基于嵌入式系统的智能车载导航系统开发

汽车智能导航系统的研究与实践

随着汽车产业的发展，汽车制造商越来越注重智能科技的应用，在汽车导航系统的研究与实践中，智能科技是不可或缺的一个部分。智能导航系统，如今已成为汽车行业中不可或缺的一个元素，也是吸引消费者的重要筹码。本文将会探讨在汽车智能导航系统的研究与实践中，包括当前市场上的智能导航系统、这些系统的技术和特点以及未来的发展方向。

当前市场上的智能导航系统

随着技术的不断发展，汽车导航系统的功能不断得到完善。现在市场上的智能导航系统，早已不再只是简单的路线规划与导航的工具，更是将日常生活中的各种需求相应地整合到了导航里，为人们提供更为贴心的服务。

例如，高德地图已经成为人们日常生活中必须的导航工具，不仅在路线规划方面表现出色，还能够提供实时交通信息和智能语音导航等功能。同时，这个系统还能够识别常用的地点或者路线，从多个方面提供相应的推荐。类似的智能导航软件还包括百度地图、腾讯地图等等，无论是在导航的速度、真实性和可靠性上，这些导航软件都已经得到了用户和市场的认可。

这些系统的技术和特点

虽然市场上智能导航系统已经成为了用户方便出行的首选，但是这些系统本质上并不仅仅是提供了路线规划、导航等简单功能。因为现在的汽车导航系统已经广泛应用了众多的科技技术，比如视觉处理、语音识别、大数据分析、云计算等等，这些技术正是驱动智能导航系统不断进化的关键。

首先是图像处理和识别技术的应用。图像处理技术在图片分析和图像识别方面表现突出，在为导航系统的用户提供更为真实、直观的路线规划和场景导航时起到了极大的作用。而语音识别技术，则是解决用户驾驶时操作导航界面时的安全问题。其中，自然语言处理技术和语音合成技术，极大的提高了语音交互的流畅度。 其次是大数据分析和云计算技术的应用。这些技术能够将用户的历史行驶数据分析出用户出行的习惯，定制个性化的出行方案。而云计算技术能够解决存储和计算的能力不足问题，为用户提供更加快速、精准的路径规划和导航信息。除此之外，智能导航系统还应用了人工智能等技术，对汽车驾驶做出更好的支持。

２０１２年第５期　安徽电子信息职业技术学院学报　Ｎ０．５　２０１２　第ｌ１卷（总第６２期）ＪＯＵＲＮＡＬＯＦ　ＡＮＨＵＩ　ＶＯＣＡＴＩＯＮＡＬ　ＣＯＬＬＥＧＥ　ＯＦ　ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ＆ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　Ｇｅｎｅｒａｌ　Ｎｏ．６２　Ｖｏ１．１　１　

