智能车导航.doc

1、结课论文(2011- 2012 年度第 2 学期)名 称： 机械电子工程专业概论院 系： 机械工程系 班 级： 机械 0905 学 号： 200904000809 学生姓名： 龚洋 日 期： 2012.4.1 汽车智能导航系统通过几周对机械电子工程概论的学习，让我对机械电子方面有了更深层次的认识，原来它包含的方面是那么的广泛，而这其中最让我记忆犹新的还是智能导航系统了。汽车 GPS 导航系统是以全球 24 颗定位人造卫星为基础，向全球各地全天候地提供三维位置、三维速度等信息的一种无线电导航定位系统。它由三部分构成，一是地面控制部分，由主控站、地面天线、滥测站及通讯辅助系统组成。二是空间部分，由

2、 24 颗卫星组成，分布在 6 个轨道平面。三是用户装置部分，由 GPS 接收机和卫星天线组成。现在民用的定位精度可达 10 米内。根据采用图论求两个定点之间的最短路径，其中应用 算法（双标号法） ，即对图Dijkstra中的点 v 进行标号，分别记录 v 到 v 之间的最短路径和 v 到 v 最短路径上前一邻点的下标用来标识路径，从而可以由终点到起点进行反向追踪，最终找到最短路径。然后根据网路标记出最短路径发送给用户，从而问题得以解决。随着经济和社会的高速发展，时间变得越来越宝贵，在这个越发忙碌的生活里，交通变得让人越来越头痛，人类迫切的想找到这样一种设备来掌握自己的时间，于是导航仪便应用而

3、生，其 内 置的 GPS 天 线 会 接 收 到 来 自 环 绕 地 球 的 24 颗 GPS 卫 星 中 的 至 少 3颗 所 传 递 的 数 据 信 息 ， 结 合 储 存 在 车 载 导 航 仪 内 的 电 子 地 图 ， 通过 GPS 卫 星 信 号 确 定 的 位 置 坐 标 与 此 相 匹 配 ， 进 行 确 定 汽 车 在 电子 地 图 中 的 准 确 位 置 ， 这 就 是 平 常 所 说 的 定 位 功 能 。 在 定 位 的 基础 上 ， 可 以 通 过 多 功 能 显 视 器 ， 提 供 最 佳 行 车 路 线 ， 前 方 路 况 以及 最 近 的 加 油 站 、 饭 店

4、 、 旅 馆 等 信 息 。 假 如 不 幸 GPS 信 号 中 断 ，你 因 此 而 迷 了 路 ， 也 不 用 担 心 ， GPS 已 记 录 了 你 的 行 车 路 线 ， 你还 可 以 按 原 路 返 回 。 当 然 ， 这 些 功 能 都 离 不 开 已 经 事 先 编 制 好 的使 用 地 区 的 地 图 软 件 。汽车开环导航系统是从控制中心或电台、卫星传感器等得到定位方位、方向等信息，根据这些信息和电子地图可以定出起点到终点最短行驶距离，但汽车的信息不能返回控制中心。如果某一道路上出现塞车、交通事故，桥梁出现断裂等天灾人祸时，驾驶员是不会知道的，而汽车出现故障、被盗等问题时也无

5、法和控制中心联系。汽车闭环导航系统不但有开环的所有导向等功能，而且驾驶员可以把行车实时信息不断向控制中心返回。根据中心掌握的交通及气候等综合信息及时通知汽车改道行驶，在最短时间到达目的地。在汽车出现大故障无法返回或遇到强盗等也可以报告控制中心，一方面告诉中心出现的问题，另一方面可随时报告自己的方位，以便营救。卫星导航系统是随着空间技术的发展而出现的一种空间基准的无线电导航系统。其基本原理如图 6-1 所示。导航卫星在围绕圆形轨道运动时，发出事先决定的图像信息。接受侧根据卫星发出信号至接收到其反射信号的滞后时间，算出接收侧与卫星的距离 R。以这个距离为半径，以卫星为圆心，就形成一个球面。当接收侧

