。

硬件平臺分類

根據(jù)硬件平臺的不同，它可以分為CAR-PC車載導(dǎo)航系統(tǒng)、DVD車載導(dǎo)航儀、基于PDA的車載導(dǎo)航儀和其他形式的導(dǎo)航儀。

CAR-PC車輛導(dǎo)航系統(tǒng)：1998年1月，第一個車載電腦系統(tǒng)在美國消費(fèi)電子展上展出。它安裝在超豪華概念車Else的儀表板上，該概念車屬于開放式汽車微型計(jì)算機(jī)平臺，使用微軟Windows CE操作系統(tǒng)。從功能上看，它實(shí)現(xiàn)了更全面的功能集成。它集成了汽車音頻功能、計(jì)算機(jī)功能、導(dǎo)航功能和語音識別無線通信系統(tǒng)功能，并以汽車技術(shù)為核心，為汽車提供信息和娛樂設(shè)施，實(shí)現(xiàn)安全駕駛期間免費(fèi)接收電子郵件、撥打電話和撥號、查詢特殊目的地、接收交通和氣候信息以及重新選擇音樂記錄的功能。

CD-ROM/DVD車載導(dǎo)航儀：CD-ROM/DVD車載導(dǎo)航器需要預(yù)先安裝在汽車上。而且一旦安裝在汽車上，就不能拆卸，也不能移動到其他汽車上使用。這種汽車導(dǎo)航儀需要使用經(jīng)過屏蔽（防磁）的高價(jià)電纜，以防止其電磁波影響其他車載設(shè)備。

基于PDA的汽車導(dǎo)航儀：無線通信技術(shù)全面擴(kuò)展了個性化服務(wù)。由于PDA的成本優(yōu)勢和PDA操作平臺的開放性和易用性，PDA汽車導(dǎo)航系統(tǒng)已成為市場上廣泛使用的汽車導(dǎo)航系統(tǒng)。

定位方法：通過MCU組合導(dǎo)航計(jì)算模塊、GNSS模塊和MCU組合導(dǎo)航計(jì)算模塊獲得的定位輸出來計(jì)算車輛導(dǎo)航，并將輪速脈沖計(jì)數(shù)器和GNSS模塊組合輸入到MCU組合導(dǎo)航計(jì)算模塊。

該定位方法包括:讀取車輪輪速脈沖數(shù)，得到輪速脈沖輸入；利用輪速脈沖數(shù)遞歸計(jì)算位置，并判斷是否讀取GNSS數(shù)據(jù)，在讀取GNSS數(shù)據(jù)的情況下讀取可靠的GNSS數(shù)據(jù)；獲得定位輸出和誤差校正。降低了系統(tǒng)的使用成本，提高了定位的可靠性和有效性，可以獲得與原始INS/GNSS組合相同的效果，可靠性更好，減少了INS模塊的數(shù)量，有效降低了成本。同時，包括里程表模塊、慣性測量單元模塊和地圖匹配模塊在內(nèi)的其他車輛導(dǎo)航系統(tǒng)都通過RS-232串行接口或USB接口與導(dǎo)航計(jì)算機(jī)連接。

定位過程分析：車輛導(dǎo)航定位系統(tǒng)由北斗二代全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)和數(shù)據(jù)融合與控制系統(tǒng)組成。其中，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)包括光纖陀螺、加速度傳感器、壓力傳感器、電子羅盤、整形電路及其與數(shù)據(jù)融合和控制系統(tǒng)連接的接口電路；數(shù)據(jù)融合和控制系統(tǒng)包括處理器和接口，卡爾曼濾波器模塊集成在處理器中。該方法通過開發(fā)基于GIS技術(shù)的實(shí)時、穩(wěn)定、高精度的車載導(dǎo)航定位系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了車載北斗二號和GPS導(dǎo)航定位終端的兼容使用，并與INS相結(jié)合，使用戶既能接收到北斗二號信號，又能接收到GPS信號，二者相互兼容并自動切換，提高了導(dǎo)航定位的精度和可靠性。隨著車載組合導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展，車載組合導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用范圍和領(lǐng)域?qū)⑦M(jìn)一步擴(kuò)大，并在應(yīng)用中積累相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。