【文章编号】１６７　１—８ｏｚｘ（ｚｏ１２）ｏ５—００５　１—０４　

基于嵌入式系统的ＧＰＳ导航定位系统设计　

聂虹　

（福建农林大学机电工程学院，　福建福州　３５０００２）　

［摘要］在分析当前的ＧＰＳ导航定位系统发展状况的基础上，提出了以ＡＲＭ微处理器￥３Ｃ２４１０Ａ为　

核心的硬件系统设计方法，并以Ｗｉｎｄｏｗｓ　ＣＥ嵌入式操作系统平台为总体构想，从硬件设计和软件设计两个　

方面详细讨论了系统的设计与实现。　

［关键词］ＧＰＳ导航；ＡＲＭ；Ｗｉｎｄｏｗｓ　ＣＥ操作系统　［中图分类号］ＴＮ９６７．１　［文献标识码］Ｂ　

自从１９７８年２月２２日第一颗ＧＰＳ试验卫星　

进入轨道以来，２７年间ＧＰＳ已经显示了它巨大的社　

会、军事作用与经济、社会效益【１】。ＧＰＳ卫星发射的导　

航、定位信号，作为一种时空信息资源，可在全球范　

围内向无数用户提供位置、速度和时间信息。随着　

ＧＰＳ向民用开放，它所蕴藏的巨大商机也被发掘出　

来。ＧＰＳ不仅用于导弹、飞船的导航定位，更是广泛　

用于飞机、汽车、船舶的导航定位，公安、银行、医疗、　

消防，林业、环保、资源调查、物理勘探、电信等都离　

不开导航定位，特别是随着卫星导航接收机的集成　

微型化，出现各种融通信、计算机、ＧＰＳ于一体的个　

人信息终端，使卫星导航技术从专业应用走向大众　

应用，成为继通信、互联网之后的ＩＴ第二个新的增　

长点［　。　

随着嵌入式系统的高度发展和ＧＰＳ应用的逐　

渐广泛，尤其是我国北斗导航系统的使用，现在车载　

导航系统和手持导航设备的开发已经成为嵌入式系　

统发展的一个热门方面。ＧＰＳ主要功能有定位、测量　

第２１卷第４期　２０１１年ｌ２月　洛阳理工学院学报（自然科学版）　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｌｕｏｙａｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｎａｔｕ　ｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｅｄｉｔｉｏｎ）　ＶＯ１．２１　ＮＯ．４　Ｄｅｃ．２０１１　

基于ＤＳＰ芯片的嵌入式车载ＧＰＳ定位系统研究　

李倩，崔晓萍　

（泰山职业技术学院信息工程系，山东泰山２７１０００）　

摘要：鉴于ＤＳＰ．－￣的高性能低功耗特别适合数字信号的各种滤波，设计了基于ＤｓＰ的ＧＰＳ／ＤＲ定位系统。首先　对车栽定位的发展进行介绍，进而阐述了ＧＰＳ／ＤＲ的定位原理，重点介绍了基于联合扩展ＫＡＬＭＡＮ滤波算法的　ＧＰＳ／ＤＲ的定位算法研究，并用ＭＡＴＬＡＢ　７．Ｏ仿真了扩展ＫＡＬＭＡＮ滤波的性能。在采用联合扩展卡尔曼滤波结构　中，分别设计ＧＰＳ、ＧＰＳ／ＤＲ组合导航子滤波器。同时基于ＤＳＰ的ＧＰＳ／ＤＲ定位系统软硬件设计，介绍了ＧＰＳ接收　器电路、陀螺仪电路、里程计和行使方向电路、扩展存储器与ＤＳＰ的连接电路￣ｔ．．ＤＳＰ的最小系统，最后总结和分析　

了实验结果，论证了方案的优越性。　关键词：ＤＳＰ航位推算；ＧＰＳ定位导航系统；联合扩展卡尔曼滤波　ＤｏＩ：１０．３９６９ｑ．ｉｓｓｎ．１６７４—５０４３．２０１１．０４．０１４　中图分类号：ＴＰ３１　１．５　文献标志码：Ａ　文章编号：１６７４—５０４３（２０１　１）ｏ４．００６０—０５　

随着我国经济社会的进一步发展，汽车正在逐渐走进每一个普通中国家庭。汽车工业的发展也促进　了一些相关行业和技术的发展，车载ＧＰＳ定位导航系统作为汽车工业技术的重要组成部分也获得了长足的　

发展。但是，与世界先进国家相比，我国的车载ＧＰＳ导航设备还比较落后，据相关部分的统计，截止２００９　

年底，我国仅有不足４０万辆汽车配备了ＧＰＳ导航设备，ＧＰＳ导航系统的车载率不到５％，远远低于国外的　平均水平。因此，较之发达国家，我国的ＧＰＳ技术应用还没有普及开来，相关产业也处于刚刚起步阶段。　

