GPS车载导航仪的路径规划研究 毕业论文 - 图文

第一章 绪论 1 第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

交通事业的发展与我国社会主义现代化建设有着密不可分的关系，并且对人们的日常生活有着巨大的影响。车辆作为主要的交通工具，一方面促进了社会经济的快速发展，另一方面也不断的改善着人们的生活，提高了人们的生活质量。然而，近年来大幅增长的机动车辆使交通问题在日常生活中愈加突出。交通拥堵、交通事故等社会问题严重影响到交通正常秩序乃至社会正常秩序。当前的交通问题是全世界国家，从发展中国家到发展国家都正面临的一个重要的问题。以投入巨大资源修建道路这种高成本的方式解决交通拥挤问题是杯水车薪。资金、环境、历史原因等因素是改善道路交通成本更加高昂问题也更加复杂。所以，修建道路这种方式的效果非常有限，无法从根本上解决交通问题。

为了缓解交通问题，从上世纪60年代起，发达国家开始着手研究解决交通问题的可行办法。制定交通规划、使用信号灯等措施缓解了交通问题，但不足以高效的解决交通问题，仍无法解决快速增长的车辆需要，必须从系统观点整体上综合考虑解决。

近年来人们已经逐渐认识到单纯靠增加道路基础设施建设不可能从根本上解决车辆的快速增长与交通设施滞后之间的突出矛盾。只有在计算机、信息和通讯等高科技手段的辅助下充分利用现有的道路基础设施，才是最合理最可行的方法。因此，人们从系统角度提出了智能交通系统（ITS,Itelligent Transport System）的概念，建立现代化的交通系统已然成为国家现代化的重要标志之一。

ITS是一个复杂的巨系统，包含了众多的子系统，其中车载导航系统是最为重要的子系统之一，具有极大的市场前景和发展潜力。车载导航系统的研制开发可规划分为相互关联的技术模块，路径规划则是其他功能模块运行的基础，同时包含了车载导航系统中的很多关键技术。本文就是重点研究了车载导航系统的路径规划问题。

1.2 GPS导航系统的发展概况

2 GPS车载导航仪的路径规划研究 1.1.1 GPS导航系统的发展历程

在很早的时候就已经有导航技术的应用。指南针和记里鼓车等古代时期的导航设备被认为是现代磁罗盘和差分里程计的原型，是已知最早的导航工具。

1957年10月世界上第一颗卫星发射成功后，科学家开始进行卫星定位和导航的研究工作。1964年1月世界上第一个卫星导航系统研制成功即“子午卫星系统”，但由于该系统存在较大的缺陷，且不能满足当前实时、动态、精确的定位需要，所以终止了该系统的研究。

20世纪60年代末，美国开始着手研制新的卫星导航系统，以满足陆海空三军和民用部对导航的高要求。1973～1978年，发射了4颗试验卫星，建立了地面跟踪网，研制了地面接收机；1979年～1984年又陆续发射了7颗BlockⅠ试验卫星，研制了各种用途的接收机，包括导航型和测地型接收机；1985～1993年发射BlockⅡ和BlockⅡA；直到1994年顺利完成了24颗卫星的布设，这就是“导航卫星授时与测距全球定位系统”（Navigation Satellite Timing and Raining/ Global Positioning System,NAVSTAR,GPS）,简称全球定位系统（GPS）。

GPS主要由三大部分组成：①空间卫星部分：21颗工作卫星，3颗备用卫星；②地面控制部分：1个主控站，3个注入站，5个监测站；③用户接收机部分：接受GPS卫星发射信号，以获得必要的导航和定位信息，经数据处理，完成导航和定位工作，GPS接收机硬件一般由主机、天线和电源三部分组成。

全球定位系统不仅集成以前所有的单用途卫星系统，并且致力于更广泛的用途。该系统具有比其他导航系统优越的特性：①全能性，能在空中、海洋、陆地等全球范围内进行导航、授时、定位及测速；②全球性，在全球的任何地点都可以进行定位；③全天候，白天黑夜都可以工作。

实践证明，GPS对人类活动影响极大，应用价值很高，该工程从根本上解决了人类在地球上的导航问题和定位问题，可以满足不同用户的要求。 1.1.2 GPS导航技术应用的发展趋势

