車載GPS的精度要求和飛機(jī)進(jìn)場(chǎng)著陸船舶進(jìn)港差不多，都需要差分系統(tǒng)的支持。航空上視野開闊，無信號(hào)遮擋問題是三維定位；陸海應(yīng)用可按二維定位應(yīng)用，但多路徑干擾嚴(yán)重，在城鄉(xiāng)應(yīng)用中信號(hào)遮擋、中斷、衰減問題突出。目前正是GPS產(chǎn)業(yè)向車載導(dǎo)航應(yīng)用進(jìn)軍的時(shí)期，我們憧景美好的前途，龐大的市場(chǎng)和銷售預(yù)測(cè)，廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域，但也應(yīng)注意解決某些技術(shù)障礙和組織管理因素的制約。
1．多路徑干擾
用戶周圍環(huán)境地物包山丘、水面、建筑物等，在用戶接收機(jī)上不僅接收到從衛(wèi)星發(fā)射來的直接波，還有許多從附近地物形成的長(zhǎng)路徑反射波，在疊加信號(hào)影響下，不僅使輸入信噪比降低．，而且測(cè)量的碼偽距和相位值都會(huì)畸變而產(chǎn)生誤差。高精度測(cè)量領(lǐng)域，可以選擇場(chǎng)址回避，并可采用很好的右旋極化天線和擋徑盤，或多天線接收后用特殊算法排除多路徑效應(yīng)，提高精度。低成本的天線和接收機(jī)要消除多路徑效應(yīng)非常困難，將形成較大的實(shí)質(zhì)性誤差。相關(guān)接收機(jī)由多路徑造成的誤差不會(huì)超過半個(gè)C／A碼波長(zhǎng)(約150米)，它隨地形環(huán)境而變化，對(duì)陸地移動(dòng)用戶來說誤差時(shí)大時(shí)小，可以出現(xiàn)數(shù)米或更大誤差。
2．信號(hào)遮擋和中斷
個(gè)人用戶和車載GPS接收機(jī)在城市使用時(shí)會(huì)受到建筑物對(duì)信號(hào)的遮擋，而且在進(jìn)入立交橋下或地道內(nèi)時(shí)會(huì)出現(xiàn)信號(hào)中斷，它們是限制GPS普遍化應(yīng)用的一大障礙。
目前，低成本接收機(jī)解決的辦法為缺星定位和快速再鎖定。缺星定位(或稱降星定位)只是軟件算法上的解決。正常為四星三維定位，當(dāng)可見星只有三顆時(shí)，按等高二維定位解算法(將高度按原先值不變處理)，當(dāng)可見星只有二顆時(shí)，按等高等時(shí)鐘差定位解算法(將高度視作不變，鐘差也視作不變處理，即無鐘二維定位解)，當(dāng)可見星僅一顆時(shí)按約束推測(cè)算法(不僅高度、鐘差按原始值不變處理，而且載體按等速前進(jìn)處理，在此集合約束條件下的速度支助推測(cè)算法去定位)。因而缺星定位在諸多條件約束下，僅能在有限時(shí)間內(nèi)使用。例如在城市內(nèi)穿越斷續(xù)樓群下的街道，可見衛(wèi)星數(shù)目忽多忽少，一旦跟蹤了多顆衛(wèi)星，又可恢復(fù)，定位，但大峽谷底部行車或通過隧道時(shí)仍然會(huì)丟失位置。
當(dāng)脫離遮擋后必須快速鎖定恢復(fù)定位，否則新的遮擋又要來臨。快速鎖定機(jī)制在碼跟蹤環(huán)內(nèi)實(shí)現(xiàn)，通常碼跟蹤環(huán)為了對(duì)準(zhǔn)和鎖定，提供3個(gè)間隔0．5碼片曲早到碼，正點(diǎn)碼、遲到碼，其搜索范圍為1．0個(gè)碼片，相當(dāng)于對(duì)應(yīng)的位置點(diǎn)非確定性約300米范圍。對(duì)于提供2O個(gè)間隔0．5碼片的碼跟蹤環(huán)來說，其搜索范圍對(duì)應(yīng)非確定性擴(kuò)大到2600多米范圍內(nèi)，所以可以提早鎖定，目前可以達(dá)到t00毫秒內(nèi)再鎖定。
在缺星定位技術(shù)和快速鎖定技術(shù)的配合下，增強(qiáng)了車載接收機(jī)在樓群峽谷穿行時(shí)的抗遮擋能力，不致丟失位置，采用這兩項(xiàng)技術(shù)的接收機(jī)，必須是并行多通道接收機(jī)。
