車(chē)載GPS(全球定位系統(tǒng))導(dǎo)航系統(tǒng)目前十分具有市場(chǎng)前景，但在服務(wù)與技術(shù)的不斷融合中，也面臨諸多挑戰(zhàn)。GPS與通信系統(tǒng)更緊密的結(jié)合是未來(lái)的趨勢(shì)之一，整合之后的系統(tǒng)可提供交通情況、旅游景點(diǎn)信息等移動(dòng)位置服務(wù)。引入DR(方位推算技術(shù))功能后，系統(tǒng)將可實(shí)現(xiàn)無(wú)間斷定位導(dǎo)航。對(duì)于GPS接收器來(lái)說(shuō)，降低功耗、抑制噪聲和干擾成為設(shè)計(jì)關(guān)鍵。

   GPS與通信系統(tǒng)更緊密地結(jié)合是未來(lái)的趨勢(shì)之一，整合之后的系統(tǒng)可提供交通情況、旅游景點(diǎn)信息等移動(dòng)位置服務(wù)。引入DR功能后，系統(tǒng)將可實(shí)現(xiàn)無(wú)間斷定位導(dǎo)航。

　　GPS服務(wù)內(nèi)容不斷增加

　　信息、通信和娛樂(lè)是電子技術(shù)發(fā)展最快的三大領(lǐng)域，汽車(chē)電子是十分具有發(fā)展前景的新興市場(chǎng)，因此二者的結(jié)合必然能帶來(lái)更大的利潤(rùn)空間。汽車(chē)電子領(lǐng)域發(fā)展迅速的資通娛樂(lè)系統(tǒng)即結(jié)合了信息、通信和娛樂(lè)三大領(lǐng)域最前沿的應(yīng)用，已成為車(chē)體、傳動(dòng)及安全三大傳統(tǒng)系統(tǒng)以外的第四大系統(tǒng)。
　　資通娛樂(lè)系統(tǒng)是新興車(chē)載應(yīng)用，其被稱為T(mén)elematics，即集合了通信和信息兩方面的功能。按使用場(chǎng)景的不同，Telematics在產(chǎn)品定位上可以分為可攜式設(shè)備和車(chē)裝式設(shè)備兩種，這兩類(lèi)設(shè)備又可依據(jù)是否具備對(duì)外的通信功能，再進(jìn)一步將Telematics市場(chǎng)分為四大塊。其中車(chē)載GPS導(dǎo)航定位在Telematics系統(tǒng)中具有關(guān)鍵性的地位，其在車(chē)載系統(tǒng)中已逐漸成為必備的裝置，而且不斷發(fā)展出增值性的功能。
　　車(chē)載GPS系統(tǒng)除了可為駕駛提供導(dǎo)航信息等基本功能外，還在開(kāi)發(fā)新的服務(wù)內(nèi)容。GPS與無(wú)線通信技術(shù)結(jié)合便能為T(mén)elematics的服務(wù)供應(yīng)商提供定位信息，當(dāng)車(chē)輛遇到困難需要援助時(shí)，服務(wù)中心收到車(chē)輛的位置信息即可為車(chē)主提供道路救援；出租車(chē)或公交車(chē)、游覽車(chē)也可運(yùn)用GPS來(lái)發(fā)揮車(chē)隊(duì)追蹤及管控的功能；此外，車(chē)輛丟失后也可通過(guò)此功能減少損失。