目前世界上很多国家大力开发GPS的应用，形成了融合许多领域的GPS产业。GPS产业的发展趋势呈现以下三方面特点：

⑴ 随着微电子技术及信号处理技术的进步，新的软硬件开发工具的出现，GPS

第一章 绪论 3 技术水平越来越高。GPS技术从单点定位、相对定位发展到差分定位、广域差分定位，从利用测码伪距定位、载波平滑伪距定位到利用载波相位，从数据后处理到实时在航解算，定位精度越来越高，速度越来越快。并行跟踪窄相关技术及高速DSP的采纳，使得GPS定位实时数据更新率由通常的1s降低至0.1s，而新兴的实时相位差分（RTK）技术可使实时定位达到厘米乃至毫米级精度。虚拟差分站（VRS）技术更是增加了定位数据的完整性和可靠性。

⑵ GPS技术的应用越来越广泛，与其他领域的融合也越来越密切。地理信息系统（GIS）利用GPS作为采集数据工具，与先进的无线技术结合应用于交通领域，形成新兴的智能交通系统（ITS），大大提高了效率，并在国民经济建设中发挥了越来越大的作用。经典的惯性导航技术（INS）与GPS结合，形成新型组合导航系统，以最优的价格和性能为陆海空提供导航服务。GPS通信组网技术的发展，使GPS成为未来通信必不可少的组成部分，为广泛流行的位置服务（LBS）提供了极具竞争力的选择方案。与此同时，GPS与其他导航通信卫星之间的联合也逐步展开，如与前苏联（现由俄罗斯掌管）的GLONASS卫星以及国际海事卫星INMARSAT联合，组成未来的全球导航系统（GNSS）。如此种种，不胜枚举。总之，GPS技术已发展成多领域、多模式、多用途、多机型的高新技术国际性产业，广泛应用于海陆空在途导航、精密定位、精确授时、卫星定规、武器制导、交通控制、灾害监测、大地测量、大气研究等多个领域，正如人们所说，“GPS的应用，禁受人类想象力的约束”。

⑶ GPS不仅深入跨学科的领域，而且已渗透到人类生活的人文领域。随着GPS应用的不断深入，许多工程实际上已经离不开GPS，GPS政策成为世界各国关注的焦点。GPS平行系统的酝酿及出现，促使美国政府对GPS服务的限制逐步取消。随着美国GPS现代化计划的实施，GPS国际化的趋势日趋明显。GPS将如现在司空见惯的电视、电信系统一样，成为人们日常生活必不可少的组成部分。

1.2 研究内容及安排

1.2.1 研究的内容

车载导航系统是集成应用了自动车辆定位技术、地理信息系统技术、数据库技术、多媒体技术和现代通信技术等的高科技综合系统；是一个为客户提供定位、

4 GPS车载导航仪的路径规划研究 路径规划、路径引导等多种服务的复杂系统，其中路径规划是帮助司机在行车过程中规划行驶路线的过程，是路径引导、信息服务等模块的基础，因此其被广泛认为是汽车导航系统的基础问题。路径规划的实现主要依靠所选择的路径规划算法，因此路径规划算法的研究成为车载导航系统的重中之重。本文的主要内容就是在研究车载导航系统的同时，重点研究其中的路径规划问题，研究路径规划的算法。

1.2.2 本文的安排

本文共分为五章：

第一章是“绪论”，说明了本文的研究背景及意义，简要介绍了GPS的发展概况和发展趋势，并对论文的研究内容和章节安排做了介绍。

第二章是“GPS车载导航系统的结构与关键技术”，简述了车载导航系统的发展，设计的主要思路，以及GPS车载导航系统的总体结构和关键技术以及系统结构分析和各模块的功能。

第三章是“路径规划的分析及设计”，主要研究了电子地图的数据库生成和道路的生成，以及路径规划的几种算法，并举例设计了几个简单的路径规划。

第四章是“路径规划的优缺点分析”，本章主要说明了上一章介绍的几种路径规划的优缺点。

第五章是“结论”，对本论文的总结及对本研究今后可能的发展和创新的展望。