基于vrs技术的车辆导航定位研究

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1、基于VRS技术的车辆导航定位研究杨聪，白征东，刘亮(清华大学土木系地球空间信息研究所，北京100084)摘要：本文运用臼趋成熟的VRs技术对现有GPs车载导航系统的改进进行了探讨，提出了基于VRs技术的车辆网络定位方案。该方案在定位精度上将比当前系统有显著提高，达到亚米级，极大地减弱了道路匹配的复杂度，减小了匹配出错率。关键词：VRS技术：GPS：道路匹配：车载导航系统一、引言近年来智能交通系统在我国取得了前所未有的发展，这一庞大的系统中，定位系统和通讯系统是最主要的两个系统。对车辆和相关人的准确定位和通讯

2、占有极其重要的地位，它是整个ITS的基础。通过准确的定位与通讯，配合数字地图，可以进行实时路线导引，避开拥塞路段，寻求最佳路径等。目前定位技术主要分为两大类技术系统：一是全球定位系统GPS(G10balPositioningSystem)；二是无线蜂窝移动通讯系统Coo(Cellof0rigin)。无线蜂窝移动通讯系统(Coo)是基于Cell—ID的定位技术，它通过采集移动台所处的小区识别号(Cell—ID号)来确定用户的位置。该方式定位精度低，往往失去了定位的实际意义。因此，目前车载定位系统主要采用GPS

3、车载定位系统。该系统通过接收到的卫星信号测算出汽车当前位置坐标，然后将此坐标数据传送给处理器，通过处理器与电子地图进行匹配，匹配完成后便可得到汽车在电子地图上的正确位置，以指示出正确行驶路线。目前的GPs车载定位系统都是基于卫星的伪距观测值，受伪距观测固有误差的影响，其定位精度只能达到20米左右，加上电子地图本身的精度不太高，经常发生道路匹配错误的现象。有学者曾提出采用差分定位，差分定位最大的缺陷就是当用户与基准站相距较远时，误差的相关性减弱，精度明显下降。随着全国各大城市GPs观测网的建立，将VRs(虚拟

4、参考站)技术¨一’用于车载导航已成为可能，此技术将在整个网络覆盖区域显著提高定位精度，真正达到实时、准确。本文通过对VRS技术原理的介绍，提出了基于此技术的车辆网络定位方案。二、GPS系统介绍全球卫星定位系统曙。GPS是美军70年代初在“子午仪卫星导航定位”技术上发展而起的，具有全球性、全能性(海洋、陆地、航空与航天)、全天候性优势的导航定位、定时、测速系统。卫星网系统是全球定位系统GPS中一个重要的部分。该系统由均匀分布在6个轨道平面上的24颗高轨道工作卫星构成，各轨道平面相对于赤道平面的倾角为55。，轨

5、道平面间距60。。在每一轨道平面内，各卫星升交角距差90。，任一轨道上的卫星比西边相邻轨道上的相应卫星超前30。。事实上，GPS卫星系统的卫星数量要超过24颗，以便及时更换老化或损坏的卫星，保障系统正常工作。该卫星系统能够保证在地球的任一地点向使用者提供4颗以上可视卫星。影响GPS定位精度的因素有很多，其主要误差有：卫星星历误差、卫星钟差、电离层延迟、对流层延迟、接收机钟差以及多路径效应等。采用c／A码定位时，一个码元对应的距离为293．1m，两个序列码元的对齐误差为码元宽度的l／10一1／100，则利用C

6、／A码的测距误差为29．3—2．93m，这就是现有车载GPS导航接收机定位精度只能达到20m左右的主要原因。三、基于VRS技术的车载导航系统组成及原理1．VRS系统组成VRS(virtualR-e向舶ceStation)系统由固定参考站、系统控制中心、用户数据中心、用户应用、数据293通信五个子系统组成。(a)VRS固定参考站VRS固定参考站是VRS系统的数据源，用于实现对卫星信号捕获、跟踪、记录和传输，它是分布在整个ⅥtS网络中的基准站，一般使用三个。(b)VRs系统控制中心它既是通讯控制中心，也是数据处

7、理中心。控制中心一方面通过通讯线(光缆、ISDN或电话线)与所有固定参考站建立通讯，另一方面通过无线网络(GSN、CDMA或GPRS)与车载用户实现通讯。它依靠计算机实时系统来控制整个系统的运行。(c)VRS用户数据中心控制、监控、下载、处理、发布和管理各参考站GPS数据，计算网络R1x改正数据，生成各种格式的实时产品，并发送改正数。(d)用户应用子系统(移动站)在此，我们主要针对车辆导航用户。(e)实时数据通信网络数据服务中心的通信链路采用GSM、CDMA或GRPS数据通信与车载用户通讯。实时传输各参考站

8、GPS数据到数据中心和发送R1K改正数到流动站用户。2．VRS算法f10，111Ⅵ0S技术是基于GPS载波相位观测值的，因为是虚拟的参考站，其VRS相位观测值可由下式计算：彩(豫s)=鲢+去叫y+去相位观测值了西面{ii■△V彤矿+△VZ移+△V哪矿，+△VA纪％+号“％空间相关改正数随机诿差项其中，名一载波相位波长，缈一载波相位观测值，p一站星间几何距离，I一电离层延迟，T一对流层偏差，o-卫星轨道偏差，M一多