車(chē)載GPS導航系統設計

在系統設計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，也就是當不需要啟動(dòng)所有通道的時(shí)候，系統能自動(dòng)調整為僅啟動(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，這也有助于節省功耗。

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

GPS天線(xiàn)的需求特性
GPS天線(xiàn)也是決定GPS效能表現的關(guān)鍵。GPS衛星訊號的背景噪訊為-136dBW，為避免干擾，國際電信法規規定衛星傳送之訊號不得大于-154dBW，因此GPS的訊號實(shí)際上相當的弱，因此接收天線(xiàn)的靈敏度必須相當的高，這和天線(xiàn)的大小及形狀密切相關(guān)?？捎糜贕PS的天線(xiàn)種類(lèi)包括片狀天線(xiàn)（Patch）、螺旋式天線(xiàn)（Helix/Spiral）和平面倒F型天線(xiàn)（PIFA）等，其中又以Patch及Helix使用最多，請參考(圖四)。由于GPS的訊號屬于圓極化波，所以GPS接收天線(xiàn)也必須採圓極化的工作方式。
　

圖四. 各種適合GPS的天線(xiàn)類(lèi)型
　

平板天線(xiàn)的好處是其耐用性及相對容易制作，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星訊號，但若沒(méi)有擷取到低角度的衛星資訊，誤差也會(huì )相對較高，精確度則會(huì )下降。

較先進(jìn)的作法是採四臂螺旋天線(xiàn)（Quadrifilar Helix Antenna），它擁有全面向360度的接收能力，使天線(xiàn)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星訊號。此外，更佳的作法再導入Balun的電路設計，如此一來(lái)就能有效隔離天線(xiàn)周?chē)脑胗?，能容許各種功能的天線(xiàn)并存于極小的空間中而不會(huì )互相干擾，很適合手持設備的天線(xiàn)設計。不過(guò)，此類(lèi)天線(xiàn)的成本仍然偏高。

前瞻性技術(shù)一：DR
在車(chē)載的導航使用中，常會(huì )因為遭遇到環(huán)境上的遮蔽因素而造成導航工作無(wú)法正常運作。在高樓林立的巷道中收訊狀況往往極差，當行進(jìn)隧道中時(shí)，那更是完全沒(méi)有訊號可用。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)的導航工具。

DR的技術(shù)原理是透過(guò)能感測或量測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)距離通常採用里程計（Odometer）或加速度計（Accelerometer）來(lái)進(jìn)行量測；轉動(dòng)角度則使用磁羅盤(pán)（Compass）、陀螺儀（Gyrometer）或差分里程計（Differential Odometer）來(lái)量測；高度上的變化則需使用氣壓計（Barometer）。請參考（圖四）的整合設計實(shí)例圖。

里程計是每臺車(chē)子中皆有的裝置，GPS接收器可透過(guò)CAN Bus來(lái)連結里程計以進(jìn)行量測，但里程計的缺點(diǎn)是會(huì )因使用時(shí)間而降低其準確性。較先進(jìn)的作法是採用MEMS技術(shù)的加速度計和陀螺儀，它們的體積小，也容易進(jìn)行系統整合，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系統的精確性，還得時(shí)常進(jìn)行線(xiàn)上感測器的校準，這時(shí)就得靠GPS的定位訊號來(lái)修正DR感測器的參數項目。
　

圖五. GPS與里程計及陀螺儀的整合設計實(shí)例