浅谈车载设备GPS的发展前景

　　当前，车载无线技术正经历着日新月异的变化，现在交通复杂，其中车载GPS设备是车主关心的。

　　GPS的空间部分是由24颗工作卫星组成，它位于距地表20200km的上空，均匀分布在6 个轨道面上（每个轨道面4 颗） ,轨道倾角为55°。此外，还有3 颗有源备份卫星在轨运行。卫星的分布使得在任何地方、任何时间都可观测到4 颗以上的卫星，并能在卫星中预存的导航信息。GPS的卫星因为大气摩擦等问题，随着时间的推移，导航会逐渐降低。

　　车载GPS曾经一度属于“品”。然而在过去几年里，经过CSR和SiRF（现已合并）等公司不断的开拓进取，GPS芯片比以前外形更小巧、速度更快、成本更低。GPS系统，不论其是原厂内置或是后装市场PND或是基于车载立体声系统，如今都是普通人唾手可得的。

　　当前车载GPS行业发展的普遍趋势与前几年基本相同。尽管其应用范围仍不断扩大，但是用户始终都希望能够降低成本。此外，还有些的进展，比如增强了移动设备和GPS系统之间的交互性。

　　车载导航领域的变化也许就是各种无线技术在车内的普遍“共存”。随着不断的发展，目前GPS系统已经能够借助其他技术元素来优化系统功能。结合了各种技术元素的系统，其整体功能超出部分功能之和。

　　CSR公司和SiRF公司的合并也见证了无线技术“整合”的事实。合并之后，我们在短距离移动手机连接技术和GPS芯片集市场中处于地位。通过结合多种技术，新的CSR公司成为实力的协作式GPS车载设备厂商。

　　GPS导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。要达到这一目的，卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。而用户到卫星的距离则通过纪录卫星信号传播到用户所经历的时间，再将其乘以光速得到（由于大气层电离层的干扰，这一距离并不是用户与卫星之间的真实距离，而是伪距（PR）：当GPS卫星正常工作时，会不断地用1和0二进制码元组成的伪随机码（简称伪码）发射导航电文。GPS系统使用的伪码一共有两种，分别是民用的C/A码和军用的P（Y）码。C/A码频率1.023MHz,重复周期一毫秒，码间距1微秒，相当于300m；前三帧各10个字码；每三十秒重复，每小时更新。后两帧共15000b。导航电文中的内容主要有遥测码、转换码、第1、2、3数据块，其中重要的则为星历数据。当用户接受到导航电文时，提取出卫星时间并将其与自己的时钟做对比便可得知卫星与用户的距离，再利用导航电文中的卫星星历数据推算出卫星发射电文时所处位置，用户在WGS-84大地坐标系中的位置速度等信息便可得知。

　　车载导航设备的技术趋势

　　正如我们所说，GPS设备已经不像过去那样简单地安装在汽车仪表盘里。现在，这些设备则从那些价格较高、占用空间较大、功能单一的芯片转移到与具体应用关系更加密切的组合芯片上。芯片设计者可以通过开发高度集成、设计完善的组合芯片来降低成本、节约空间，而无需不断地降低工艺技术。

　　对于GPS系统定位的准确性，用户的期望不断提升。如今的用户不仅希望能够在传统的“GPS友好”环境中利用卫星的明确视线（LOS）增加导航准确性，也希望在车库、隧道等“非GPS友好”环境中同样如此。这就意味着更快的首次定位时间（TTFF）、更强的可靠性以及更普遍的可用性。

　　因此，在后装领域，耦合传感器得到了更多的使用，如回转仪和加速计。在前装市场中，航位推算系统则得到了更多的使用。航位推算系统通过汽车数据总线接入现有系统，如里程表、单轮速度信息和其他用来确定速度和方向的传感措施。

　　利用汽车数据系统的GPS设备，其优势在于无需使用那些价格昂贵的传感器，而是轻松利用汽车数据。如果GPS系统能够很好的利用汽车组件，不论是辅助刹车系统（ABS，大部分美国和欧洲汽车的标准）中那些单轮速度传感器，还是稳定性控制系统（欧洲使用较多），或是罗盘（美国使用较多），它都能够从根本上改善导航的准确性。

　　使用航位推算设备时，为了提高工作效率，必须满足以下三个条件：数据测量务必准确，以提供、有效的信息；提供数据的时间间隔不可过长；数据传输必须在几十毫秒内完成。没有这些有效的航位推算信息作补充，GPS系统就会受到限制。