3．信號(hào)衰減
微波都會(huì)受金屬材料或厚的非金屬材料的遮擋，對(duì)金屬網(wǎng)來說，如果網(wǎng)格間距小于19厘米(L1的波長(zhǎng))則也受阻擋。此外對(duì)含有水份的樹葉，L1信號(hào)也將衰減。當(dāng)行車通過密林或街道華蓋時(shí)，信號(hào)極度衰減，使GPS無法定位，為此需要采用低信噪接收技術(shù)，例如真2位A／D和4級(jí)電平的處理技術(shù)，以降低數(shù)據(jù)路徑損失和提高弱信號(hào)鎖定靈敏度，還有得當(dāng)?shù)腁GC電路設(shè)計(jì)，能對(duì)．170~175dBW信號(hào)接收鎖定。但更低信號(hào)電平上的接收鎖定尚有難度。
4．低功耗問題
最為根本的辦法是從硬件上考慮。例如采用高性能深亞微米CMOS工藝的芯片。降低使用電壓；早期采用0．6~m6V以上的芯片，
目前己能采用0．3m3．3V的芯片，毫瓦級(jí)功耗，將來還可用0.25m和更低電壓。其次是采用程序控制的電源管理軟件．可以編排不同的程控方式。使得接收機(jī)啟動(dòng)捕獲、鎖定、輸出定位解后進(jìn)入部分?jǐn)嚯姷男菝郀?rsquo;態(tài)，等待下次數(shù)據(jù)更新時(shí)再自動(dòng)接通；而且數(shù)據(jù)更新率也可以調(diào)控，在每秒一次至數(shù)分鐘一次之間可選。在手持機(jī)上定位數(shù)據(jù)更新率不必每秒一次，一般可改用每4～5秒一次；結(jié)合快速鎖定解算技術(shù)一次定位只用200毫秒，則占用工作時(shí)間僅5--4，大大節(jié)省用電。此外對(duì)片上各個(gè)部分(射頻、信號(hào)處理、數(shù)據(jù)處理)的通電時(shí)間也可分別接通。只在需要的時(shí)間才接通．因此片上有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)進(jìn)行著對(duì)各部份的電源營理程序。RTC按一定的時(shí)間聞隔，自動(dòng)蘇醒、產(chǎn)生中斷、順序地向各個(gè)部分發(fā)出通電處理直至斷電休眠的各種指令。
5．微型化和低成本問題
GPS接收機(jī)正在向微型化和低成本方向發(fā)展。目前GPS制造商除了研制OEM板以外，都自行研制GPS專用芯片(ASIC),包括MMIC射頻芯片、高速CMOS信號(hào)處理芯片，以及多芯片模塊(MCM)。只有微小尺寸／構(gòu)型的GPS模塊才能嵌裝在共享電源的其他器件內(nèi)，這對(duì)微型天線設(shè)計(jì)提出了一些難題。這些器件一般采用按需使用的方式．具有快速啟動(dòng)的按鈕定位和保持星歷數(shù)據(jù)不丟失的長(zhǎng)間隔定位更新率的自主工作方式。當(dāng)首次起動(dòng)以后，壓下按鈕定位時(shí)間要求在2秒以內(nèi)。
6．電子地圖配套應(yīng)用問題
GPS+電子地圖的應(yīng)用是陸?？找苿?dòng)用戶喜用的普遍方法。海上用戶已有電子海圖顯示信息系統(tǒng)(ECDIS)，并進(jìn)入了標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)電子海圖的應(yīng)用。航空用戶采用由導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫生成的電子航圖，但尚未標(biāo)準(zhǔn)化。陸上車載GPS應(yīng)用對(duì)電子交通圖是必不可少的。駕駛員不可能通過經(jīng)緯度數(shù)值來了解自己的現(xiàn)在位置，必須和活動(dòng)地圖比較以找到自己的位置。由于GPS存在誤差，而利用地圖匹配技術(shù)可以消除某些偏差，將車輛標(biāo)志移到路上。整個(gè)車載GPS接收機(jī)還必須和交通信息系統(tǒng)配合工作。