　　DR技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)間斷導(dǎo)航

　　DR即方位推算技術(shù)，主要用于GPS接收衛(wèi)星信號(hào)有困難的場(chǎng)合。GPS系統(tǒng)需要接收衛(wèi)星信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)定位和導(dǎo)航功能，而在信號(hào)不好或信號(hào)屏蔽較大的環(huán)境中，例如地下室、山洞、隧道、高樓林立的街巷等，GPS系統(tǒng)可能完全無(wú)法接收信號(hào)，此時(shí)就需要DR的幫助。
　　DR技術(shù)可作為GPS的補(bǔ)充性暫時(shí)導(dǎo)航工具，其原理是通過(guò)測(cè)量與計(jì)算距離與方向等影響位移的物理量來(lái)推算出車(chē)輛的相對(duì)位置改變。一般線性距離通過(guò)里程表或加速度傳感器來(lái)測(cè)量；高度的變化需要?dú)鈮河?jì)等裝置；而羅盤(pán)、陀螺儀或差分里程計(jì)則用來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)角度。
　　由于DR采用計(jì)算的方式獲得定位信息，因此雖然在短時(shí)間內(nèi)其正確性相當(dāng)高，甚至可以高于GPS；但較長(zhǎng)時(shí)間后，由于累計(jì)誤差的影響，其導(dǎo)航定位精度會(huì)大幅度下降。這時(shí)重新利用GPS系統(tǒng)找出絕對(duì)的位置，才能再次使用DR。DR和GPS是相輔相成的車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)，而高準(zhǔn)確度的定位不能單純依靠DR。目前受DR傳感器的準(zhǔn)確度、成本以及與導(dǎo)航系統(tǒng)整合的算法開(kāi)發(fā)等方面的影響，商品化的DR產(chǎn)品仍然不多。
　　里程表是車(chē)輛的基本配置，現(xiàn)代汽車(chē)電子技術(shù)可通過(guò)CAN(控制器局域網(wǎng))總線來(lái)把里程表與GPS接收器相連接來(lái)實(shí)現(xiàn)輔助定位，但里程表的準(zhǔn)確性會(huì)因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間的使用而降低。GPS與先進(jìn)的MEMS(微型電機(jī)系統(tǒng))技術(shù)的結(jié)合可克服精度差的缺點(diǎn)。加速度傳感器和陀螺儀基于MEMS技術(shù)，具有很小的尺寸，十分容易集成到GPS系統(tǒng)，但要提升DR系統(tǒng)的精度，要時(shí)常進(jìn)行在線傳感器的校準(zhǔn)，這時(shí)就需要GPS的定位信號(hào)來(lái)修正DR傳感器的參數(shù)項(xiàng)目。另外，MEMS雖然可實(shí)現(xiàn)高精度，但由于其造價(jià)較高，由此造成的成本上升也不可避免。

　　降低功耗和噪聲是設(shè)計(jì)難題

　　車(chē)載GPS的硬件系統(tǒng)主要由天線、RF（射頻）、基帶、處理器、內(nèi)存、總線接口等模塊構(gòu)成。在系統(tǒng)構(gòu)架上，這些模塊可以采用集成或獨(dú)立式，前者將多個(gè)單元整合為一顆系統(tǒng)單芯片、單封裝或模塊，以降低設(shè)計(jì)的難度及成本；后者采用各自獨(dú)立的架構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)上的高靈活性。當(dāng)系統(tǒng)工程師在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，必須在性能、成本與靈活性三方面間進(jìn)行權(quán)衡。
　　準(zhǔn)確性、靈敏度、第一次定位時(shí)間及通道數(shù)量是GPS接收器性能方面的重要指標(biāo)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)這四個(gè)方面的要求必然會(huì)在處理器性能、相關(guān)器信道數(shù)量、內(nèi)存容量及接口速度等方面提出極高的要求，大幅提高產(chǎn)品成本。因此，明智的做法是在四者之間做出取舍，以迎合市場(chǎng)對(duì)性能和價(jià)格的多方面要求。
　　功耗和噪聲是常遇到的兩個(gè)難題，對(duì)于GPS接收器來(lái)說(shuō)，功耗的降低和噪聲、干擾的抑制成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。噪聲主要是從高頻轉(zhuǎn)低頻的過(guò)程中產(chǎn)生，因此噪聲抑制機(jī)制必須在此環(huán)節(jié)實(shí)施。例如可通過(guò)在射頻前端與相關(guān)器之間配置適當(dāng)?shù)碾娮杵鱽?lái)將SAMP CLK的信號(hào)諧波降到最小，以避免其混雜在中頻鏈路當(dāng)中，達(dá)成抑制噪音的目的。此外，各單元在電路上的布局和布線也需要進(jìn)行妥善的規(guī)劃，因?yàn)檫@些因素也會(huì)影響干擾的狀況。
　　功耗的主要來(lái)源是相關(guān)器的運(yùn)作，因此降低功耗需要能分別控制每個(gè)相關(guān)器通道，即當(dāng)不需要啟動(dòng)所有信道的時(shí)候，系統(tǒng)能自動(dòng)調(diào)整，僅啟動(dòng)所需的相關(guān)器通道。此外，使用備用電池能將電源電壓降低，也有助于節(jié)省功耗。