　　用户的耐心是有限的，因此快速、智能的启动过程十分重要。GPS系统启动越快，使用就越快。然而更重要的是，在启动过程中，也就是司机驾车离开停车场时那关键的几秒钟，如果设备能够与汽车系统保持通信状态，对于获知速度、车轮转速等信息十分重要。这确保了GPS定位能够立即得到其他数据的补充，提高了首次定位的准确性，缩短了定位时间。

　　，GPS产品和其他无线技术，比如蓝牙和Wi-Fi的如何架构也十分重要，应尽量减少系统之间的冲突，并优化定位和连接性能。

　　用户设备部分

　　用户设备部分即GPS 信号接收机。其主要功能是能够捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星，并跟踪这些卫星的运行。当接收机捕获到跟踪的卫星信号后，就可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率，解调出卫星轨道参数等数据。根据这些数据，接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算，计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息。接收机硬件和机内软件以及GPS 数据的后处理软件包构成完整的GPS 用户设备。GPS 接收机的结构分为天线单元和接收单元两部分。接收机一般采用机内和机外两种直流电源。设置机内电源的目的在于更换外电源时不中断连续观测。在用机外电源时机内电池自动充电。关机后，机内电池为RAM存储器供电，以防止数据丢失。目前各种类型的接受机体积越来越小，重量越来越轻，便于野外观测使用。其次则为使用者接收器，现有单频与双频两种，但由于价格因素，一般使用者所购买的多为单频接收器。

　　SiRFprima芯片

　　SiRF公司出品的导航芯片，名叫SiRFPrima。这个芯片可以既可以利用GPS卫星定位，也可以利用伽利略定位系统进行定位。除了定位功能外，SiRFPrima还提供音频、视频回放功能等功能。SiRFPrima芯片可以处理高分辨率3D画面，支持WinCE和Linux平台。

　　设计片上系统GPS解决方案的公司总是试图尽可能地囊括更多功能，出品多功能的单芯片。然而，这也造成了风险。某些功能的使用率较低，终这些冗余的功能只会成为系统的负担，造成不必要的成本消耗。

　　鉴于此，在SiRFprima的设计中，CSR公司决定特别针对一个非常成熟的细分市场：可定位设备（Location Enabled Devices）。致力于这个细分市场，SiRFprima芯片充分化，不为冗余的功能承担任何成本。CSR公司帮助客户通过综合的功能模块对其产品进行区分，这些功能模块在可定位设备中十分常见。同时，能够积极地做出决定，绝不集成那些阻碍灵活性的部件。

　　通过集成增值多媒体和3D功能的硬件支持，Prima MFS满足了高端可定位设备的市场需求。诸如Pioneer和FineDigital这些客户已经使用了Prima平台来创造功能完善的高端可定位设备，其中包括3D地图、移动电视和电影播放功能。为了使制造商能够通过软件进行区分，Prima具有以下特征：

　　——多媒体加速

　　为了给定位设备提供丰富的多媒体内容，Prima平台包括视频编解码硬件加速器。这使Prima设备能够流畅回放H.264、MPEG-2、MPEG-4、WMV8和WMV9格式文件。随着移动电视和数字内容的发展，Prima为定位设备制造商提供了市场增值功能。

　　——3D加速

　　Prima具有3D硬件加速，支持合成3D用户界面及3D地图绘制。3D制作逐渐成为用户界面的组成部分，这样，Prima用户就可以创建合成3D用户界面，通过增值软件来实现产品差异化。

　　为了有效地减轻CPU的负担以及提供完美的3D特殊效果，在显示卡的绘图芯片上增加直接负责3D图形处理和提供3D特殊效果的能力，这便是所谓的硬件加速能力，具有这样的芯片的显示卡称之为3D加速卡。虽然3D 技术的引进早的初衷是应用于3D游戏，但现在不再局限于应用在令人眼花缭乱的游戏上，通用的三维技术正一步步悄悄地走近我们的生活。同时，三维软件需要统一的开发和使用平台，这方面，3D软件支持平台的开发和市场争夺正在如火如荼地进行着

　　——灵活的处理内核

　　SiRFprima产品包括一台ARM11处理器。这个平台包括一台额外的L2高速缓冲存储器以提供更多的高端应用功能，如3D地图、复杂的用户界面以及多媒体。其灵活性有助于客户开发增值软件对其产品线进行区分。

