衛(wèi)星定位導(dǎo)航技術(shù)目前應(yīng)用極為廣泛，與人民生活息息相關(guān)，在手機(jī)定位、精準(zhǔn)授時(shí)、汽車導(dǎo)航、智能交通、智能監(jiān)控、智能家居、國(guó)際救援等等領(lǐng)域應(yīng)用比較成熟。文章介紹了北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的移動(dòng)導(dǎo)航定位終端的分類和北斗定位基本原理、結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)了北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的移動(dòng)導(dǎo)航定位終端，給出了設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)、硬件電路以及操作系統(tǒng)。

　　1. 移動(dòng)終端定位導(dǎo)航系統(tǒng)的研究與分析

　　目前，多是按照移動(dòng)終端使用范圍對(duì)移動(dòng)終端定位導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行分類，主要包括室外定位和室內(nèi)定位。室外定位技術(shù)可分為衛(wèi)星定位技術(shù)與慣性導(dǎo)航器定位技術(shù)兩種。室內(nèi)定位系統(tǒng)多采用無(wú)線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行定位可分為超聲波、紅外、藍(lán)牙、射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification，RFID），WiFi、超寬帶定位技術(shù)等。

　　根據(jù)定位策略可把定位技術(shù)分為網(wǎng)絡(luò)定位和移動(dòng)終端定位技術(shù)兩種。網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)包括接收信號(hào)方向定位（AOA）、場(chǎng)強(qiáng)信號(hào)定位（RSS）、信號(hào)傳播時(shí)間定位（TOA等），這些技術(shù)主要依靠強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通信能力，在網(wǎng)絡(luò)端接收移動(dòng)終端發(fā)射的信號(hào)，利用算法估算移動(dòng)終端的定位信息，通過(guò)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)把其位置信號(hào)再發(fā)送給移動(dòng)終端系統(tǒng)。移動(dòng)終端定位技術(shù)包括基站定位（Cell ID）、衛(wèi)星定位，通過(guò)移動(dòng)終端接收基站發(fā)射的帶有基站位置等特征信息的信號(hào)，按照約定的算法估算出移動(dòng)終端的定位等信息。

　　而根據(jù)定位原理又可分為臨近關(guān)系定位、三角測(cè)量定位和場(chǎng)景分析定位等定位技術(shù)。三角測(cè)量定位技術(shù)又可細(xì)分為傳播時(shí)間定位、能量衰減定位、角度定位等。

　　2. 北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)定位原理

　　衛(wèi)星定位技術(shù)依據(jù)同一坐標(biāo)系空間內(nèi)己知的多個(gè)點(diǎn)的位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)，利用空間距離交會(huì)的方法計(jì)算未知點(diǎn)的坐標(biāo)值，實(shí)現(xiàn)定位、導(dǎo)航功能。2000年，北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)采用中國(guó)大地坐標(biāo)系（China Geodetic Coordinate System，CGCS2000），CGCS200C唑標(biāo)系以地球質(zhì)心作為原點(diǎn)，x軸指向國(guó)際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)機(jī)構(gòu)制定的參考子午面和垂直于z軸的赤道面交點(diǎn)的方向，z軸也是由x軸、Y軸利用右手法則確定，指向國(guó)際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)機(jī)構(gòu)指定的地球參考極方向。如圖1所示。

　　公式（2）中，δtu表示移動(dòng)終端的接收時(shí)間差，p表示誤差修正系數(shù)。根據(jù)數(shù)學(xué)計(jì)算要求，在衛(wèi)星數(shù)n≥4時(shí)，可以計(jì)算出δtu的值以及A點(diǎn)的準(zhǔn)確定位坐標(biāo)（z、y、z），從而實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星定位及導(dǎo)航功能。

　　北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為空間段、地面段、用戶段三部分?？臻g段由5顆靜止軌道衛(wèi)星、27顆中地球軌道衛(wèi)星和3顆傾斜同步軌道衛(wèi)星，共計(jì)35顆衛(wèi)星構(gòu)成。其中，中地球軌道衛(wèi)星約在21600km高度運(yùn)行；靜止軌道衛(wèi)星在約為35810km高度運(yùn)行，定點(diǎn)分布在赤道面的58.75°E，80°E，110.5°E，140°E，160°E位置上，27顆中地球軌道衛(wèi)星均勻分布在3個(gè)軌道面上，相鄰軌道面之間的夾角為120°；3顆傾斜同步軌道衛(wèi)星約在35900km高度運(yùn)行，且分布在3個(gè)軌道面上?？臻g段衛(wèi)星主要接收地面段注入站注入的導(dǎo)航電文、衛(wèi)星星歷、差分完好性等信號(hào)信息，計(jì)算處理為北斗衛(wèi)星信號(hào)，并持續(xù)不斷地把這些信號(hào)發(fā)送給地面接收端。