定位誤差分析：GPS定位誤差主要包括三種類型的誤差:由結(jié)構(gòu)因素引起的誤差、由衛(wèi)星排列引起的誤差和由選擇性可用性引起的誤差。

結(jié)構(gòu)因素引起的誤差包括:衛(wèi)星引起的誤差、大氣無線電波延遲誤差和接收機(jī)引起的誤差。由衛(wèi)星布置引起的誤差可以通過由衛(wèi)星和接收器之間的相對幾何位置定義的各種精度因子（DOP）來描述。SA（選擇性可用性）是美國政府提出的一項(xiàng)政策，旨在人為降低民用GPS的精度。它主要通過調(diào)整衛(wèi)星星歷和衛(wèi)星時鐘數(shù)據(jù)來產(chǎn)生衛(wèi)星與接收機(jī)之間的距離誤差。實(shí)施選擇性可用性時，民用GPS定位誤差超過100米，差分GPS定位方法主要用于車輛導(dǎo)航領(lǐng)域。2000年，克林頓政府取消了選擇性可用性，GPS的SA誤差也被消除。

路徑規(guī)劃：無論是最短距離路徑計(jì)算、最短出行時間路徑計(jì)算、最少擁堵路徑計(jì)算、最佳出行舒適度路徑計(jì)算、最佳轉(zhuǎn)彎計(jì)算，其采用的核心算法都是最短路徑算法。因此，路徑規(guī)劃是利用最短路徑算法在電子地圖路網(wǎng)中求解用戶所需的最佳行駛路線的過程。

車輛導(dǎo)航系統(tǒng)中使用的最短路徑算法可分為兩類:一類應(yīng)用于車輛導(dǎo)航系統(tǒng)的中心，根據(jù)用戶的應(yīng)用為用戶分配動態(tài)的最優(yōu)路徑。由于計(jì)算量大，中心通常使用高端計(jì)算機(jī)或并行計(jì)算機(jī)集群來提高計(jì)算速度；另一種算法應(yīng)用于車載導(dǎo)航終端。為了保證導(dǎo)航系統(tǒng)的實(shí)時性，系統(tǒng)對這類算法的計(jì)算速度要求很高，因此一般采用分層搜索、分區(qū)搜索等方法來提高算法的計(jì)算效率。

路徑引導(dǎo)：慣性導(dǎo)航/車身速度組合

根據(jù)車輛的行駛特點(diǎn)，其行駛軌跡受地面約束，主要沿縱軸運(yùn)動，行駛過程中可能會有偶爾的停車。基于這樣的運(yùn)動學(xué)特征，可以提取有效信息來輔助慣性導(dǎo)航。目前，提出的方法包括非完整約束（NHC）、零速度更新（ZUPT）、零角速度更新（ZARU）、零綜合航向率（ZIHR）和高度約束。

ZUPT/齊爾：ZUPT技術(shù)歷史悠久，可以追溯到20世紀(jì)60年代和70年代美國炮兵部隊(duì)大地測量中使用的位置和方位確定系統(tǒng)（PADS）。當(dāng)ZUPT有效時，系統(tǒng)有一個已知的零速度作為觀測值，用來與慣性導(dǎo)航的速度相結(jié)合，降低定位誤差率，約束速度和姿態(tài)誤差狀態(tài)。從原理上講，ZUPT等效于靜態(tài)條件下的慣導(dǎo)自對準(zhǔn)，有利于慣導(dǎo)姿態(tài)誤差估計(jì)。高精度慣性導(dǎo)航系統(tǒng)利用ZUPT提高其在軍用車載應(yīng)用中的自主導(dǎo)航能力，還利用ZUPT提高全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)之前測繪領(lǐng)域的移動測繪作業(yè)的精度。此時，一般要求每隔一定時間（2-5分鐘）進(jìn)行一次ZUPT，通常持續(xù)20-60秒。在面向公眾的汽車應(yīng)用中，一般不要求停車，而是檢測隨機(jī)停車過程，從而實(shí)施ZUPT。在停車狀態(tài)下，航向總是不變的，因此Shin和Groves分別提出了零航向角速度積分（ZIHR）和零角速度修正（ZARU）來控制航向漂移。ZIHR是ZARU的集成工藝，對陀螺噪聲的抑制效果更好。