　　——集成GPS

　　SiRFprima 也包括一个集成的GPS内核。定位功能增强设备如SiRFInstantFix和SiRFDRive都能够与Prima平台进行捆绑。这些技术为SiRFprima设备提供的追踪准确性和首次定位时间功能。Prima GPS内核为用户提供别的定位性能。

　　高性能GPS和伽利略定位引擎

　　配有浮点部件的高速ARM11 CPU

　　集成的2D/3D硬件引擎，支持OpenGL ES 1.1，利用几何顶点处理器提高传输质量、增强灯光效果

　　集成的硬件视频解码引擎，支持D1 解析度H.264/MPEG1/MPEG2/MPEG4/WMV9

　　集成的硬件视频、图像解码引擎，支持D1解析度H.264/MPEG4视频和1000万像素JPEG静止图像

　　集成的触摸屏控制器

　　内存控制器，支持Mobile-SDR，Mobile-DDR和DDR

　　8/16比特NAND闪存接口，为SLC或 MLC NAND直接启动提供8比特BCH HW ECC支持

　　集成的SD/MMC/MMC+控制器

　　两个高速USB2.0接口，主、从配置皆可

　　128位安全ID

　　低功耗的65nm工艺

　　CSR认为，要实现车载GPS系统的功能，的方法是借助于支持软、硬件无缝协作的高度集成系统。

　　CSR公司的SiRFDRive 2.0软件能够主动或被动地使用分布式ABS模板传感器数据。轮速之间的差距有助于更加准确地确定汽车转向度和速度。而价格不菲的回转仪则可以从BOM系统中去除。此外还有一个好处，就是部件安装方向不受限制，这也为汽车制造商提供了额外的物流优势。

　　SiRFDRive 2.0的设计之妙在于它的自动校准功能。通常，汽车传感器的一些数据都需要校准，如那些影响航位测算系统准确性的轮胎尺寸、车轴宽度、前后轴距离。轮胎的变化，如轮胎压力的降低或者传感器温度的流失可以立即得到补偿。SiRFDRive通过紧耦合GPS/航位推算设备“卡尔曼滤波器”检测汽车传感器数据，以确保定位和地图绘制的高度准确性。

　　增加整合式导航设备的互连性

　　近年来，集成度的提高、多种无线功能在车内的协作已成为一种普遍的趋势。移动电话、车载GPS设备都很好地证明了这一点。仅仅说“一款GPS设备”或者“媒体中心”是不具任何意义的。这样的设备经过集成才能够实现多种功能。零部件越来越智能、价格越来低的趋势将会延续下去。

　　CSR公司的汽车产品，如RoadTunes和RoadRunner已经趋向于推广无线音频流，使汽车媒体播放器的中心成为车载电子功能的。CSR公司预计，渗透到汽车行业的无线技术将会协作、共存。导航设备和信息娱乐设备的制造商必须知晓这些趋势，开发新的解决方案来满足用户不断增长的连接需求。

　　近些年的免提通话体验，通过蓝牙传输到兼容的前装或后装车载设备。通过使用更加完善、可靠，并符合电话薄存取规范（PBAP）的电话簿同步技术，这种通话体验将会进一步完善。这对语音识别拨号有着巨大的影响。随着语音质量的不断提高，电话的拨号错误率会越来越低。

　　通过蓝牙获取电话文本信息的SMS和电子邮件也可以很好地适用于导航/信息娱乐设备，并将在短期内被广泛应用。通过车载GPS设备可以使用更大的屏幕和更加便利的输入方法。

　　导航/信息娱乐功能中令人激动的就是WiFi技术。WiFi现已被今年4月22日颁布的蓝牙技术规范广泛采用。新的蓝牙规范《蓝牙3.0版本+高速》有望在2012年应用于车载设备。

　　WiFi首次应用于MAC/PHY交替射频技术（AMP），为蓝牙提供“快速数据通道”。这对于导航/信息娱乐设备的设计者来讲，无异于得到了一个崭新且令人兴奋的用户应用。

　　通过一个蜂窝连接，这些设备的互联网连接也在同一个层面上。在把便携游戏设备、笔记本电脑等设备连接到互联网设备的过程中，WiFi承担着重要的角色。在和上传导航设备的地图和遥感勘测数据的过程中，蜂窝连接也承担重任。

　　的确，在汽车连接行业工作其乐无穷。未来的设备将会拥有更加强大的功能，SiRFprima GPS导航系统市场的地位促进了那些技术高速发展的产品的开发和生产，将会给各类企业带来无穷的利润。