姜輝

（大慶油田信息技術(shù)公司無線分公司，黑龍江 大慶 163453）

GPS全球定位系統(tǒng)在世界上受到廣泛的應(yīng)用，可以同時(shí)完成授時(shí)、測(cè)距、導(dǎo)航與定位。剛開始出現(xiàn)GPS技術(shù)時(shí)，僅將其用作軍事方面，如飛機(jī)、船舶等。隨著科技水平不斷提升，開始將GPS技術(shù)應(yīng)用在汽車的導(dǎo)航系統(tǒng)中。目前西方發(fā)達(dá)國(guó)家將GPS應(yīng)用在車輛上已經(jīng)極為普遍，因此我國(guó)還需要持續(xù)增強(qiáng)GPS在車輛中的應(yīng)用效果，才能促進(jìn)GPS應(yīng)用的進(jìn)一步發(fā)展。

1 GPS在車輛組合導(dǎo)航中的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 GPS-DR組合導(dǎo)航系統(tǒng)

DR是車輛的自主行位推算系統(tǒng)，將其與GPS技術(shù)互相結(jié)合，可以將二者的優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮，避免發(fā)生GPS信號(hào)中斷、屏蔽、DR使用時(shí)間較短的問題，可以增強(qiáng)車輛定位的精確性。我國(guó)在對(duì)這種組合導(dǎo)航進(jìn)行研究時(shí)，經(jīng)常會(huì)使用自適應(yīng)聯(lián)合或擴(kuò)展卡爾曼濾波算法，可避免出現(xiàn)計(jì)算誤差，還具備較高的精準(zhǔn)度。

1.2 形成地圖匹配

將GPS與DR互相組合，若車輛行駛的區(qū)域道路的數(shù)量較多，不能使用電子地圖匹配技術(shù)，使用GPSDE系統(tǒng)可以將車輛的定位信息進(jìn)行校正。若GPS-DR導(dǎo)航系統(tǒng)與數(shù)字地圖技術(shù)互相匹配，可以對(duì)車輛的各項(xiàng)輸出信息進(jìn)行地圖匹配，從而使系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與可靠性獲得良好的改善。

1.3 捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)

捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是GPS-SNS，其中包含3個(gè)陀螺儀與3個(gè)加速度計(jì)，其安裝的方式為互相垂直，這種裝置會(huì)被直接裝設(shè)在載體上。捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)合了GPS與SNS系統(tǒng)的共同優(yōu)點(diǎn)，還可以有效規(guī)避二者的缺點(diǎn)，可以使組合導(dǎo)航的功能性更強(qiáng)，也成為GPS在車輛中應(yīng)用的主要發(fā)展趨勢(shì)，也可以將捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用在軍車中。我國(guó)的國(guó)防科技大學(xué)對(duì)捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行了深入研究，構(gòu)建了將神經(jīng)元狀態(tài)作為基礎(chǔ)的捷聯(lián)慣性導(dǎo)航車載組合導(dǎo)航系統(tǒng)信息融合模型，還研發(fā)了激光陀螺捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，但這種系統(tǒng)花費(fèi)的成本較高，經(jīng)濟(jì)效益較低。

1.4 GPS-MMS

GPS-MMS系統(tǒng)主要由微機(jī)電系統(tǒng)器件構(gòu)成，其中包含3只微機(jī)械加速度計(jì)、3只微機(jī)械陀螺儀、附加電子線路。MMS作為新投入使用的慣性測(cè)量系統(tǒng)，無論是重量、成本、壽命等方面都具備較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。但其自主性較低，可靠性也較低，很容易受到外界的干擾，因此將GPS與MMS互相組合，可以取長(zhǎng)補(bǔ)短，提升數(shù)據(jù)的更新效率，避免在導(dǎo)航定位時(shí)出現(xiàn)誤差，增強(qiáng)系統(tǒng)整體的可靠性與抗干擾性能。

1.5 GPS-GLONASS

GLONASS是由前蘇聯(lián)研發(fā)成功并由俄羅斯進(jìn)行發(fā)展的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，其功能與GPS類似，將二者互相組合，可以增強(qiáng)系統(tǒng)整體的可視衛(wèi)星數(shù)目，使衛(wèi)星幾何位置的配置獲得改善，從而增強(qiáng)系統(tǒng)的觀測(cè)完整性與可靠性。由于投入資金較少，GLONASS系統(tǒng)在軌正常運(yùn)行的健康衛(wèi)星數(shù)量較少，會(huì)對(duì)GPS-GLONASS系統(tǒng)的正常運(yùn)行產(chǎn)生一定影響。