NHC/里程表：非完整性約束（NHC）假設(shè)車輛在橫向和垂直方向上沒有速度，即車輛不會跳躍和側(cè)滑，從而在車輛系統(tǒng)中形成兩個“虛擬”速度測量值，這是車輛運(yùn)行期間導(dǎo)航輔助的重要信息源。在輪式地面車輛的應(yīng)用中，里程表（車輪編碼器）是一個自主傳感器，它通過檢測車輪的轉(zhuǎn)數(shù)來輸出車輪在地面上的行駛距離。

地圖應(yīng)用流程：首先建立電子地圖數(shù)據(jù)庫，對路網(wǎng)進(jìn)行編碼。其次，地圖匹配可以分為模擬導(dǎo)航和真實(shí)導(dǎo)航。地圖匹配算法將通過其他定位方法（如GPS、導(dǎo)航估計(jì)等）測量的車輛位置或行駛軌跡進(jìn)行比較和匹配。）用車載電子地圖的道路數(shù)據(jù)，找到車輛所在的道路，計(jì)算出車輛在道路上的位置，然后修正其他定位方法的誤差。真正的導(dǎo)航用GPS，檢查和不斷修正模擬導(dǎo)航，可以結(jié)合起來完成真正的導(dǎo)航。最后根據(jù)定位信息和地圖數(shù)據(jù)庫，通過算法獲取引導(dǎo)碼，通過智能播報(bào)完成導(dǎo)航功能。導(dǎo)頻碼的算法思想是:考慮現(xiàn)實(shí)中有多少種情況，然后分別編碼；當(dāng)實(shí)際遇到這種情況時，根據(jù)GPS定位信息，我們可以做出智能決策以供參考。

地圖匹配技術(shù)：地圖匹配是車輛導(dǎo)航系統(tǒng)中校正定位誤差的常用方法。其基本原理是將定位設(shè)備輸出的車輛位置或軌跡與導(dǎo)航電子地圖中的道路數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，找到車輛當(dāng)前行駛的路段以及車輛在該路段上最可能的位置。在車輛導(dǎo)航系統(tǒng)中，地圖匹配技術(shù)是實(shí)現(xiàn)路徑引導(dǎo)功能的先決條件，因?yàn)橹挥凶龊玫貓D匹配才能準(zhǔn)確獲取車輛所在路段的信息、車輛行駛距離的信息以及車輛前方路口的信息，這是準(zhǔn)確獲取路徑引導(dǎo)指令的基礎(chǔ)。

有三種主要類型的地圖匹配方法，即點(diǎn)對點(diǎn)匹配、點(diǎn)至曲線匹配和曲線至曲線匹配。由于地圖匹配算法中考慮的匹配因素不同，不同地圖匹配算法的精度和穩(wěn)定性也不同。

車載導(dǎo)航系統(tǒng)主要由主控計(jì)算機(jī)、液晶顯示器、語音報(bào)警器、遙控器、綜合導(dǎo)航處理器、GPS傳感器、速率陀螺儀和光驅(qū)組成。根據(jù)用戶的需要，主控計(jì)算機(jī)可以是通用計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ锰幚砥鳌?/p>

無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)：無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)是指采用無線通信技術(shù)的車載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在汽車上的應(yīng)用，一個新的計(jì)算機(jī)市場——無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)正在形成。

無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)是無線通信技術(shù)、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和車載計(jì)算機(jī)的產(chǎn)物，被認(rèn)為是未來汽車技術(shù)的明星。當(dāng)汽車在行駛過程中發(fā)生故障時，它通過無線通信連接到服務(wù)中心進(jìn)行遠(yuǎn)程車輛診斷。發(fā)動機(jī)內(nèi)置的計(jì)算機(jī)記錄汽車主要部件的狀態(tài)，并隨時為維修人員提供準(zhǔn)確的故障位置和原因。通過終端接收信息并查看交通地圖、道路介紹、交通信息、安全和公共秩序服務(wù)以及娛樂信息服務(wù)等。在后座上，您還可以玩電子游戲和應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)，包括金融、新聞、電子郵件等。

