车用卫星导航系统是全球卫星定位技术（GlobalPositioningSystem，GPS）应用于汽车定位导航的电子产品。来自太空的GPS卫星24h免费向全球发送定位信号，使之成为定位导航应用中最方便廉价的信息源。自1990年世界第1台车用卫星导航系统问世以来，在短短的时间里，车用卫星导航系统在全球迅速普及，增长势头锐不可当。
8.3.1 汽车导航系统的功能
1.导航功能
使用者在车载GPS导航定位系统上任意标注两点后，导航系统便会自动根据当前的位置，为车主设计最佳路线。有些系统还有修改功能，假如用户因为不小心错过路口，没有走车载GPS导航系统推荐的最佳线路，车辆位置偏离最佳线路轨迹200m以上，车载GPS导航系统会根据车辆所处的新位置，重新为用户设计一条回到主航线路线，或为用户设计一条从新位置到终点的最佳线路。
2.电子地图
车载GPS导航定位系统都配备了电子地图，一般覆盖全国各大省会城市。功能强大的地图系统还包含了中小城市，城市数目达到近400个，可以随时查看目的城市的交通、建筑等情况。
3.转向语音提示功能
如果前方遇到路口需转弯，系统具有转向语音提示功能，这样可以避免车主走弯路。此外，可以查阅街道及其周围建筑物，甚至可能具有一些城市交通中的单行线、禁左、禁右等路况信息供查阅。
4.定位功能
GPS通过接收卫星信号，准确地定出车辆所在的位置。如果装置内带有地图的话，就可以在地图上相应的位置用一个记号标记出来。同时，GPS还可以显示方向、海拔高度等信息。
5.测速功能
通过GPS对卫星信号的接收计算，可以测算出车辆行驶的具体速度。
6.显示航迹
如果去一个陌生的地方，GPS带有航迹记录功能，可以记录下用户车辆行驶经过的路线，误差小于10m，甚至能显示2个车道的区别。回来时，用户可以启动它的返程功能，让它带你顺着来时的路线返回。
7.信息检索功能
根据情况使用不同的检索功能，快速将待查地点显示在画面上。
8.娱乐功能
可以接收电视，播放娱乐光盘等。
8.3.2 汽车导航系统结构与工作原理
汽车导航系统的定位原理如图8-18所示。内置的GPS天线接收到来自环绕地球的24颗GPS卫星中至少3颗所传递的数据信息，由此测定汽车当前所处的位置。车载导航仪内部装有储存大量电子地图信息的CD-ROM，通过GPS卫星信号确定的位置坐标与此相匹配，便可确定汽车在电子地图中的准确位置。
汽车导航系统主要由电子计算机、方位检测设备、电子道路数据及显示器组成，如图8-19所示。车辆前座中央有约6in（1in＝2.54cm）的显示器，可显示道路地图和其他有关交通信息，其数据由CD-ROM提供。车的前、后部各装有GPS接收天线，GPS接收器装在行李箱内，地磁传感器装在车顶，在车轮上装有车速传感器，转向机构上装有转向角传感器等。有关信息经导航微处理器（ECU）统一管理，通过显示器显示汽车导航。
图8-18 汽车导航系统的定位原理
图8-19 汽车导航系统的组成
该系统可为一辆以上的车辆提供其在地球表面上的导航，它可在任一给定时间内精确确定车辆在道路网中的位置。该系统可从以下3个基本的信息源获得数据。
1.GPS接收(www.xing528.com)
一台GPS接收机被安装在车上，接收多达11颗卫星的信号。这些信号用来精确确定车辆的位置，但它可能遭受偶然的干扰，如坏天气影响、隧道和建筑物遮挡、超宽带无线电通信干扰等，为此通常采用航位推算导航（如惯性传感器）或辅助定位技术作为GPS信号丢失时的补偿，以使导航系统功能连续。
2.车载传感器
车载传感器通常包括测量转弯速率的陀螺仪、输出电子速度脉冲的测速计以及测量方向的罗盘。这些数据被用来进行航位推算，以便确定车辆相对道路的运动。
汽车行驶路径的方向和位置通过装在车上的传感器检测，方向和转向角传感器决定汽车行驶方向，车速传感器决定汽车行驶的距离。