科　信１息｝科１学　智能车辆定位导航系统的设计　王瑾　（郑州测绘学校，河南郑州４５００１５）　摘要：智能车辆定位系统（ＩＶＬＮＳ）是集中应用了自动车辆定位技术、地理信息系统与数据库技术、计算机技术、多媒体技术、无线通信技术等　多项最新科技成功的多功能综合系统。介绍了ＩＶＬＮＳ系统的整体设计的整体思路并举出具体应用实例。　关键词：１ＶＬＮＳ；嵌入式导航计算机；定位　１概述　尽管车辆定位和导航系统仅仅在最近几年才　开始出现在世界市场上，但却在世界范围内取得　了迅猛的发展。　２Ｏ世纪６０年代末，美国公路局提出了一种　电子路径引导系统（ＥＲＧＳ）。７０年代初期，美国开　发了一种自主导航系统，这种系统利用推算定位　模块，借助于地图匹配模块算法进行车辆定位。７Ｏ　年代后期，欧洲智能交通开始于Ａｕ工程。８Ｏ年　代推出了车辆自主导航系统包括ＣＡＲＩＮ和ＥＶＡ。　１９７１年，日本智能交通系统始于ＣＡＣＳ计划。　１９９１年末，在日本邮政省的大力支持下，ＡＭＴＩＣＳ　和ＲＡＣＳ结合起来成为ＶＩＣＳ计划。　智能车辆定位系统（ＩＶＬＮｓ）是集中应用了自　动车辆定位技术、地理信息系统与数据库技术、计　算机技术、多媒体技术、无线通信技术等多项最新　科技成功的多功能综合系统。　从功能上划分，—个完整的ＩＶＬＮｓ系统由以　下功能模块构成：定位模块、包含车载电子地图数　据库的地理信息系统、地图匹配模块、路径规划模　块、路径引导模块、无线通信模块和人机交互模　块。　２　ＩＶＬＮＳ系统的整体设计　ＩＶＬＮＳ是由多个功能模块构成的复杂系统，　与其广泛的应用领域相对应，具体的ＩＶＬＮＳ应用　系统设计也具有不同程度的复杂性，这种复杂性　取决于系统的设计原则、组成结构和具体的性能　指标。　在设计ＩＶＬＮＳ系统时需要考虑的具体因素　包括系统的单位成本、所能提供的定位精度、所支　持导航功能的复杂眭、是否需要无线通信模块以　扩展功能以及是否需要支持其他特定功能等。　３导航计算机系统　导航计算机是ＩＶＬＮＳ系统硬件体系的核心　部分，除定位和通信外，系统的其他功能模块都以　导航计算机为硬件平台，通过应用软件来实现，用　户对整个系统的操作和控制也通过导航计算机来　完成。　ＩＶＬＮＳ系统的硬件体系构成如图所示。其中　一些周边设备如音响、显示、控制、存储传媒甚至　通信设备等既可以作为导航系统的专用部件，又　可以与其他车载娱乐设备或非导航设备共用。　从总体角度考虑，在ＩＶＬＮＳ的硬件设计过程　中，对导航计算机的要求是最严格的，在性能指标　上，由于必须负担地图的显示与刷新、行驶指令计　算、定位数据的处理与转换等具有较高实时性要　求的任务和类似路径规划这样的大计算量任务，　因此导航计算机必须要具备足够的的运算能力。　从功能上看，为满足ＩＶＬＮＳ系统控制、输出和功能　扩展的需要，导航计算机应具备基本的多媒体功　能，强大的控制和通信能力和良好的扩充性。为适　应车载环境的要求，导航计算机还需具备良好的　抗震性能，其外形尺寸和功耗也要受到严格限制。　为实现没汁目标，我们在新型ＩＶＬＮＳ系统中　采用了嵌入式导航计算机系统设计方案。与传统　的Ｘ８６计算机体系相比，嵌入式系统去掉了对大　量不必要工业总线标准的支持，因此部件较少，结　构也更紧凑。　中央处理器选用的是Ｉｎｔｅｌ　ＳＡ１１１０精简指　令（ｍｓｃ）芯片，时钟频率高达２０６ＭＨｚ，具备相当　于１３３ＭＨｚ奔腾处理器的强大运算能力。处理器　内置了语音编码和解码、通信协议和端口控制等　功能电路，配合少量的外围电路即可完成相应功　能。系统使用的存储设备有两种：ＲＡＭ（随机存储　器）和ＲＯＭ／ＦＬＡＳＨ（只读存锗器／闪速存储器）。前　者用于在系统工作时加载和运行应用程序，后者　用于保存程序和数据。由于没有使用硬盘和ｃＤ＿　ＲＯＭ驱动器这样的靠快速移动的机械装置读取　数据的存储设备，因　为加强图形显示功能，系统配有专门的ＬＣＤ　控制电路，支持ｌ６位真彩色显示模式。考虑到功　能扩展和与其他设备通信的需要，系统配备了一　个串行通信端口，一—　红外数据（ＩｒＤＡ）端口、—个　闪速存储卡插槽和—　亩用串行总线（ｕｓＢ）接口。　