通過無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)提供的服務(wù)，用戶不僅可以了解交通信息、停車場附近的停車位并確認(rèn)當(dāng)前位置，還可以與家庭網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器連接以隨時了解家電的運(yùn)行、安全和客人來訪情況。也就是說，集成上述所有功能的車載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)稱為無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。

無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)：無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域基本可分為三個子系統(tǒng):前排座椅系統(tǒng)、后排座椅系統(tǒng)和發(fā)動機(jī)機(jī)械系統(tǒng)。

前排座椅系統(tǒng)主要考慮安全性、車輛安全性、駕駛簡單性和舒適性，為了避免分散駕駛員的注意力，輸入系統(tǒng)主要采用語音輸入或觸摸面板；輸出系統(tǒng)是投射在擋風(fēng)玻璃上的中型面板（LCD或有機(jī)發(fā)光二極管）、語音輸出或平視顯示屏。

后座系統(tǒng)主要側(cè)重于多媒體娛樂，包括互動游戲、高傳真視聽系統(tǒng)、視頻點(diǎn)播、數(shù)字廣播和數(shù)字電視。發(fā)動機(jī)機(jī)械系統(tǒng)主要用于根據(jù)車載電腦采集的車況信息診斷車況、優(yōu)化駕駛效率、調(diào)節(jié)遠(yuǎn)程發(fā)動機(jī)或儲備零部件。

目前，無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)主要用于車載系統(tǒng)，根據(jù)使用目的可分為三種基本類型:交通信息和導(dǎo)航服務(wù)、用于安全駕駛和車輛保護(hù)及故障診斷的車輛維護(hù)服務(wù)以及娛樂和通信服務(wù)。為了實(shí)現(xiàn)上述功能，還必須提供全球定位系統(tǒng)技術(shù)、地理信息系統(tǒng)（GIS）和智能交通系統(tǒng)（ITS）技術(shù)。值得一提的是，無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)已逐漸演變?yōu)榧蒅PS跟蹤設(shè)備和無線通信技術(shù)的車載系統(tǒng)。

衛(wèi)星定位系統(tǒng)：衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GNSS）包括GPS系統(tǒng)、北斗導(dǎo)航系統(tǒng)、GLONASS、伽利略等系統(tǒng)。以GPS為例:GPS（全球定位系統(tǒng)）全球?qū)Ш较到y(tǒng)，也稱為全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)。通過24顆定位衛(wèi)星提供的信號，將三維位置連續(xù)傳輸?shù)降孛妫孛娼邮盏降男畔⒔?jīng)過中繼設(shè)備處理，從而確定傳輸信息的物體的位置。車輛自動導(dǎo)航系統(tǒng)是根據(jù)GPS接收機(jī)提供的車輛當(dāng)前位置和用戶輸入的車輛目的地計(jì)算出合適的行駛路線，并以適當(dāng)?shù)姆绞较蝰{駛員提供必要的信息，以完成導(dǎo)航和定位工作。

GPS空間：GPS由三部分組成:GPS空間部分、地面監(jiān)測組和GPS用戶接收機(jī)部分。

車載導(dǎo)航

GPS的空間部分最初設(shè)計(jì)由分布在六個等距軌道上的24顆衛(wèi)星組成。衛(wèi)星分布可以確保在任何時候世界任何地方都有不少于4顆衛(wèi)星進(jìn)行觀測。24顆衛(wèi)星中有3顆用作備用。每個軌道平面上有四顆衛(wèi)星，與地球呈55度角同向運(yùn)行，空間間隔約為90度。通過測量這些衛(wèi)星的到達(dá)時間，用戶可以用四顆衛(wèi)星確定四個導(dǎo)航參數(shù):緯度、經(jīng)度、高度和時間。2011年6月，美國空軍成功擴(kuò)展了GPS衛(wèi)星，調(diào)整了6顆衛(wèi)星的位置，并增加了3顆衛(wèi)星。這使工作衛(wèi)星的數(shù)量增加到27顆，擴(kuò)大了GPS系統(tǒng)的覆蓋范圍并提高了精確度。截至2018年10月18日，除備用衛(wèi)星外，在軌工作的衛(wèi)星共有31顆。地面監(jiān)控站由一個主控站和四個監(jiān)控遙控站組成。主控制站位于美國大陸，四個監(jiān)測站位于大西洋、太平洋和印度洋的儲存島嶼上。

