第6节 车辆监控系统的展望
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更新于2008-06-13 22:28:02

随着社会的发展,车辆监控系统的应用范围变的越来越广,因此用户数量必将大幅度增加,同时用户对系统的性能要求也将不断提高,因此车辆监控系统必将有新的发展。更加精确的定位技术、以及更加先进的无线通信网络等新技术将越来越多地应用到车辆监控系统。

6.1 定位技术的发展
虽然 GPS能够为用户提供高精度、全天候的定位数据,但是只有在 GPS接收机能够接收到足够多的 GPS卫星的信号才有效。当 GPS接收机能够接收到 4颗卫星的信号时,它便能够解算出其三维坐标;当只能接收到 3颗卫星的信号时,可以解算出其经度和纬度。如果低于3颗,便不能正常定位。在空旷的乡间, GPS接收机能够畅通无阻的接收到卫星的信号,因此定位效果很好。然而在高楼林立的城市中, GPS卫星信号容易受到建筑物等的阻挡,以至于 GPS接收机可见的卫星有时会低于 4颗,而不能正常定位。为了能够保持连续定位,通常需要采取一些辅助措施。

航位推算 (Dead Reckoning,DR)是一种常见的自主式定位技术 ,它主要由路程传感器和方向传感器构成,能够通过实时测量车辆行驶的距离和方向来推算车辆的位置[34]。

假设车辆起始位置为平面坐标为( x0, y0 ),起始行驶方向角为 θ0,各时间段内的行驶距离和方向分别为 si和θi,则车辆在任意时刻的平面位置坐标( xk ,yk )可以通过以下公式求出其平面直角坐标,并可以根据需要转换为经度和纬度。 

(6.1)


航位推算DR是典型的自主定位技术,,在短时间内可以保持较高的精度,且其有效性不受外界的影响。但该方法仅能确定相对位置,,且误差将随推算过程而累加[35]。

因此在实际的车辆定位技术中,可以采用组合定位方式将GPS和DR两种定位技术结合起来使用。当GPS信号被遮挡而使GPS定位技术失效时,DR系统可以照常工作,而GPS提供的高精度的定位信息可以对DR的误差进行校正和补偿。GPS和DR可以相互取长补短,提高定位技术的可靠性和自主性,同时可以提高监控系统的性能。

随着蜂窝网络的发展,基于蜂窝网络的无线定位技术也日益完善。在基于蜂窝网络的无线定位系统中,对移动台的定位是通过检测移动台和蜂窝网络内多个蜂窝小区的基地台的之间的无线电信号传播的特征参数来计算目标移动台的几何位置。根据测量参数的类型可以分为方向角定位方案和距离定位方案[36]。

在方向角定位方案中,基地台上安装有天线阵列,测量电波的到达角度(Arrival of Angle,AOA),则可以确定基地台与移动台之间的径向连线,即测位线,两条测位线的交点就是移动台的位置。采用该技术需要基地台配备天线阵列,并且需要准确校准,接收设备复杂。

在距离定位方案中,通过测量移动台发出的信号到达时间(Time of Arrival,TOA)或者测量传输时间差(Time Difference of Arrival,TDOA)进行定位。利用TOA定位,要求基地台发送时间同步标记,同时移动台必须与各个基地台严格同步;利用TDOA定位,可以消除对时间基准的依赖性,可以降低成本。

无论是方向角定位还是距离定位方案,其定位精度都不是很高,当移动台与基地台之间的直射路径存在障碍物阻挡时,无线电波虽然能够经过反射或者衍射后到达接收方,但是其方向角和传输时间将不能很好的反应移动台与基地台之间的位置关系。由于这种非视距传播的存在,定位精度存在明显下降。

为了进一步提高定位性能,美国QUALCOMM公司开发了gpsOne,它是无线辅助GPS与CDMA三角定位技术相结合的混合定位技术。简单讲,gpsOne技术首选CDMA网络辅助GPS定位,在GPS定位环境较为恶劣(如地下室,大型百货商店内等)以致GPS不能进行定位的情况下,采用CDMA三角定位技术进行辅助定位。这种CDMA网络辅助GPS与CDMA三角定位的有机结合可以使两种不同的定位技术在不同的定位环境中优劣势得到充分互补:在农村或郊外CDMA三角定位因无线基站稀少,精度较差,而CDMA网络辅助GPS定位在这些环境中正好充分发挥优势;反之,在城市繁华地区或大型商厦、写字楼环境下,CDMA网络辅助GPS定位较为困难,而在这些地区由于CDMA基站往往分布较密,因此CDMA三角定位技术的优势得以充分发挥。gpsOne技术也同时支持CellID定位方式,可以确定移动台所处的小区,以确保定位成功率。目前中国联合通信公司已经开始gpsOne定位服务。故采用中国联合通信公司CDMA网络的车辆监控系统,可以选用此方案[37]。

此外,“伽利略”全球定位系统将于2008年建成,它是中国同欧盟国家共同投资建设的民用全球卫星定位系统,与GPS相比,它更先进、更有效、也更可靠。它提供的服务比GPS多,服务水平也将比GPS高。它将为车辆监控系统提供误差不超过1m,甚至20cm的精确定位服务。

6.2 无线通信的发展
随着车辆监控系统中用户数量的增加,监控系统的实时性将会下降。为了提高系统性能,必须采用新的移动通信技术。

扩频通信技术是GPS车辆监控系统的一个理想选择。扩频通信具主要有以下优点:(1)抗干扰性强,能提高输出信号的信噪比。(2)发射功率小, 设备功耗较低,对其他通信系统产生干扰小。(3)可以实现码分多址,频带利用率很高。(4)抗多径干扰性能好,能够在恶劣环境下稳定运行。(5) 无线数据传输速率高,而且误码率低。

最基本的扩频的方法有两种:(1)直接序列调制,简称直接扩频(DS)。这是用比特速率非常高的数字编码的随机序列去调制载波,使信号带宽远远大于原始信号带宽。(2)频率跳变调制,简称跳频( FH)。这是用较低速率的编码序列的指令去控制载波的中心频率,离散地在一个给定频带内跳变,形成一个宽带的离散频率谱。这些基本调制类型还可以进行组合,形成各种混合系统,如跳频/直扩系统等。

GPS车辆监控系统仍然可以采用建立专用无线通信网络的方案。系统需要选择合适的扩频通信设备,建立专用无线通信网络。由于采用扩频技术,无线通信速率将会大幅度提高,监控系统的实时性将更好,用户容量也将更大。

目前,我国的无线通信运营商正在积极地筹建各自的 CDMA通信网络。 CDMA是国际电联 ITU规定的第三代移动通信系统的基础,它采用扩频技术,能够提供比其他无线技术更好的、成本更低的语音效果、保密性、系统容量和灵活性,拥有高速数据传输能力。国际上最具代表性的第三代移动通信技术标准有三种,它们分别是 CDMA2000、WCDMA和TD-SCDMA。无论无线通信运营商采用哪种标准,都能够为用户提供比现在移动通信系统更好的服务。

由于第三代移动通信能够提供高速率、低费用的服务, GPS车辆监控系统可以借助于无线通信运营商提供的服务来完成车辆定位数据传送。并且这种公用无线通信网络覆盖全国甚至全球,因此监控范围极广,这是专用无线通信网络不可能实现的。

总之,随着新技术的不断出现,GPS车辆监控系统的性能将不断提高。

 

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