陸用電子交通圖一般分兩大類，一是城市交通圖，二是地區(qū)公路交通圖，為了規(guī)范化，應(yīng)制訂標(biāo)準(zhǔn)。例如日本將電子交通圖和道路交通信息作為一個(gè)服務(wù)整體，先由日本警視廳、郵政省和建設(shè)省成立了一個(gè)“日本道路交通信息通信系統(tǒng)中心(vlcs)”掌管VICS業(yè)務(wù)。從東京發(fā)展到全國，出版全日本交通地理信息庫光盤，發(fā)布實(shí)時(shí)交通信息和通信服務(wù)，在這種服務(wù)支持下，車載GPS才有用武之地。
我們?cè)诎l(fā)展車載GPS的前期，必需同時(shí)發(fā)展電子交通圖和實(shí)時(shí)交通信息服務(wù)等配套支撐項(xiàng)目。這些配套項(xiàng)目的發(fā)展，技術(shù)上沒有問題，主要在于跨部門跨行業(yè)之間的合作協(xié)調(diào)和組織管理。目前對(duì)電子交通圖的開發(fā)處于自行分散開發(fā)和低水平不規(guī)范的狀態(tài)，這將阻礙車輛GPS的發(fā)展和廣泛應(yīng)用。
在發(fā)展電子地圖問題上，必須首先解決WGS一8'1坐標(biāo)制問題，國家測(cè)繪部門應(yīng)公布一個(gè)米級(jí)精度的北京一54坐標(biāo)制對(duì)WGS一84坐標(biāo)制轉(zhuǎn)換參數(shù)，公開發(fā)行電子地圖的比例尺限度和精度控制的規(guī)定和管理辦法。對(duì)于電子地圖的數(shù)據(jù)庫媒質(zhì)，活動(dòng)地圖顯示格式、縮放、分層、漫游、信息窗口等用戶友好界面問題，都可開放，由開發(fā)商自行選擇。
7．差分應(yīng)用問題
車載GPS的精度一般都用差分技術(shù)來提高，只有提高到米級(jí)精度后，才能采用地圖匹配導(dǎo)航和進(jìn)一步的智能化應(yīng)用。目前城市交通應(yīng)用上較多地采用電視臺(tái)調(diào)頻付載波調(diào)制發(fā)射差分修正電文。但是由于這種新服務(wù)在服務(wù)提供者和用戶之間的相互關(guān)系，各自承擔(dān)的義務(wù)和權(quán)利．如何收費(fèi)等問題上缺乏規(guī)章，影響了普及使用。此外所用的頻率和調(diào)制體制呈多樣化，一種產(chǎn)品不能在其他城市使用，不能大批量生產(chǎn)，成本不能降低，無法在市場(chǎng)上推出汽車制造商更不敢下決心大批量裝備。
DGPS修正電文的廣播手段局限于電視臺(tái)調(diào)頻付載波時(shí)，由于其信號(hào)覆蓋范圍有限，只適用于城市，不能適用于地區(qū)或國家范圍內(nèi)的公路應(yīng)用。大范圍覆蓋的差分系統(tǒng)一般采用基準(zhǔn)臺(tái)聯(lián)網(wǎng)和由衛(wèi)星廣播的系統(tǒng)，并且都和通信集成一起形成公路交通信息體系。采用衛(wèi)星廣播時(shí)的費(fèi)用大大提高。有人曾經(jīng)提出擴(kuò)大城市和效區(qū)的信號(hào)覆蓋采用空中通信轉(zhuǎn)發(fā)平臺(tái)，例如用平流層定點(diǎn)懸浮的氣球或氣艇作移動(dòng)通信轉(zhuǎn)發(fā)平臺(tái)。另一種建議為采用城市上空高高度巡回飛行的久航飛機(jī)(HALO)、攜帶著通信轉(zhuǎn)發(fā)平臺(tái)，輪番升空接瞢，把移動(dòng)通信基站移到天空。
總之差分應(yīng)用的問題，應(yīng)通過行業(yè)之間的協(xié)調(diào)，在高水平優(yōu)選體制下集中開發(fā)應(yīng)用，即使一個(gè)城市的開發(fā)，也應(yīng)該跨行業(yè)組織整個(gè)用戶集團(tuán)，建立起服務(wù)體系，最終形成一種產(chǎn)業(yè)。
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