用戶接收機(jī)通過接收多顆衛(wèi)星的信號計(jì)算自身位置，從而實(shí)現(xiàn)定位導(dǎo)航。GPS接收機(jī)可以捕獲根據(jù)衛(wèi)星高度的某個截止角選擇的待測衛(wèi)星的信號，跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行，對接收到的GPS信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換、放大和處理，從而測量GPS信號從衛(wèi)星到接收機(jī)天線的傳播時間，解釋GPS衛(wèi)星發(fā)送的導(dǎo)航電文，并實(shí)時計(jì)算該站的三維位置，甚至三維速度和時間。

定位過程：GPS結(jié)合電子地圖可以實(shí)現(xiàn)對城市交通管理、車輛調(diào)度管理、公安、銀行車輛、港口和河道船舶的自動引導(dǎo)和監(jiān)控，應(yīng)用潛力巨大。根據(jù)地形圖制作的矢量電子地圖，需要轉(zhuǎn)換GPS坐標(biāo)才能正確匹配。下面將從GPS定位坐標(biāo)系、WGS-84大地坐標(biāo)系、地圖投影和平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換等方面詳細(xì)討論坐標(biāo)匹配問題。GPS定位過程主要包括以下步驟:首先，確定用戶的宇宙直角坐標(biāo)系位置，即用戶的X、Y和Z位置。其次，從宇宙直角坐標(biāo)系到WGS-84大地坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換不僅可以找出用戶在WGS-84大地坐標(biāo)系中的坐標(biāo)位置，三是坐標(biāo)投影變換，即將球面坐標(biāo)變換為平面電子地圖的投影坐標(biāo)，如高斯-克魯格投影坐標(biāo)。第四，二維平面相似變換，即通過平移、旋轉(zhuǎn)和縮放操作，實(shí)現(xiàn)其與CPS地圖的配準(zhǔn)。以上四個過程都是通過計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)的。

特性特點(diǎn)：GPS的全球覆蓋率高達(dá)98%。GPS系統(tǒng)是全天候的，不容易受到任何天氣的影響。三維定點(diǎn)、定速、定時精度高，不需要站間通信。它具有快速、省時、高效的特點(diǎn)，應(yīng)用廣泛、多功能、可移動。

電子地圖：導(dǎo)航系統(tǒng)數(shù)字地圖產(chǎn)品是與導(dǎo)航應(yīng)用系統(tǒng)配套使用的終端地圖數(shù)據(jù)產(chǎn)品。它包含空間位置的地理坐標(biāo)，并可以與空間定位系統(tǒng)結(jié)合，將人或車輛從起點(diǎn)精確地引導(dǎo)到目的地的電子地圖或數(shù)據(jù)集。自20世紀(jì)80年代末以來，一些發(fā)達(dá)國家開發(fā)并產(chǎn)生了多尺度和高精度的導(dǎo)航數(shù)據(jù)。歐洲、北美和日本已形成成熟的導(dǎo)航數(shù)據(jù)生產(chǎn)技術(shù)，并擁有廣泛的商用導(dǎo)航數(shù)據(jù)產(chǎn)品，其應(yīng)用范圍已擴(kuò)展到多個領(lǐng)域，形成了巨大的市場規(guī)模。美國的NAVTECH公司、歐洲的Tele Atlas公司和日本數(shù)字道路地圖協(xié)會（JDRMA）的相關(guān)公司是世界上導(dǎo)航數(shù)據(jù)產(chǎn)品的主要專業(yè)制造商。

