基于北斗/3G兼容型车载终端设计

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参考文献
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基于北斗/ 3G 兼容型车载终端设计
□张昊辰张欣铃申小艳河南省电子规划研究院有限责任公司
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
【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
数据转发给监控管理平台。媒体服务器也可以存储这些视
频数据，监控管理平台可以对这些数据进行检索和点播。
2.4 监控管理平台
监控管理平台用于视频监控连接的建立、视频流的
接收、解码播放以及远程控制等功能。监控管理平台可以
查看和管理多个监控端的视频图像，控制台实时监控图
像画面如图3 所示。
同时，本系统还可实现无人值守监控功能。利用图像
处理算法对比前后两幅图像是否发生变化来判断指定区
域是否有异常行为，一旦发生异常，监控中心即发出警报
信息。同样，在监控端也可实现远程报警，一旦摄像头探
测到异常信号（如人脸识别等），监控端即向监控管理中
心发送MESSAGE 消息，监控管理中心以此判定有异常状
况，启动报警装置。
三、结束语
本文设计并实现了基于嵌入式Android 平台的SIP 远
程视频监控系统。系统使用SIP 协议来进行传输的建立与
控制，采用嵌入式终端来采集视频，提高了系统的效率与
稳定。在嵌入式平台上采用Android 系统，便利了对视频的
编码与传输。通过对SIP 信令扩展参数的设置，实现组呼接
入多路视频的功能，同时自主监控的设计使得系统更加智
能化与人性化。由此可见，利用SIP 协议的易扩展性，通过
SIP 协议的扩展能满足更加多样化的控制需求。
图3 实时监控画面
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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。
5.1 信息处理与控制模块
采用ARM7 嵌入式系统，主要功能是进行信息处理
和控制各模块间按照通信协议要求执行进行响应操作。
该模块由CPU、外部存储器、I/O 接口机控制逻辑电路组
成。其中CPU 采用NXP 公司推出的LPC2468 微控制器，
该CPU 最高频率为72MHz，内含512kB 的片内Flash 和
98kB 的片内SRAM 存储器，以及1 个IO/IOO 以太网媒体
访问控制器（MAC）、1 个带4kB 终端RAM 的USB 全速设
备／主机/OTG 控制器、4 个UART、2 路控制器局域网
（CAN）通道、1 个SPI 接口、2 个同步串行端口（SSP）、3 个
I2C 接口和1 个12S 接口。同时还带有1 个片内4MHz 内
部振荡器、98kB RAM（包括64kB 局部SRAM、16kB 以太
网SRAM、16kB 通用DMA SRAM 和2kB 电池供电
SRAM）以及1 个外部存储器控制器（EMC）来支持上述的
各种串行通信接口。这些特性非常适合于通信网关和协
议转换器。
5.2 无线通讯模块
无线通讯模块根据用户需要采用华为MC322 或者
图1 系统总体结构图
图2 车载终端硬件结构框图
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MU733 无线通讯模块负责移动车辆和监控中心的双向通
信，车辆的状态信息即通过无线通讯模块发送到监控中
心。在通信不发达的区域采用Iridium 9602 铱星通讯模块
进行紧急通讯。
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。
图3 软件主要工作流程
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2014-10-1 06:38 上传

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