0 引 言
隨著社會(huì)進(jìn)步，機(jī)動(dòng)車(chē)保有量越來(lái)越多，汽車(chē)成了普通人的代步工具，參加駕駛員培訓(xùn)、準(zhǔn)備拿駕照的人越來(lái)越多，為規(guī)范駕駛員培訓(xùn)，有必要研制開(kāi)發(fā)一種能對(duì)駕駛員的駕駛技能和安全意識(shí)進(jìn)行科學(xué)、規(guī)范測(cè)試的自動(dòng)化考評(píng)系統(tǒng)。
現(xiàn)在，駕駛員拿駕照前要通過(guò)實(shí)際道路駕駛技能考試（科目三考試），即駕駛員在考試時(shí)要駕駛考車(chē)在3~5km的實(shí)際道路上完成上車(chē)準(zhǔn)備、起步、直線行駛、變更車(chē)道、通過(guò)路口、通過(guò)人行橫道線、學(xué)校區(qū)域、通過(guò)公共汽車(chē)站、會(huì)車(chē)、超車(chē)、靠邊停車(chē)、掉頭、夜間行駛和綜合評(píng)判共計(jì)14個(gè)考試項(xiàng)目，其中需要檢測(cè)考車(chē)相對(duì)于道路邊緣線、道路中間線、路口停車(chē)線、車(chē)道分割線的距離，以及檢測(cè)直線行駛、掉頭等考試項(xiàng)目是否合格。
本文研制的一種駕駛員實(shí)際道路駕駛技能自動(dòng)化考試系統(tǒng)采用RTK GPS定位技術(shù)，能對(duì)考車(chē)在實(shí)際道路上的位置進(jìn)行動(dòng)態(tài)定位和測(cè)距，其精度可以達(dá)到"厘米"級(jí)，很好地滿足了系統(tǒng)對(duì)考車(chē)定位和測(cè)距的高精度要求。
1 載波相位實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分技術(shù)（RTK）定位原理
采用RTK GPS定位技術(shù)對(duì)考試車(chē)輛在道路上的位置進(jìn)行動(dòng)態(tài)定位，其系統(tǒng)組成通常包括三部分：基準(zhǔn)站，移動(dòng)站（考車(chē)）和通信單元?；鶞?zhǔn)站通常設(shè)置在考試道路附近的建筑物上或路邊立桿上，移動(dòng)站安裝在考試車(chē)輛上，通信單元用于實(shí)現(xiàn)基準(zhǔn)站和移動(dòng)站之間的數(shù)據(jù)通信，如圖1所示。基準(zhǔn)站實(shí)時(shí)接收GPS衛(wèi)星信號(hào)，其偽距的載波相位觀測(cè)量見(jiàn)公式（1），并將觀測(cè)量以廣播的形式發(fā)送出去；移動(dòng)站（考車(chē)）實(shí)時(shí)接收GPS衛(wèi)星信號(hào)，其偽距的載波相位觀測(cè)量見(jiàn)公式（2），同時(shí)接收基準(zhǔn)站發(fā)送的載波相位數(shù)據(jù)，進(jìn)行組差解算，其偽距觀測(cè)方程見(jiàn)公式（3），通過(guò)計(jì)算得到厘米級(jí)的考車(chē)定位坐標(biāo)。
式中：Nir,o,Nip,o是整周模糊數(shù)；Ni r,Nip是從初始?xì)v元開(kāi)始至觀測(cè)歷元間的相位整周累積數(shù)；Φi r,Φip是測(cè)量相位的小數(shù)部分；λ是載波波長(zhǎng)，L1載波波長(zhǎng)是19cm,L2載波波長(zhǎng)是24cm.
圖1 原理組成
式中：Δ-ρ是同一觀測(cè)歷元的各項(xiàng)殘差之和。
在使用RTK GPS定位技術(shù)對(duì)考車(chē)位置進(jìn)行精確測(cè)量時(shí)，整周模糊數(shù)的正確求解是獲得高精度考車(chē)定位位置的必要條件。求解整周模糊數(shù)采用整數(shù)最小二乘理論，即首先利用最小二乘法求出浮點(diǎn)解，再通過(guò)快速搜索算法在整數(shù)約束條件下求出整周模糊數(shù)，最后得到固定解。在本道路考試系統(tǒng)研制時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)考車(chē)行駛過(guò)程中的實(shí)時(shí)定位，采用組合波寬巷處理技術(shù)對(duì)整周模糊數(shù)求解，工作時(shí)采用雙頻GPS接收機(jī)，利用常規(guī)碼載波相位差分測(cè)量，得到一個(gè)整周模糊度的近似估值，然后對(duì)偽距噪聲及多路徑效應(yīng)進(jìn)行平滑，減少整周數(shù)的搜索個(gè)數(shù)，最后根據(jù)雙頻信號(hào)，通過(guò)兩種波長(zhǎng)（巷寬）的線性組合，可以得到一個(gè)寬巷的巷寬。
GPS的二個(gè)載波信號(hào)：f1=1 575.42 MHz,波長(zhǎng)λ1=19cm;f2=1 227.60MHz,波長(zhǎng)λ2=24cm,通過(guò)公式（4）的計(jì)算得到一個(gè)寬巷波長(zhǎng)λ 寬為86cm 的巷寬。
寬巷的波長(zhǎng)比單頻的波長(zhǎng)大4倍，利用寬巷極易在估值范圍內(nèi)求出巷寬的整周模糊數(shù)，再利用f1和寬巷參數(shù)間的線性關(guān)系求出f1和整周模糊數(shù)。該方法求解速度快，一般只需要幾秒到十幾秒就可以快速求解出整周模糊數(shù)。在本道路考試系統(tǒng)中，考車(chē)行駛時(shí)受樹(shù)木、建筑物、橋梁和山峰等障礙物影響會(huì)出現(xiàn)"周跳"誤差，導(dǎo)致定位精度變差，考車(chē)駛出遮擋物的影響區(qū)域后，在不到10s的時(shí)間內(nèi)就可以消除"周跳"誤差恢復(fù)到精確定位。
RTK GPS定位系統(tǒng)工作時(shí)，基準(zhǔn)站需要把觀測(cè)得到的載波相位信息實(shí)時(shí)傳送到考車(chē)上的移動(dòng)站，為保證考車(chē)定位信息的高精度，要求數(shù)據(jù)傳送的誤碼率小于10-7,差分信息的更新時(shí)間不高于10s,這對(duì)基準(zhǔn)站和考車(chē)之間的無(wú)線通信單元提出了較高的要求。
本道路自動(dòng)化考試系統(tǒng)研制時(shí)，利用滿足IEEE 802.11a/b/g協(xié)議要求的無(wú)線基站端、無(wú)線客戶端設(shè)備（AP）組建一個(gè)能在控制中心（基準(zhǔn)站）和考車(chē)（移動(dòng)站）之間實(shí)現(xiàn)音頻、視頻、數(shù)據(jù)通信的無(wú)線局域網(wǎng)來(lái)傳送基準(zhǔn)站觀測(cè)的載波信息到移動(dòng)站，很好地滿足了RTK GPS定位系統(tǒng)中對(duì)數(shù)據(jù)鏈通信的要求；該通信單元也可以利用中國(guó)聯(lián)通、中國(guó)電信提供的3G業(yè)務(wù)平臺(tái)組建一個(gè)虛擬專網(wǎng)（VPN）來(lái)實(shí)現(xiàn)。
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