　　GPS性能與天線密切相關(guān)

　　GPS系統(tǒng)的性能與天線密切相關(guān)。衛(wèi)星信號(hào)的背景噪聲一般為-136dBW，為避免干擾，國(guó)際電信法規(guī)規(guī)定衛(wèi)星傳送的信號(hào)不得大于-154dBW，如此微弱的GPS信號(hào)要求天線必須具有相當(dāng)高的靈敏度。
　　GPS天線的靈敏度會(huì)受到其形狀的極大影響，由于GPS的信號(hào)屬于圓極化波，所以GPS接收天線也必須采用圓極化的工作方式?？捎糜贕PS的天線種類(lèi)包括片狀、螺旋式和平面倒F型等，其中片狀及螺旋式應(yīng)用最多。
　　平板天線的成本較低，耐用性較強(qiáng)而且制作相對(duì)容易，但方向性是其明顯的缺點(diǎn)。方向性使平板天線要面向天空才能有較好的接收效果，因此在應(yīng)用上會(huì)受到極大限制。除此之外，平板天線的精度也不是很穩(wěn)定，其雖然能順利接收到正上方的衛(wèi)星信號(hào)，但若不能獲取低角度的衛(wèi)星信息，誤差也會(huì)相對(duì)較高。
　　四臂螺旋天線擁有360度接收能力，天線在任何方向都有3dB的增益，能讓GPS接收器以各種角度擺放，而且能接收到很低角度的衛(wèi)星信號(hào)，這是與平板天線相比的優(yōu)勢(shì)所在。此外，Balun(巴倫)電路設(shè)計(jì)是一種更好的做法，其優(yōu)點(diǎn)是可有效地隔離天線周?chē)脑胍簦⑷菰S各種功能的天線并存于極小的空間中而不會(huì)互相干擾，這對(duì)于尺寸要求很高的手持設(shè)備天線設(shè)計(jì)十分適合，然而螺旋式天線與平板天線相比成本較高，這是其缺點(diǎn)之一。

　　相關(guān)鏈接

　　GPS系統(tǒng)架構(gòu)

　　GPS定位系統(tǒng)的工作方式是利用衛(wèi)星基本的三角定位原理，GPS接收裝置先找到三顆以上衛(wèi)星的所在位置，再計(jì)算每顆衛(wèi)星與接收器之間的距離，就能得出接收器在三維空間中的坐標(biāo)值。GPS系統(tǒng)的二十多顆衛(wèi)星會(huì)傳送L1及L2兩種頻率分別為1575.42MHz及1227.60MHz的信號(hào)。一般民用的GPS接收機(jī)只需接收L1，即1575.42MHz頻率的信號(hào)。
　GPS接收端的控制功能由微處理器或微控制器實(shí)現(xiàn)。處理器可以是獨(dú)立的單元，也可以和基帶集成。目前低端GPS接收器產(chǎn)品通常采用ARM7作為核心；高端產(chǎn)品一般為ARM9。此外，這類(lèi)組件也會(huì)具備微處理器支持功能，例如UART(通用異步接收/發(fā)送裝置)和實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)等。

客戶接收端的GPS裝置會(huì)接收來(lái)自導(dǎo)航衛(wèi)星的定位信號(hào)，它是一種單向的GPS信號(hào)接收器。首先，GPS天線會(huì)接收GPS衛(wèi)星信號(hào)，再經(jīng)由RF（射頻）前端將高頻信號(hào)轉(zhuǎn)為中頻、低頻數(shù)字信號(hào)傳送到GPS基帶模塊。基帶的核心技術(shù)在于相關(guān)器的設(shè)計(jì)，相關(guān)器主要通過(guò)比對(duì)找出正確的衛(wèi)星編號(hào)，進(jìn)而比照取得多顆衛(wèi)星的萬(wàn)年歷和廣播星歷等資料。相關(guān)器的通道越多意味著越能更快速地找到衛(wèi)星的位置，目前一般GPS接收器都至少提供12個(gè)通道的相關(guān)器，更高端的接收器則具有16甚至32個(gè)通道的相關(guān)器。