2 GPS在車輛主動(dòng)安全控制中的應(yīng)用現(xiàn)狀

將GPS應(yīng)用在車輛的主動(dòng)安全控制時(shí)，主要是對(duì)DGPS、慣性傳感器等方面的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，從而加強(qiáng)對(duì)車輛的控制效果。在使用GPS對(duì)車輛主動(dòng)安全進(jìn)行控制時(shí)，包括車輛的縱向、橫向、側(cè)向、轉(zhuǎn)向等方面控制，通過將GPS與其他傳感器共同組合，可以形成有效的車輛綜合控制系統(tǒng)。

2.1 對(duì)車輛行駛軌跡進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控

從21世紀(jì)開始，美國(guó)的SA政策取消，增強(qiáng)了民用C/A碼的定位精度與準(zhǔn)確性，從而幫助更多學(xué)者開始對(duì)GPS在車輛的固定坐標(biāo)系中各方向運(yùn)動(dòng)的控制能力進(jìn)行更加深入、仔細(xì)的研究。在1999年，就已經(jīng)將DGPS作為對(duì)車輛進(jìn)行測(cè)量的唯一傳感器，從而將車輛的橫縱向運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制。

2.2 增強(qiáng)對(duì)車輛穩(wěn)定性的控制力度

車輛在運(yùn)行過程中，需要確保良好的穩(wěn)定性能，才能增強(qiáng)車輛行駛的安全性，避免各種安全事故的發(fā)生。將GPS應(yīng)用在車輛中，可以加強(qiáng)車輛穩(wěn)定性的控制效果，GPS技術(shù)可以將車輛的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行速度測(cè)量，控制系統(tǒng)收到GPS測(cè)量的數(shù)據(jù)后，可以調(diào)整車輛的行駛速度、姿態(tài)等方面，從而增強(qiáng)車輛在駕駛時(shí)的穩(wěn)定性。

3 GPS在智能交通與自動(dòng)駕駛中的應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1 在智能交通系統(tǒng)中的應(yīng)用

在智能交通系統(tǒng)中包含通信、計(jì)算機(jī)技術(shù)、工業(yè)等多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域。將GPS應(yīng)用在智能交通系統(tǒng)中，可以促進(jìn)這些行業(yè)獲得良好的發(fā)展。使用GPS技術(shù)將車流主干道的平均車流速度進(jìn)行測(cè)量，可以對(duì)各種交通容量情況下的車輛占比進(jìn)行勘測(cè)，從而對(duì)主干道車輛行駛的平均速度進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估。

3.2 對(duì)自動(dòng)駕駛進(jìn)行計(jì)算

隨著社會(huì)科技水平的不斷進(jìn)步，自動(dòng)駕駛成為車輛未來的主要發(fā)展趨勢(shì)，從而使各界學(xué)者加強(qiáng)對(duì)車輛自動(dòng)駕駛控制系統(tǒng)進(jìn)行更加深入的研究。日本在這方面的研究成果較多，例如尼桑汽車公司設(shè)計(jì)了車輛的轉(zhuǎn)向平順性駕駛員協(xié)調(diào)系統(tǒng)，其中將RTK-GPS互相結(jié)合，可以加強(qiáng)車輛的分布式控制效果，避免道路行駛中存在的誤差。

4 GPS可以對(duì)車輛狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行評(píng)估

4.1 對(duì)車輛狀態(tài)參數(shù)的評(píng)估

通過對(duì)車輛行駛過程中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)與分析，可以提升對(duì)車輛行駛穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)水平，還可以對(duì)車輛控制系統(tǒng)中的變量進(jìn)行有效控制。將GPSRTK互相結(jié)合，可以設(shè)計(jì)車輛道路試驗(yàn)RIK五輪儀，從而對(duì)車輛在行駛過程中的動(dòng)態(tài)軌跡進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，加強(qiáng)對(duì)車輛運(yùn)動(dòng)性能的評(píng)價(jià)效果。

4.2 對(duì)車輛外在環(huán)境參數(shù)進(jìn)行評(píng)估

將GPS應(yīng)用在車輛的外在環(huán)境參數(shù)評(píng)估中，可以對(duì)車輛在行駛過程中產(chǎn)生的重要參數(shù)進(jìn)行評(píng)估，例如車輛行駛時(shí)輪胎與路面產(chǎn)生的摩擦系數(shù)、道路坡度與道路的特點(diǎn)形狀分析等。結(jié)合ABS系統(tǒng)，與自動(dòng)車道保持道路的整體適應(yīng)性。

