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【摘要】本文简要介绍了基于北斗/3G兼容的车载终端的功能和组成，重点介绍车载终端的设计，采用北斗/GPS卫星兼容定位技术、3G/铱星卫星通讯、自动化控制、图像采集/压缩/传输等技术相结合。安全高效的实现了移动车辆定位与监控中心的数据传输，实现对受控车辆的监控管理。
【关键词】车载终端设计定位自动化
一、引言
位置服务的目的就是为了给人们提供与位置相关的信息和服务。随着科技的进步，人们的生活质量越来越高，人们生活的城市之中，交通工具越来越多，在一些专业领域（交通运输领域、监控监护领域）中，人们的工作与位置信息有着很重要的关系。
国内在车辆监控系统方面的研究开始于20世纪90年代，大都是基于GPS应用和移动通信技术，目前，其产品在银行、公安、交通等部门得到了比较广泛的应用。车辆监控系统通常由车载终端、无线数据链路和监控中心构成，车载终端安装在受控车辆上，是系统关键的组成部分。国内车载终端主要基于GPS设计，而北斗与GPS兼容的车载终端还比较少。
本文简要介绍了基于北斗/3G兼容的车载终端的功能和组成，重点介绍车载终端的设计，采用北斗/GPS卫星兼容定位技术、3G/铱星卫星通讯、自动化控制、图像采集/压缩/传输等技术相结合。安全高效的实现了移动车辆定位与监控中心的数据传输，实现对受控车辆的监控管理。
二、北斗卫星导航系统
我国自主研发的北斗卫星导航系统是与美国的GPS、俄罗斯的格洛纳斯、欧盟的伽利略系统兼容共用的全球卫星导航系统，并称全球四大卫星导航系统。北斗卫星导航系统由空间端、地面端和用户端三部分组成。空间端包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星。地面端包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站。
在北斗导航民用服务领域，道路交通管理是北斗卫星应用的重点领域之一，卫星导航将有利于减缓交通阻塞，提升道路交通管理水平。通过在车辆上安装卫星导航接收机和数据发射机，车辆的位置信息就能在几秒钟内自动转发到中心站。这些位置信息可用于道路交通管理。
三、车辆监控系统总体设计
车辆监控系统是由北斗/GPS卫星、车载终端、通讯网络（GPRS/3G/铱星通信）和监控中心组成。车辆在行驶过程中车载终端通过北斗/GPS兼容卫星定位模块接收卫星的定位信息，分析处理把当前经纬度、速度、航向、连续行驶时间、图像、油耗等信息通过GPRS/3G模块或者利用铱星通讯模块把数据按JT/T-808标准上报给监控中心。监控中心接收导数据后，通过数字化的图数据库进行车辆位置匹配，在数字地图上显示目标车辆的位置和运行轨迹，同时进行科学的调度和管理，从而提高运营效率。同时监控中心也可以通过无线通信网络下发指令给车载终端。系统总体结构如下图所示。
四、车载终端设计
北斗/3G的兼容型车载终端采用多模块化、组合式优化设计，各模块之间的接口采用标准接口，充分利用系统平台、移动通讯网络、因特网络，将汽车行驶记录仪、卫星定位、卫星导航、油耗检测功能集于一体，通过无线数据通讯模块（GPRS、3G、铱星）和北斗/GPS模块，与监控中心进行数据通信和移动位置的定位。终端能够实现定位导航、监控跟踪、数据实时传送、油耗检测等功能；终端产品采用的北斗/GPS双模卫星定位模块，可以灵活配置信号处理通道工作于单GPS模式，或单北斗模式，或GPS/北斗混合模式。
五、车载终端硬件主要模块设计
