結合gpsOne定位技術、CDMA通信技術和GIS技術的智能車載終端，可與控制中心配合，實現對車輛的導航、報警和監控等多種應用。gpsOne是一種混合定位技術，它綜合了GPS和無線網絡的優勢，具有適用性廣、精度高、定位時間短和成本低等特點。

本文提出智能車載導航儀的優化設計方案，剖析GPSOne的定位原理，探討系統開發中的多項關鍵技術，并給出一個基于ARM和Linux平臺的工程實例。

1 概述

1��1定位業務的產生背景

隨著移動通信的發展，電信服務商與制造商除了語音傳輸外，紛紛推出各種增值數據業務與設備，以尋找新的收入來源。消費者也希望手機除了通話、收發郵件、上網外，還能有其他功能。國家基礎地理信息中心的統計數據也表明：人們日常生活信息中有80％與空間位置有關，而企業所使用的信息中有59％的信息與空間位置有關。因此，作為較富潛力的增值應用平臺之一，移動定位業務，即基于位置的業務LBS（Location Based Services），正受到前所未有的關注。它可以提供諸如導航、基于位置的付賬、位置信息服務、網絡規劃和管理、財產追蹤、個人定位服務、娛樂和緊急救援等多項應用。

1��2車載導航儀的發展前景

為了緩解現代城市交通的壓力，近年來又出現了將較新的通信網絡技術、衛星定位技術和地理信息技術相結合的ITS（Intelligent Transport Systems，智能交通系統）。ITS可以對機動車輛實施定位、報警、監控、調度、救援或防盜等多種功能，大幅度提高交通管理質量，不僅可以合理利用和充分發揮現有道路的交通潛力，有效解決交通擁擠的現象;而且能提高車輛的營運效率，降低營運成本。

ABI、IEK 2002年10月的研究報告就指出，全球GPS市場保守估計自2000年到2006年的年復合增長率（CAGR）約為24%，2006年產值約340億美元。在目前衛星導航應用領域中，智能交通管理所占的比重較大，約占市場總量的40%。

目前及將來絕大多數GPS應用產品以陸上導航及定位系統為主，占約70%以上，且比例逐年升高。汽車導航、通信應用、車隊追蹤管理，到2006年將成為陸上導航產品的主導。我國現有430萬輛貨運車，170萬輛客運車，450萬輛轎車及各類船只90多萬艘，如此大的汽車和船只保有量對導航終端產品和服務存在著迫切需求。

基于以上分析，研制開發車載移動定位終端，依托CDMA（Code Division Multiple Access，碼分多址）網絡傳輸平臺，與控制中心配合，實現車輛的定位、導航、報警、監控、調度以及其他基于位置的各項增值服務，可廣泛應用于出租汽車行業、物流企業、大型企事業單位公務車輛管理及私家車和小型公司車輛，市場潛力巨大。

2 智能導航終端的系統原理及特點

2��1GPSOne系統簡介

采用適當的定位技術獲得位置信息是實現對車輛的導航和調度等位置服務的必要前提。本系統的移動定位解決方案，采用了美國高通（QUALCOMM）公司研制開發的GPSOne專利技術。

總體結構到2003年2月止，已有超過1000萬部gpsOne終端在日本、韓國和美國投入商用，超過了全球所有制造商的商用GPS終端銷量總和，成為世界上使用較廣泛的移動定位系統。傳統的無線定位技術按照起主導作用的實體所處的位置基本可以分為兩大類：基于網絡的方案和基于移動臺的方案�；�于網絡的方案需要移動臺發出信號并且由多個固定位置的基站接收，通過測量移動臺到基站的信號的特征參數，再根據特定的算法判斷出被測物體（移動臺）的位置。

常用到達角AOA（Angle Of Arrival）和到達時間TOA（ Time Of Arrival）等技術。當信號較弱時，這種方案的定位精度會下降，還會受基站的覆蓋范圍、電波繞射、多徑效應等影響。此外，這種方案還需對基站進行改造，增加了額外的升級費用�；�于移動臺的方案，較典型的是使用全球衛星定位（GPS）系統，由24顆人造衛星和配套的地面站組成。接收機（移動臺）只需要接收到三顆衛星的信號，分別測量出到它們的距離，就可以計算出自己的位置。