（1）地磁传感器
地磁传感器感应元件是在高导磁性材料制成的磁环上绕制励磁绕组，绕组在X和Y两个正交方向上，每个方向各绕两个检测线圈（共4个）。无地磁场作用，检测线圈不产生电动势，有地磁场作用则产生电动势。地磁方向与检测线圈方向夹角不同，检测线圈产生的电动势也不同，这样就可以确定汽车的行驶方向。如图8-20所示为地磁传感器导向原理和导向系统电路简图。
图8-20 地磁传感器导向原理和导向系统电路简图
（a）方向偏差指示的原理；（b）方位的判断；（c）地磁传感器导向原理和导向系统电路
（2）陀螺仪
陀螺仪根据其测定元件的不同分为惯性陀螺仪、气流陀螺仪和光纤陀螺仪。
①惯性陀螺仪。高速旋转体不受外力作用时，其轴线方向固定。陀螺由轴承悬浮成球形支撑在汽车车身上，汽车以一定横摆角速度转向，相当于在陀螺上作用了另一个旋转运动，产生了科氏惯性力，利用科氏惯性力的大小和方向可以计算出汽车的行驶方向。
②气流陀螺仪。气流陀螺仪是利用气泵喷嘴喷出稳定的氮气流对两根热线的冷却作用的差异来测量汽车行驶方向的改变。气流陀螺仪结构原理如图8-21所示。汽车直线行驶，喷出的氮气流与两根热线平行，散热能力相等，两线无温差。当汽车转向时，由于喷出气流的惯性，使得对两根热线的冷却作用不同，测量两根热线的温差便可以计算出汽车转角。
图8-21 气流陀螺仪结构原理
1—气泵；2—气流；3—热线；4—振荡器；5—电阻；6—放大器；A—传感器；B—信号处理电路
③光纤陀螺仪。图8-22所示为光纤陀螺仪检测原理图。光从光纤线圈A点入射，经向左向右方向回转传播，光程相同时，两方向同时经过1个周期到达输出的B点。当光纤线圈有向右旋转的角速度ω时，则从A点入射的同一周期左右方向传播的光程不同，右回转传播光程长，比较左回转传播过程，两者相差一定角度。在原输出B点测量两方向传到的光相位不同，测定两光干涉的强度，可以确定两方向光的传播时间差（相位差），从而计算出光纤线圈（汽车）的转向角速度ω。
图8-22 光纤陀螺仪检测原理图
（a）原理；（b）相位调制方式的回路
3.导航地图数据库
通过GPS和车载传感器所采集到的数据，利用地图匹配进行处理，与存储在数字地图（GIS）数据库中的地形数据进行比较。最后，对来自这些信息源中的所有信息都要进行运算，以便实现定位。采用这些技术的组合可使系统定位精度达到米级。
以航空测量出的地形道路图为基础，将地图涵盖范围按一定比例划分成若干个区域，每个区域上标明道路走向和道路管理的相关信息。如日本全国按每区域纵横约80km（经度为1°，纬度为40′）划分成一次网络，每个方向划分为纵横约为10km的二次网络和进一步以纵横各约1km范围的三次网络（组成全国道路地图数据）。日本约有39万个属于三次网络的区域。
CD-ROM数据库存储的有各种道路属性的数据（路面、路标、桥隧等）和基本道路地图数据。根据汽车行驶所处的位置（经、纬度）坐标，用手动操作或接收车外信息表示该车现处位置的方法，显示相应需要的地图数据。
当汽车按计算机引导路径接近某一交通信标（或装有信号反射的交通灯）时，计算机将当地的详细地图在显示器上显示，再指示要到达目的地的最佳路径。作为汽车信息通信系统（VehicleInformationCommunicationSystem，VICS）的路上通信装置，目前正在研究其实际应用。
地图的微调导航法是对由于位置确定、导航传感器和地图与实际道路之间重合存在的积累误差的及时补偿。它根据导航到达的轨迹与显示器上道路地图指示的行车道路形状相比较，在形状上以高概率相符的地图道路上，自动修正汽车位置和方向。
地图的微调导航包括车辆位置修正、多路径追迹、距离偏离补偿。
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