技术可以单独提供完全准确的车辆定位信息。普遍采
用的方法是多种定位技术的组合方式，这样可以发挥
各自的长处，实现相互之间的补偿。本汽车导航系统
采用GPS /DR /MM 的组合定位方案。
GPS 接收板接收卫星的导航数据，
经MCS-51单片机处理，截取所需的有效数据，当GPS 接收板接收到
的导航数据无效时，用航位推算系统（DR ）
输出的数据作为导航数据，经处理，截取所需的有效数据。将有效
数据送入PC /104机的串口。
为了消除各种误差和干扰对定位精度的影响，对
数据进行卡尔曼滤波，提供给电子地图使用。卡尔曼
滤波是线性无偏差最小方差递推滤波，能够满足实时
处理的要求。由于采用了较高配置的PC /104机，
本设计采用软件实现卡尔曼滤波。
地图匹配（MM ）
技术可以很好地解决车辆在电子地图上显示的轨迹与实际行驶轨迹不相符的问题。与
空中导航和海上导航不同，陆地车辆只局限于道路交
通系统，因此地图匹配系统可以大大提高定位的准确
性，有效地消除了累积误差。
这样的组合（GPS /DR /MM ）
，能充分发挥各自的优势，进行优劣互补，从而获得满意的导航定位精度。
2.2硬件系统的开发
汽车导航系统的工作环境一般比较恶劣，系统工
作时常受到高温、灰尘、振动、电磁干扰等诸多影响，使
系统不能正常工作。在选择硬件产品时，除了考虑实
现系统功能外，还要考虑部件是否能在较恶劣的环境
下正常工作。随着电子技术和集成技术的飞速发展，
硬件产品的品种越来越多，功能越来越强，性能越来越
可靠，体积越来越小，价格越来越低。这为导航系统的
硬件选择提供了条件。
（1）
导航计算机。选用PC /104机作为导航计算机。PC /104机具有小型化、
低功耗和抗干扰能力强的特点。其CPU 板和扩展板之间采用垂直的金属插针
式的插接方式连接。各板层叠插接后靠插板之间的螺
纹支柱级连固定，构成稳定的整体。实验表明，插针方
式连接要比插槽方式连接牢固可靠，满足车载环境的
要求。用3块不同功能的模板叠接起来就可以构成完
整的PC 机系统。PC /104CPU 板上提供了多品种、大
容量的存储器接插座，可以根据需要使用不同的存储
媒质（如：DRAM 、SDRAM 、电子盘、硬盘、CD-ROM 等）
。32位高速宽带PCI 接口可以满足多媒体设备、
高速网卡等的要求。强化了的并行口和串行口可灵活使用。
并行口可定义为标准PC 机打印口，
或定义为其他I /O 口，用于连接LCD 等设备。串行口可以作为标准通信
口或扩展为控制台接口。板上的USB 接口带宽为
12Mbps ，
可以方便地与电话、电视盒、调制解调器、数字化仪器、音像设备等连接。（2）GPS-OEM 板。目前，GPS-OEM 板的品种很多。选用体积小、重量轻、功耗低、定位和重捕获时间短、抗遮挡能力强、工作温度范围宽、操作简单、易于开发、配件丰富、价格适中的产品。在满足上述条件下，选用复合12通道GPS 接收机。它可以快速捕获卫星，同时可以减小GPS-OEM 板上CPU 的计算负担。（3）航位推算系统。本汽车导航系统采用角速度传感器、里程仪和霍尔传感器组成航位推算系统。GPS-OEM 板有车速脉冲输入口和角速度输入口，根据这些数据进行推算定位。当GPS 定位数据无效时，GPS 接收机自动切换至进行推算定位，输出定位数据。（4）存储器。根据系统的要求，可选的存储器有硬盘、CD-ROM 驱动器、电子盘和PCMCIA 卡。目前，电子盘和PCMCIA 卡的存储容量较小，而且价格较高；硬盘和CD-ROM 驱动器的存储容量大，技术成熟，品种繁多，价格适中，所以选用硬盘和CD-ROM 驱动器作为存储器。硬盘采用有防震设计的2.5英寸硬盘，其容量足以满足导航软件和电子地图的需要。采用带有电子防震系统的4倍速CD-ROM 驱动器。为了防尘，采用双门结构设计。CD-ROM 驱动器不仅可以作为装载软件及电子地图的工具，而且还可以播放软件组成VCD 机和CD 机，实现娱乐功能。电子地图和导航应用软件存于硬盘中。为了提高硬盘和CD-ROM 驱动器的工作稳定性，系统采用多级缓存技术，即操作系统和导航软件存于硬盘，硬盘上设置CD-ROM 缓存区。当需要CD-ROM 数据时，将光盘的数据调入硬盘的缓存区。这样做保证了在大多数情况下，只有一个驱动器工作，提高了可靠性。（5）人机接口。人机接口由显示器和触摸屏组成。由于系统不仅要显示高清晰、多层次、内容丰富的地理信息，而且还要显示VCD 、电视图像等视频信息，因此采用6.4英寸TFT-LCD 显示器作为输出设备。为了简化驾驶员和乘客对导航系统的操作，提高安全性和可操作性，选用触摸屏作为输入设备。触摸屏可以外接在LCD 之上，其上的多功能透明软开关可使操作者简洁、快速地对汽车导航系统进行操作。在设计人机接口时，除了选择一套合适的输出和输入设备外，还要考虑到人的因素。在驾驶过程中，驾驶员很难看清电子地图上的细节内容，所以车辆行驶时应尽量显示少量信息，此外，还要考虑加装背光调节装置。例如：当车辆在夜间行驶时，如果显示屏的亮度过高，那么驾驶员从极亮的屏幕转向较暗的路面时，会很难看清外面的情况，所以，汽车导航系统要有显示屏亮度的调节功能。（6）电源。电源模块把汽车提供的12V 电压转换・78・!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!多功能汽车导航系统的设计与实现北京长安自动化工程集团KJ4煤矿综合监控系统
电话：（010）65684040传真：（010）65687631