除了接收機價格昂貴外，這種方案還有較長的“初次捕獲時間”或“首次定位時間”TTFF（Time To First Fix），尤其當接收機冷啟動工作時，需要十多分鐘才能完成對衛星的搜尋。而且，若移動臺處于室內、高大植物、建筑物或衛星信號無法覆蓋的地方，由于可見的GPS衛星數量較少，定位效果很差，甚至無法完成定位。

盡管網絡和GPS都不適合單獨作為一套具有商用價值的定位方案，但它們之間可以取長補短。比如在基站覆蓋不全的鄉村和郊區，GPS接收機卻可以搜索到四顆甚至更多的衛星。相反，在密集的城市地區和高大建筑物內，雖然GPS接收機檢測不到足夠的衛星，但移動臺可見的基站卻有兩個或更多。高通公司借助CDMA網絡開發出的gpsOne定位方案，是一種混合的無線輔助全球定位系統（Hybrid AGPS），不僅精度高，而且適用于各種地形，包括室內、密集城市地區和網絡覆蓋有限的鄉村。它綜合利用了無線蜂窩網和GPS衛星二者的優勢，極大提高了定位方案的可用性、靈敏度和精度，并且甚至只需要一顆衛星和一個基站就可完成定位。

高通的某些CDMA芯片組中已經集成了gpsOne功能。這不僅降低了支持GPSOne功能的移動臺的制造成本，也使整個方案部署起來快捷簡便，無需對已有的網絡設備做昂貴和復雜的改造，更不需要增加新的基站。此外，它遵從工業定位標準，支持漫游，并和已有的GSM網絡兼容，較大限度地減少了網絡改造開銷。

2��2GPSOne系統定位原理分析

gpsOne的定位過程主要涉及兩個活動：信號測量和位置計算。需要收集的待測信號不僅包括GPS衛星群發送的定位信息，還有來自無線網絡的定位信息。gpsOne體制本身很靈活，允許在各式網絡配置中采用不同的已成熟的無線電定位方法，如源小區COO（CellID Of Origin）技術或高級前向鏈路三角定位AFLT（Advanced Forward Link Trilateration）技術等。這也正是“無線輔助”和“混合”的含義所在。此外，系統還需要另外兩個組成部分：GPS衛星廣域參考網絡（WARN）和基站位置信息數據庫（BSA）。

AGPS的具體工作原理如下：

① 用戶（移動臺本身或監控中心）發出定位請求，然后移動臺將其所在基站ID信息通過無線網絡傳輸到位于網絡中位置服務器（也稱作定位實體，PDE， Position Determining Entity）。

② 位置服務器根據該移動臺的大概位置，通知移動臺應該監聽哪些與其位置相關的GPS衛星的定位信息（包含GPS的星歷和方位俯仰角等）。

③ 移動臺根據位置服務器提供的輔助信息（主要用以提升GPS信號的TTFF能力），接收可見的GPS衛星群的原始信號。

④ 移動臺解調信號，計算它到所有可見衛星的偽距（偽距為受各種GPS誤差影響的距離）;同時利用上述各種無線電定位技術收集多個臨近基站的信號并測量出它到各個基站的距離，并將有關信息傳送到位置服務器。

⑤ 位置服務器根據傳來的GPS偽距和其他定位設備（如差分GPS基準站等）的輔助信息，通過一系列糾錯算法，計算出該移動臺的精確位置（包括經度、緯度和海拔高度）。

⑥ 位置服務器將位置信息發送給該移動臺、第三方服務提供商SP（Service Provider）、定位網關或其他位置服務（LBS）應用平臺。

以上過程中，當定位請求短消息發出后，移動臺就會主動建立到PDE的TCP連接，與PDE之間通過端到端的IP會話完成遵從IS-801（工業定位標準）的定位過程，較后由PDE將經緯度信息返回給SP。信號測量和位置計算的活動，可以放在移動臺上或網絡側進行，或二者兼而有之。