5 GPS應(yīng)用的問題與發(fā)展趨勢(shì)探討

在車輛中應(yīng)用GPS技術(shù)已經(jīng)是未來的主要發(fā)展趨勢(shì)，因此在未來，需要將GPS的應(yīng)用效果不斷提升，才能加強(qiáng)GPS在車輛中的應(yīng)用效率?？梢詮囊韵聝煞矫孢M(jìn)行：第一，硬件方面。需要加強(qiáng)對(duì)成本的控制，使用微慣導(dǎo)元件與GPS接收機(jī)互相組合，形成效率更高的接收系統(tǒng)。第二，算法方面。目前經(jīng)常使用的算法包括卡爾曼聯(lián)合濾波導(dǎo)航算法、D-S證據(jù)理論、自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法等，這些算法都具備較強(qiáng)的局限性，因此在未來應(yīng)使用更加高效、便捷的信息融合算法，才能解決GPS在車輛應(yīng)用中存在的問題。另外，使用濾波模型時(shí)，可以對(duì)GPS應(yīng)用在車輛中的噪聲進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，在未來主要的研究方向是自適應(yīng)算法與誤差補(bǔ)償技術(shù)。

交通運(yùn)輸系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是由大量的車輛來構(gòu)成，將GPS應(yīng)用在車輛中，除了使用導(dǎo)航功能外，還需要對(duì)其他的功能進(jìn)行研究與拓展。將GPS與先進(jìn)的通訊技術(shù)互相結(jié)合，可以對(duì)道路交叉口的車流量進(jìn)行有效控制，從而將GPS應(yīng)用在車輛中的更高級(jí)功能與效果充分發(fā)揮。對(duì)交通流量進(jìn)行控制是紅綠燈的定時(shí)控制功能，如果在未來GPS成為車輛的必備功能，那么對(duì)道路交叉口的自動(dòng)控制就可以實(shí)現(xiàn)，可以將GPS與流量監(jiān)控系統(tǒng)互相結(jié)合，將道路資源更加合理地對(duì)每一輛車輛進(jìn)行分配。這樣不僅可以將城市道路交通條件進(jìn)行有效改善，還可以對(duì)日益緊張的道路資源形成合理劃分與高效應(yīng)用。

GPS在未來不僅可以應(yīng)用在交通系統(tǒng)的宏觀控制中，使用GPS還可以對(duì)車輛的行駛狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行更加準(zhǔn)確的測(cè)試，可以將這方面問題看作GPS未來發(fā)展中的微觀問題。將GPS應(yīng)用在這方面，可以加強(qiáng)對(duì)車輛試驗(yàn)測(cè)試與動(dòng)力學(xué)方面的控制效果。目前經(jīng)常使用的雙天線GPS監(jiān)測(cè)辦法評(píng)估的準(zhǔn)確性較低，效率也不高，不能充分滿足實(shí)時(shí)性等多方面的要求。若車輛的速度達(dá)到200HZ或更高，就需要把GPS當(dāng)做輔助，對(duì)車輛慣性進(jìn)行測(cè)量，但這種辦法會(huì)花費(fèi)較高的成本。因此需要將簡(jiǎn)單、容易測(cè)量的參數(shù)作為基礎(chǔ)，使用軟測(cè)量等各種方法，對(duì)車輛的行駛變量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而減少相關(guān)的成本費(fèi)用，還可以增強(qiáng)GPS應(yīng)用在車輛中的靈活性。

6 結(jié)語

科技水平的不斷進(jìn)步，使GPS被更加多元化地應(yīng)用在車輛中，不僅作為車輛的定位導(dǎo)航系統(tǒng)，還可以從多方面對(duì)車輛進(jìn)行控制。另外，將GPS接收系統(tǒng)當(dāng)做更加精確的車輛位置、速度傳感器，可以對(duì)車輛的行駛狀態(tài)進(jìn)行更加復(fù)雜、準(zhǔn)確的參數(shù)測(cè)量，加強(qiáng)控制效果。因此通過不斷的實(shí)踐與努力，才能將GPS更加高效地應(yīng)用在車輛中，促進(jìn)我國(guó)交通運(yùn)輸行業(yè)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、持續(xù)發(fā)展。