車(chē)載GPS導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上還有一些需注意的要領(lǐng)，包括功耗的降低和雜訊、干擾的抑制。以GPS接收器來(lái)說(shuō)，相關(guān)器的運(yùn)作是產(chǎn)生功耗的主要來(lái)源，因此最好能分別控制每個(gè)相關(guān)器通道，也就是當(dāng)不需要啟動(dòng)所有通道的時(shí)候，系統(tǒng)能自動(dòng)調(diào)整為僅啟動(dòng)所需的相關(guān)器通道，以降低功耗。此外，透過(guò)備用電池的使用，能將電源電壓降低，這也有助于節(jié)省功耗。

從高頻轉(zhuǎn)低頻的過(guò)程，是雜訊產(chǎn)生的主要環(huán)節(jié)，在此過(guò)程中必須妥善抑制雜訊的產(chǎn)生，例如將SAMP CLK的訊號(hào)諧波降到最小，以免混雜在中頻（IF）鏈路當(dāng)中，這可透過(guò)在射頻前端與相關(guān)器之間配置適當(dāng)?shù)碾娮杵鱽?lái)達(dá)成抑制的目標(biāo)。此外，各單元在電路上的佈局和佈線，也會(huì)影響干擾的狀況，因此需要進(jìn)行妥善的規(guī)劃。

GPS天線的需求特性
GPS天線也是決定GPS效能表現(xiàn)的關(guān)鍵。GPS衛(wèi)星訊號(hào)的背景噪訊為-136dBW，為避免干擾，國(guó)際電信法規(guī)規(guī)定衛(wèi)星傳送之訊號(hào)不得大于-154dBW，因此GPS的訊號(hào)實(shí)際上相當(dāng)?shù)娜?，因此接收天線的靈敏度必須相當(dāng)?shù)母撸@和天線的大小及形狀密切相關(guān)?？捎糜贕PS的天線種類包括片狀天線（Patch）、螺旋式天線（Helix/Spiral）和平面倒F型天線（PIFA）等，其中又以Patch及Helix使用最多，請(qǐng)參考(圖四)。由于GPS的訊號(hào)屬于圓極化波，所以GPS接收天線也必須採(cǎi)圓極化的工作方式。
　

圖四. 各種適合GPS的天線類型
　

平板天線的好處是其耐用性及相對(duì)容易制作，成本也較便宜。不過(guò)它具有明顯的方向性，平板要面向天空才能得到較好的接收效果。這種方向性會(huì)帶來(lái)使用上極大的限制；此外，它雖然能順利接收到正上方的衛(wèi)星訊號(hào)，但若沒(méi)有擷取到低角度的衛(wèi)星資訊，誤差也會(huì)相對(duì)較高，精確度則會(huì)下降。

較先進(jìn)的作法是採(cǎi)四臂螺旋天線（Quadrifilar Helix Antenna），它擁有全面向360度的接收能力，使天線在任何方向都有3dB的增益。這讓GPS接收器能以各種角度擺放，而且能接收到很低角度的衛(wèi)星訊號(hào)。此外，更佳的作法再導(dǎo)入Balun的電路設(shè)計(jì)，如此一來(lái)就能有效隔離天線周?chē)脑胗?，能容許各種功能的天線并存于極小的空間中而不會(huì)互相干擾，很適合手持設(shè)備的天線設(shè)計(jì)。不過(guò)，此類天線的成本仍然偏高。

前瞻性技術(shù)一：DR
在車(chē)載的導(dǎo)航使用中，常會(huì)因?yàn)樵庥龅江h(huán)境上的遮蔽因素而造成導(dǎo)航工作無(wú)法正常運(yùn)作。在高樓林立的巷道中收訊狀況往往極差，當(dāng)行進(jìn)隧道中時(shí)，那更是完全沒(méi)有訊號(hào)可用。在這個(gè)時(shí)候，就可以透過(guò)方位推估（Dead Reckoning，DR）技術(shù)來(lái)做為暫時(shí)的導(dǎo)航工具。

DR的技術(shù)原理是透過(guò)能感測(cè)或量測(cè)距離及方向改變的裝置，來(lái)估算出車(chē)子移動(dòng)位置的改變。在正向的行進(jìn)距離通常採(cǎi)用里程計(jì)（Odometer）或加速度計(jì)（Accelerometer）來(lái)進(jìn)行量測(cè)；轉(zhuǎn)動(dòng)角度則使用磁羅盤(pán)（Compass）、陀螺儀（Gyrometer）或差分里程計(jì)（Differential Odometer）來(lái)量測(cè)；高度上的變化則需使用氣壓計(jì)（Barometer）。請(qǐng)參考（圖四）的整合設(shè)計(jì)實(shí)例圖。

里程計(jì)是每臺(tái)車(chē)子中皆有的裝置，GPS接收器可透過(guò)CAN Bus來(lái)連結(jié)里程計(jì)以進(jìn)行量測(cè)，但里程計(jì)的缺點(diǎn)是會(huì)因使用時(shí)間而降低其準(zhǔn)確性。較先進(jìn)的作法是採(cǎi)用MEMS技術(shù)的加速度計(jì)和陀螺儀，它們的體積小，也容易進(jìn)行系統(tǒng)整合，不過(guò)，一分錢(qián)一分貨，精確度高的MEMS元件也需要較高的成本。此外，在實(shí)用上，要提升DR系統(tǒng)的精確性，還得時(shí)常進(jìn)行線上感測(cè)器的校準(zhǔn)，這時(shí)就得靠GPS的定位訊號(hào)來(lái)修正DR感測(cè)器的參數(shù)項(xiàng)目。
　

圖五. GPS與里程計(jì)及陀螺儀的整合設(shè)計(jì)實(shí)例