　　地面段由主控站、注入站、監(jiān)測(cè)站組成。主控站時(shí)系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)管理和控制北斗定位導(dǎo)航系統(tǒng)，其功能是從監(jiān)測(cè)站接收地面環(huán)境參數(shù)，進(jìn)行計(jì)算處理后生成北斗衛(wèi)星的導(dǎo)航電文及差分完好性信息，最后發(fā)送給注入站。注入站負(fù)責(zé)發(fā)送導(dǎo)航電文、差分完好性信息等給北斗衛(wèi)星，控制管理北斗衛(wèi)星的正常工作。監(jiān)測(cè)站負(fù)責(zé)跟蹤、監(jiān)測(cè)、接收北斗衛(wèi)星信號(hào)，并轉(zhuǎn)發(fā)給地面主控站，同時(shí)提供北斗衛(wèi)星時(shí)間同步參考。用戶段即移動(dòng)北斗衛(wèi)星定位導(dǎo)航終端，負(fù)責(zé)接收、處理北斗衛(wèi)星信號(hào)，獲得用戶需要的高度、經(jīng)緯度、速度、時(shí)間等定位、導(dǎo)航信息。

　　3. 北斗定位導(dǎo)航系統(tǒng)移動(dòng)導(dǎo)航定位終端設(shè)計(jì)

　　3.1北斗定位導(dǎo)航系統(tǒng)移動(dòng)導(dǎo)航定位終端結(jié)構(gòu)

　　北斗定位導(dǎo)航終端采用移動(dòng)式設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，采用獨(dú)立的操作系統(tǒng)和良好人機(jī)界面設(shè)計(jì)，其特點(diǎn)為體積小、重量輕、交互友好、安全性高，能夠?qū)崿F(xiàn)全天候準(zhǔn)確定位、通信等。子模塊功能包括用戶界面、通信、定位、地圖顯示、地圖搜索、電子地圖、系統(tǒng)加密、系統(tǒng)維護(hù)等。用戶界面采用表單或字符輸入方式接收用戶指令，并以圖形、文字等方式返回?cái)?shù)據(jù)。通信功能主要是接收衛(wèi)星信號(hào)，向主控模塊傳遞信息等。根據(jù)用戶選擇的定位方式得到移動(dòng)終端所出的準(zhǔn)確坐標(biāo)。地圖顯示可以提供區(qū)域地圖、用戶當(dāng)前位置地圖等地圖信息，在用戶進(jìn)行方向選擇、動(dòng)態(tài)移動(dòng)、拉近拉遠(yuǎn)等操作時(shí)，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)進(jìn)行信息變化；系統(tǒng)可以根據(jù)用戶輸入的某一地點(diǎn)的信息，搜索該點(diǎn)位置并精準(zhǔn)顯示，在用戶輸入出發(fā)地和目的地后，通過(guò)路由算法找到最短路徑，提供導(dǎo)航地圖。電子地圖模塊在于存儲(chǔ)地圖文件等信息。系統(tǒng)可以使用AES等算法對(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，確保數(shù)據(jù)的安全性。系統(tǒng)能夠根據(jù)用戶需要對(duì)導(dǎo)航終端進(jìn)行必要的設(shè)置，定期備份、更新地圖數(shù)據(jù)，提供所有的地圖文件下載接口，設(shè)置用戶各種操作權(quán)限，在軟件出現(xiàn)新版本時(shí)出現(xiàn)版本更新提示等等。

　　3.2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　本文設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)主要包括射頻信號(hào)處理模塊、數(shù)字基帶信號(hào)處理模塊和天線接口。射頻信號(hào)處理模塊由射頻信號(hào)處理芯片電路、噪聲放大器（LNA）電路、溫補(bǔ)晶振（TCXO）和聲表面波濾波器（SAW）電路等電路組成。射頻信號(hào)處理芯片與溫補(bǔ)晶振電路對(duì)衛(wèi)星高頻信號(hào)進(jìn)行放大、混頻、濾波、ADC轉(zhuǎn)換，輸出數(shù)字中頻信號(hào)；噪聲放大器實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星信號(hào)功率放大；聲表面波濾波器電路濾除帶外干擾等雜散信號(hào)。數(shù)字基帶信號(hào)處理模塊主要由數(shù)字基帶信號(hào)處理芯片、串行接口電路、RTC晶振電路等構(gòu)成，接收上一級(jí)數(shù)字中頻信號(hào)并進(jìn)行解調(diào)，獲得衛(wèi)星的偽距、載波相位、導(dǎo)航電文等信息，通過(guò)算法進(jìn)行計(jì)算，輸出符合標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的數(shù)據(jù)信息；衛(wèi)星天線接口負(fù)責(zé)連接北斗衛(wèi)星信號(hào)的接收天線。硬件電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　3.3操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　導(dǎo)航定位終端系統(tǒng)操作系統(tǒng)采用Linux網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，具有兼容性、可移植性、開(kāi)放性、精簡(jiǎn)性、可定制等特點(diǎn)。嵌入式Linux系統(tǒng)通過(guò)引導(dǎo)程序、Linux微內(nèi)核、初始化進(jìn)程等進(jìn)行系統(tǒng)初始化，通過(guò)下載源碼、建立交義編譯環(huán)境，配置編譯內(nèi)核，制作文件系統(tǒng)，下載和調(diào)試內(nèi)核LS等環(huán)節(jié)，方便地將嵌入式Linux移植到硬件平臺(tái)上，??時(shí)動(dòng)態(tài)進(jìn)行操作系統(tǒng)更新和操作。

　　4. 結(jié)語(yǔ)

　　本文設(shè)計(jì)的基于北斗衛(wèi)星移動(dòng)導(dǎo)航定位終端具備良好的人機(jī)界面環(huán)境，采用路由算法和有源/無(wú)源定位滿足客戶定位、導(dǎo)航的需要，用戶可自由選擇終端工作模式，功能齊全，操作簡(jiǎn)便。

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