6、同时知道三颗导航卫星的距离时，就可形成三个球面，三个球面的交点就是接收侧的位置，也就是汽车的位置。电子地图是现代汽车导航系统中的最基本的也是最重要的部件之一。在早期电子地图只是单一的用作地图使用并无引导作用。随着科技的发展，电子地图结合 GPS 技术、传感器技术等的发展，在各种先进的导航技术中已经广泛应用，上述分类中绝大部分汽车导航系统中都包括有电子地图。电子地图包括道路、地名以及各种设施。除了显示本车位置和方向外，导航信息还有已行驶轨迹、当时位置到目的地的方向和直线距离。驾驶员可通过按键输入本车位置和目的地、缩放地图的比例尺，或者选择显示 CD-ROM 数据库中的任意区域的地图。各种比例尺的

7、地图显示和车辆定位是电子地图的关键技术。随着电脑技术的发展和普及，导航电子地图在人类活动中将具有深远的意义和广泛的前景。 GPS 信号接收机的结构如图 8 所示，主要由天线单元和接收单元两部分组成。（1）天线单元。天线单元由接收天线和前置放大器两个 部件组成（2）接收单元。接收单元主要包括以下部件：信号波道。 存储器。计算与显控装置。在此我们可以建立一个模型（ 一 ） 假 设 所 经 过 路 线 的 交 通 情 况 和 拥 挤 情 况 一 致（ 二 ） 所 走 路 线 车 速 都 相 同（ 三 ） 把 车 辆 与 交 通 路 口 当 作 有 向 图 的 顶 点 ， 忽 略 质 量 与 形 状

8、。符 号 说 明iV顶 点 的 标 号sV起 点 的 标 号()iP起 点 到 的 最 短 路 径sVii前 面 一 个 邻 点 的 下 标iI标 号 的 点 的 集 合J没 标 号 的 点 的 集 合A弧 集空 集ijw到 路 径 的 权iVjijT顶 点 到 最 小 弧j模 型 建 立 与 求 解步 骤 1： 给 拐 点 进 行 编 号 ， 即 有 向 图 的 顶 点 。iV步 骤 2： 点 标 号 （ 0， s） ,表 示 从 到 的 距 离 为 0， 为 起 点 。sV1VsV步 骤 3 找 出 已 标 号 的 点 的 集 合 ， 没 标 号 的 点 的 集 合 ,求 出 弧 集I J

9、,这 个 弧 集 是 指 所 有 从 已 标 号 的 点 到 未 标 号 的(,)|,ijijAvIvJ点 的 集 合 。步 骤 4， 如 果 上 述 弧 集 ， 表 明 从 所 有 已 经 赋 予 标 号 的 顶 点A出 发 ， 不 再 有 这 样 的 弧 ， 它 的 另 一 顶 点 尚 未 标 号 ， 则 计 算 结 束 。对 于 已 标 号 的 顶 点 ， 可 求 得 从 到 达 这 个 顶 点 的 最 短 路 ， 对 于 没1V标 号 的 顶 点 ， 则 不 存 在 从 到 达 这 个 顶 点 的 路 。 如 果 弧 集 A， 转 步 骤 5。步 骤 5， 对 弧 集 中 的 每 一

10、条 弧 ， 计 算A(,)ijv()ijiijTPVw在 所 有 的 中 ， 找 到 其 值 为 最 小 的 弧 ， 假 设 为 。 需 要 注 意 的(,)stv是 ， 若 上 述 值 为 最 小 的 弧 有 多 条 ， 且 这 些 弧 的 第 二 个 顶 点 vijT j相 同 ， 则 表 明 存 在 多 条 最 优 路 径 ， 因 此 ， 应 得 到 多 个 双 标 号 。jv最 后 ， 给 弧 终 点 赋 予 双 标 号 。 返 回 步 骤 3。(,)stvtv(),tPVs经 上 述 一 个 循 环 的 计 算 ， 将 求 出 到 一 个 顶 点 的 最 短 路 及 长 度 ，1jv