導(dǎo)航電子：導(dǎo)航電子地圖的基本內(nèi)容應(yīng)包括路網(wǎng)、背景、注釋和索引四大類信息，應(yīng)支持導(dǎo)航系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn):地圖顯示與定位、目的地檢索、路徑規(guī)劃、引導(dǎo)與提示。路網(wǎng)信息包括道路信息和節(jié)點(diǎn)信息；背景信息包括行政區(qū)劃和其他特征；標(biāo)注信息包括地圖上的重要特征和道路名稱信息；索引信息包括興趣點(diǎn)和地址搜索信息。

道路信息包括道路編號、道路名稱、道路功能等級、道路形狀、道路寬度、道路通行方向、道路交通限制措施等。，和道路幾何線；節(jié)點(diǎn)信息包括交叉點(diǎn)類型、道路連接關(guān)系、交通限制以及節(jié)點(diǎn)幾何形狀是一個點(diǎn)。

車載導(dǎo)航電子地圖的應(yīng)用模式主要有兩種:一種是GPS單機(jī)定位+矢量電子地圖。該系統(tǒng)可根據(jù)目標(biāo)位置（工作時輸入）和車輛當(dāng)前位置（由GPS測量）自動計(jì)算并顯示最佳路線，引導(dǎo)駕駛員以最快的速度到達(dá)目的地，并能以多媒體方式提示駕駛員。制作一個矢量地圖數(shù)據(jù)庫要花很多錢。二是GPS差分定位+矢量電子地圖。該系統(tǒng)利用固定站與移動車船之間的兩種GPS偽距差分技術(shù)，可使定位精度達(dá)到1~3M。當(dāng)采用雙向通信方式時，它可以形成車輛和船只的自動導(dǎo)航系統(tǒng)，還可以將移動車輛和船只上的GPS定位結(jié)果準(zhǔn)確、實(shí)時地傳輸?shù)娇刂浦行模@示在電子地圖上，以形成交通網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和指揮系統(tǒng)。

語音識別和合成：一般來說，在駕駛過程中實(shí)現(xiàn)非手動控制導(dǎo)航系統(tǒng)非常重要，此時語音識別功能非常必要。人類說話的速度是打字的四倍，因此使用語言控制汽車導(dǎo)航系統(tǒng)是安全、快速和有效的。語音合成技術(shù)是將文本輸出的信息轉(zhuǎn)換成機(jī)器輸出的語言，以便與人交流。隨著技術(shù)的發(fā)展，導(dǎo)航系統(tǒng)越來越先進(jìn)，語音識別和合成技術(shù)發(fā)展迅速。目前，許多汽車導(dǎo)航系統(tǒng)中的語音系統(tǒng)提示越來越多，但如何優(yōu)化導(dǎo)航系統(tǒng)中視覺和語音的分布以優(yōu)化駕駛員的安全性和便利性仍需研究。

輸出裝置：汽車自動導(dǎo)航系統(tǒng)的輸出設(shè)備包括顯示屏和語音輸出裝置，克服了駕駛員必須集中精力駕駛而不能在駕駛過程中一直查看顯示屏的問題。一種實(shí)用且人性化的汽車自動導(dǎo)航系統(tǒng)利用語音輸出完成轉(zhuǎn)彎、掉頭等處的語音提醒。，達(dá)到提醒駕駛員道路信息的目的。例如，在車輛行駛到根據(jù)系統(tǒng)推薦路線應(yīng)該轉(zhuǎn)彎的路口前，語音輸出設(shè)備會提示駕駛員:“前方300米后請左轉(zhuǎn)（或右轉(zhuǎn)）”，這樣駕駛員完全不需要注意屏幕的顯示，也可以根據(jù)推薦路線正確、快速地到達(dá)目的地。此外，您還可以隨時查看酒店、商店、加油站、修理廠、車站、碼頭、服務(wù)區(qū)、收費(fèi)站、醫(yī)院、學(xué)校等興趣點(diǎn)的位置以及最新的道路信息。你也可以在汽車被搶后停止發(fā)動機(jī)在指定范圍內(nèi)運(yùn)行，并向警方報(bào)告汽車的位置。停車后，娛樂設(shè)施可以播放DVD、VCD、音樂和廣播節(jié)目，使用方便，更加人性化。