车载终端硬件系统主机部分、通信部分、定位模块部分、显示及打印扩展通信接口部分、传感器接口五部分组成。（1）主机部分包括处理器、数据存储器、数据传输信号接口组成；（2）通信部分主要由RS232接口和华为MC323/MU733无线通信模块组成及SBD9602铱星通讯模块组成，用于车载终端与监控中心间的通讯；（3）定位模块采用北斗/GPS双定位模块TD3017A，其主要是对车辆进行实时定位；（4）显示及打印扩展通信接口，可外接调度屏或手柄；（5）传感器信号主要是ACC油路，温度，车速，空调、劫警等信号。
在MC322（支持双频：CDMA2000 1X）/MU733（WCDMA/GSM/GPRS/EDGE）通讯模块采用标准标准RS232串行接口，支持语音、数据以及短消息（SMS），并能适应较宽的电压范围，可使用AT指令对模块进行控制。
在通信不发达的区域，采用Iridium 9602铱星通讯模块进行紧急通信。该模块嵌入了铱星SBD9602和SBD协议，为用户提供的透明或半透明的数据传输。利用覆盖全球的铱星卫星短数据通信网络，通过串口与用户设备进行数据传输。具有支持SBD（短数据突发）方式、支持双向数据传输、没有盲区全球覆盖、传输距离覆盖全球等特点。
终端系统主要使用GPRS短信息通讯方式，车载设备数据经过格式转换利用GPRS通信模块的短信息信道传到监控中心，监控中心亦通过GPRS短信息信道向车辆发送指挥调度信令。
监控视频信息采用的是无线3G网络与Internet网络完成车载终端采集的实时视频监控画面与监控中心的传输。车载终端完成与无线3G网络的媒体信息收发，再由3G网络通过与其互联的Internet网络将信息传输到监控中心。
5.3北斗/GPS卫星定位模块
车载终端的定位模块采用的TD3017A，是一款基于TD1010基带芯片的BD2 B1/GPS L1双模导航模块。单板集成双模基带芯片和双模射频芯片，可同时接入BD2 B1和GPS L1信号。模块定位精度：<5米（CEP，-130dBM）；捕获灵敏度：-145dBm；跟踪灵敏度：-159dBm。
北斗/GPS双定位模块的主要功能是实时接收北斗和GPS导航卫星信号，提取原始观测量并解调数据，通过卫星电文分析及数据处理，完成应用系统所要求的各项功能。主要包含三个功能单元，即RF前端、基带信号处理和应用处理单元。
RF前端单元包含了从天线到数字信号处理器之间的所有部件，其主要功能是将定位卫星射频信号变换为信号处理器工作范围内的中频信号，尽可能抑制多径干扰和带外干扰，同时将信噪（信号和噪声）提高到信号处理器可工作的电平，并提供一定的信号变化动态范围。其中预放（前置放大器）将直接影响接收信号的信噪比，一般采用噪声系数小、增益高和动态范围大的放大器。信号处理单元是GPS/北斗双定位模块的核心，主要功能是从多址信号中分离识别各卫星信号，对扩频卫星信号进行相关解扩；在恢复信噪比的基础上解调载波，消除频率偏移（包括多普勒频移等）的影响，恢复基带信号；最后将相关解扩、解调处理的历元时刻所对应的码状态、载波及相位状态形成原始观测量，与定位导航数据一起传送给应用处理单元，对信号处理模块提供实时控制，并对其输出作进一步的处理，解算出位置、速度、时间（PVT）和其他信息以满足各种应用的要求。
六、车载终端软件设计实现
系统软件设计采用模块化设计，每个模块实现一个功能，缩短了软件开发的时间，易于修改和移植，并预留数据接口方便省级。主要包括初始化模块、数据处理模块、人机交互模块。其工作流程如下图所示。
程序工作首先进行初始化工作主要完成开机上电后对卫星定位模块、显示模块、通讯模块等模块的初始化以及对串口工作模式、中断工作模式、波特率等参数的设置。
数据处理模块主要针对各模块采集的定位、经纬度、油耗、图像、行驶时间等信息进行综合处理后通过3G/GPRS或者铱星通信把数据定期发送至监控中心。同时主程序运行中还能响应人机输入模块的终端请求，以便实现其他功能。
七、结语