11、从 而 使 一 个 顶 点 得 到 双 标 号 。 若 图 中 总 共 有 个 顶 点 ， 故 最 多jv n计 算 个 循 环 ， 即 可 得 到 最 后 结 果 。1n求 解 过 程 如 下 ，取 定 顶 点 和 边 以 后 ， 便 可 进 行 计 算 得 到 ：给 定 起 点 的 标 号 ， 则 表 示 从 到 的 距 离 ， 为 起 点 。1v(0,)s1v1()0Pv1则 开 始 时 标 号 的 集 合 ， 没 标 号 的 点 的 集 合1Iv， 弧 集2345678902314,Jvv1(,)|,(,),ijijAIJv1212TPvw44()08米12 12min,in6,60T

12、给 弧 的 终 点 以 双 标 号 。()v2v(,)这 样 我 们 就 把 距 离 最 短 路 径 求 出 。 下 面 按 照 图 的 最 短 路 径 方 法1继 续 求 得 第 二 部 为 ：;12,Iv;3456789102134,Jvv14236(,)|,(,),(,)ijijAvIvJvv则 所 求 得 的 弧 为 ：；1414()080TPvw；2323632；6()5v;14236 14min,in180,80TT给 弧 的 终 点 以 标 号 为 。()v4v(,)按 照 上 述 类 型 ， 我 们 利 用 迭 代 的 方 法 ， 最 终 可 以 得 到 我 们 所 需 要的

13、最 短 路 径 。所 建 立 的 模 型 主 要 有 以 下 优 点 ：利 用 图 论 知 识 求 的 最 短 路 径 ， 及 任 意 一 段 也 是 最 短 路 ， 采 用 树 生长 的 过 程 来 求 指 定 顶 点 到 其 余 顶 点 的 最 短 路 径 ， 综 合 分 析 可 以 知道 算 法 ， 利 用 迭 代 法 倒 推 出 那 套 我 们 所 需 的 路 径 ， 这 种 方Dijkstra法 简 明 易 了 ， 可 以 迅 速 求 出 最 短 路 径 。主 要 有 以 下 缺 点 ：模 型 假 设 中 是 假 定 路 面 状 况 都 一 致 ， 故 每 条 路 线 只 需 考 虑

14、 距 离 就行 ， 但 实 际 上 这 是 不 对 的 ， 路 面 状 况 和 交 通 状 况 ， 再 加 上 车 速 ，我 们 需 要 正 确 对 待 这 些 客 观 因 素 。 所 以 该 模 型 可 以 在 时 间 最 短 的基 础 上 来 改 善 模 型 。 由 GPS 卫星导航与自律导航(包括车速传感器，陀螺传感器)所测到的汽车坐标位置数据及前进的方向与实际行驶的路线轨迹在电子地图上都存在一定误差。为修正这二者的误差，确保二者在电子地图上路线坐标相统一，须采用地图匹配技术，即在导航系统控制电路中要增加一个地图匹配电路，对汽车行驶路线(各处传感器检测到的轨迹)与电子地图上道路的误差进行实时数字相关匹配，作出自动修正。它经过导航计算机(ECU)的整理程序进行实时快速处理，得到汽车在电子地图上指示出的正确位置路线，由于有了汽车行驶中接收到的 GPS 信息，陀螺传感器检测到的正确前进方向，车速传感器检测出的前进距离这三组数据经过地图匹配器得到自动修正，从而完成了高精度导航。总之，智能车导航系统的出现极大地方便了人们的生活，使人们的生活水平得到了显著地提高，作为新一代的接班人，我越发感觉到自己有多么迫切的需要提高自己的知识储备，为智能车导航系统的进一步提升尽自己的锦帛之力。