电子地图数据存放在存储卡中，更换起来非常方　便。为了加强对功耗的控制，系统中有专门设计的　电源管理模块负责对中央处理器、存储模块、］／０　设备和ＬＣＤ电源实行供电控制。系统采用按键式　红外遥控器作为用户指令与数据的输入设备，同　时还在ＬＣＤ显示屏上装有触摸面板。　与普通计算机相比，在采用上述设计方案后，　导航计算机系统在保持足够处理能力的基础上简　化了结构、降低了功耗、增强了抗震能力，其体积　在加上ＬＣＤ显示屏后仍不到便携笔记本电脑的　一半，能够很好的满足ＩＶＬＮＳ硬件系统设计的要　求。　４软件体系设计　根据系统功能的要求，ＩＶＬＮＳ中的软件体系　可划分为层次结构，其中操作系统由内核层和系　统服务层组成，其功能是为应用层软件提供运行　支持。为满足实时处理的需要，操作系统应该支持　多任务特性，即允许多个独立的应用程序同时运　行。　内核是指操作系统中直接与硬件交互的部　分，主要由硬件驱动程序组成，它是整个软件体系　中唯一与具体硬件相关的部分。　系统服务（ｏｓｓ）层介于应用层和内核之间，它　向应用层提供任务创建、内存分配、磁盘读写缓冲　区创建与管理、创建消息队列、启动任务循环、路　径规划与导航、电子地图数据库操作等都由对应　的应用层软件模块完成。　作为目前最强大的嵌＾式操作系统，Ｗｉｎ￣ｏｗｓ　ＣＥ所能提供的功能包括系统和应用程序的初始　化与同步管理、内存管理与分配、系统时钟管理、　设备驱动管理、程序进程间通信和数据交换控制、　磁盘与文件系统操作与管理等，与流行的桌面电　脑视窗相比基本相同，因此在基于Ｗｉｎｄｏｗｓ　ＣＥ　的嵌入式系统中运行的应用程序能够拥有与普通　电脑应用程序同样强大和复杂的功能，这是它成　为支持ＩＶＬＮＳ应用软件模块的理想平台。　５主要功能模块设计　５．１组合定位模块。组合定位模块是ＩＹＬＮＳ　的重要组成部分，它对整个系统的性能表现有至　关重要的影响。为实现连续车辆定位的要求需采　用组合定位方式，我们利用联邦Ｋａｌｍａｎ滤波技术　实现的ＧＰＳ／ＤＲ组合定位系统。　５２路径规划与导航模块设计。在ＩＶＬＮＳ软　件体系中，路径规划与导航模块负责完成车辆导　航功能，包括提供由出发地到目的地的最优行车　路线规划和旅途中的动态驾驶引导。　动态导航的另—个重要内容是车辆偏离预定　路线后的驾驶引导，为此可以设定两种处理方法：　当定位模块已经确定车辆偏离了预定行驶路线　后，导航程序首先对驾驶员进行提示，同时在屏幕　上指定预定目的地的相对方位，以方便驾驶员利　用这一大致的方向返回原来的路线；当经过异端　时间后，如果车辆仍然没有回到预定路线上，则以　当前车辆位置为起点，重新规划到预定目的地的　最优路线。　６应用实例　１９９９年８月在上海市中心地区进行了一次　试验，这里高楼密集，道路相对狭小，路网形状也　极不规则，其环境无论是对ＧＰｓ接收机还是地图　匹配算法而言都是非常恶劣的，因此能够检验组　合定位的整体性能。行车路线是中山东路—延安　东路—河南中纠Ｅ京路—南京西路一人民大　道，数据采样周期为２ｓ。ＧＰＳ接收机提供的车辆定　位轨迹偏移道路的情况比较严重，经常出现较大　误差的数据，且有明显的不连续。而组合定位轨迹　明显平滑了许多，且消除了不连续的现象。　参考文献　【１　１Ｊ　Ｂｕｃｋｌｅｙ．Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ：Ｈａｒｄ－　ｗａｒｅ，Ｓｏｆｔｗａｒｅ，ａｎｄ　Ｆｉｒｍｗｍ＇ｅ［Ｍ］．Ｎｅｗ　Ｙ０ｒｋ：ＩＥＥＥ，　ｌ９９３．　Ｒｉｅ１．Ｏｂｊｅｃｔ－Ｏｒｉｅｎｔｅｄ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｈｅｕｒｉｓｔｉｃｓ，　Ｒｅａｄｉｎ　．ＭＡ：Ａｄｄｉｓｏｎ－Ｗｅｓｌｅｙ，１９９６．　『３１张其善，吴近培，杨东凯．智能车辆定位导航系统　及其应Ｙ￣ＩＭ］．北京：科学出版社．　潭国真译，车辆定位与导航系绸　．北京：电子工　业出版社．　责任编辑：胡明月　一