本文介绍了基于北斗/3G兼容的车载终端的一种实现方案，并给出了详细的软硬件组成和实现，经多次测试及用户试用后系统运行稳定，定位准确、使用效果好。该系统可广泛应用于汽车租赁、物流运输、医疗救护、交通安全监管等领域，市场前景极为广阔。
【关键词】车载终端设计定位自动化
一、引言
位置服务的目的就是为了给人们提供与位置相关的信息和服务。随着科技的进步，人们的生活质量越来越高，人们生活的城市之中，交通工具越来越多，在一些专业领域（交通运输领域、监控监护领域）中，人们的工作与位置信息有着很重要的关系。
国内在车辆监控系统方面的研究开始于20世纪90年代，大都是基于GPS应用和移动通信技术，目前，其产品在银行、公安、交通等部门得到了比较广泛的应用。车辆监控系统通常由车载终端、无线数据链路和监控中心构成，车载终端安装在受控车辆上，是系统关键的组成部分。国内车载终端主要基于GPS设计，而北斗与GPS兼容的车载终端还比较少。
本文简要介绍了基于北斗/3G兼容的车载终端的功能和组成，重点介绍车载终端的设计，采用北斗/GPS卫星兼容定位技术、3G/铱星卫星通讯、自动化控制、图像采集/压缩/传输等技术相结合。安全高效的实现了移动车辆定位与监控中心的数据传输，实现对受控车辆的监控管理。
二、北斗卫星导航系统
我国自主研发的北斗卫星导航系统是与美国的GPS、俄罗斯的格洛纳斯、欧盟的伽利略系统兼容共用的全球卫星导航系统，并称全球四大卫星导航系统。北斗卫星导航系统由空间端、地面端和用户端三部分组成。空间端包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星。地面端包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站。
在北斗导航民用服务领域，道路交通管理是北斗卫星应用的重点领域之一，卫星导航将有利于减缓交通阻塞，提升道路交通管理水平。通过在车辆上安装卫星导航接收机和数据发射机，车辆的位置信息就能在几秒钟内自动转发到中心站。这些位置信息可用于道路交通管理。
三、车辆监控系统总体设计
车辆监控系统是由北斗/GPS卫星、车载终端、通讯网络（GPRS/3G/铱星通信）和监控中心组成。车辆在行驶过程中车载终端通过北斗/GPS兼容卫星定位模块接收卫星的定位信息，分析处理把当前经纬度、速度、航向、连续行驶时间、图像、油耗等信息通过GPRS/3G模块或者利用铱星通讯模块把数据按JT/T-808标准上报给监控中心。监控中心接收导数据后，通过数字化的图数据库进行车辆位置匹配，在数字地图上显示目标车辆的位置和运行轨迹，同时进行科学的调度和管理，从而提高运营效率。同时监控中心也可以通过无线通信网络下发指令给车载终端。系统总体结构如下图所示。
四、车载终端设计
北斗/3G的兼容型车载终端采用多模块化、组合式优化设计，各模块之间的接口采用标准接口，充分利用系统平台、移动通讯网络、因特网络，将汽车行驶记录仪、卫星定位、卫星导航、油耗检测功能集于一体，通过无线数据通讯模块（GPRS、3G、铱星）和北斗/GPS模块，与监控中心进行数据通信和移动位置的定位。终端能够实现定位导航、监控跟踪、数据实时传送、油耗检测等功能；终端产品采用的北斗/GPS双模卫星定位模块，可以灵活配置信号处理通道工作于单GPS模式，或单北斗模式，或GPS/北斗混合模式。
五、车载终端硬件主要模块设计
车载终端硬件系统主机部分、通信部分、定位模块部分、显示及打印扩展通信接口部分、传感器接口五部分组成。（1）主机部分包括处理器、数据存储器、数据传输信号接口组成；（2）通信部分主要由RS232接口和华为MC323/MU733无线通信模块组成及SBD9602铱星通讯模块组成，用于车载终端与监控中心间的通讯；（3）定位模块采用北斗/GPS双定位模块TD3017A，其主要是对车辆进行实时定位；（4）显示及打印扩展通信接口，可外接调度屏或手柄；（5）传感器信号主要是ACC油路，温度，车速，空调、劫警等信号。
在MC322（支持双频：CDMA2000 1X）/MU733（WCDMA/GSM/GPRS/EDGE）通讯模块采用标准标准RS232串行接口，支持语音、数据以及短消息（SMS），并能适应较宽的电压范围，可使用AT指令对模块进行控制。
在通信不发达的区域，采用Iridium 9602铱星通讯模块进行紧急通信。该模块嵌入了铱星SBD9602和SBD协议，为用户提供的透明或半透明的数据传输。利用覆盖全球的铱星卫星短数据通信网络，通过串口与用户设备进行数据传输。具有支持SBD（短数据突发）方式、支持双向数据传输、没有盲区全球覆盖、传输距离覆盖全球等特点。
终端系统主要使用GPRS短信息通讯方式，车载设备数据经过格式转换利用GPRS通信模块的短信息信道传到监控中心，监控中心亦通过GPRS短信息信道向车辆发送指挥调度信令。
监控视频信息采用的是无线3G网络与Internet网络完成车载终端采集的实时视频监控画面与监控中心的传输。车载终端完成与无线3G网络的媒体信息收发，再由3G网络通过与其互联的Internet网络将信息传输到监控中心。
5.3北斗/GPS卫星定位模块
车载终端的定位模块采用的TD3017A，是一款基于TD1010基带芯片的BD2 B1/GPS L1双模导航模块。单板集成双模基带芯片和双模射频芯片，可同时接入BD2 B1和GPS L1信号。模块定位精度：<5米（CEP，-130dBM）；捕获灵敏度：-145dBm；跟踪灵敏度：-159dBm。
北斗/GPS双定位模块的主要功能是实时接收北斗和GPS导航卫星信号，提取原始观测量并解调数据，通过卫星电文分析及数据处理，完成应用系统所要求的各项功能。主要包含三个功能单元，即RF前端、基带信号处理和应用处理单元。
RF前端单元包含了从天线到数字信号处理器之间的所有部件，其主要功能是将定位卫星射频信号变换为信号处理器工作范围内的中频信号，尽可能抑制多径干扰和带外干扰，同时将信噪（信号和噪声）提高到信号处理器可工作的电平，并提供一定的信号变化动态范围。其中预放（前置放大器）将直接影响接收信号的信噪比，一般采用噪声系数小、增益高和动态范围大的放大器。信号处理单元是GPS/北斗双定位模块的核心，主要功能是从多址信号中分离识别各卫星信号，对扩频卫星信号进行相关解扩；在恢复信噪比的基础上解调载波，消除频率偏移（包括多普勒频移等）的影响，恢复基带信号；最后将相关解扩、解调处理的历元时刻所对应的码状态、载波及相位状态形成原始观测量，与定位导航数据一起传送给应用处理单元，对信号处理模块提供实时控制，并对其输出作进一步的处理，解算出位置、速度、时间（PVT）和其他信息以满足各种应用的要求。
六、车载终端软件设计实现
系统软件设计采用模块化设计，每个模块实现一个功能，缩短了软件开发的时间，易于修改和移植，并预留数据接口方便省级。主要包括初始化模块、数据处理模块、人机交互模块。其工作流程如下图所示。
程序工作首先进行初始化工作主要完成开机上电后对卫星定位模块、显示模块、通讯模块等模块的初始化以及对串口工作模式、中断工作模式、波特率等参数的设置。
数据处理模块主要针对各模块采集的定位、经纬度、油耗、图像、行驶时间等信息进行综合处理后通过3G/GPRS或者铱星通信把数据定期发送至监控中心。同时主程序运行中还能响应人机输入模块的终端请求，以便实现其他功能。
七、结语
本文介绍了基于北斗/3G兼容的车载终端的一种实现方案，并给出了详细的软硬件组成和实现，经多次测试及用户试用后系统运行稳定，定位准确、使用效果好。该系统可广泛应用于汽车租赁、物流运输、医疗救护、交通安全监管等领域，市场前景极为广阔。