0 引 言
隨著社會進(jìn)步，機(jī)動車保有量越來越多，汽車成了普通人的代步工具，參加駕駛員培訓(xùn)、準(zhǔn)備拿駕照的人越來越多，為規(guī)范駕駛員培訓(xùn)，有必要研制開發(fā)一種能對駕駛員的駕駛技能和安全意識進(jìn)行科學(xué)、規(guī)范測試的自動化考評系統(tǒng)。
現(xiàn)在，駕駛員拿駕照前要通過實際道路駕駛技能考試（科目三考試），即駕駛員在考試時要駕駛考車在3~5km的實際道路上完成上車準(zhǔn)備、起步、直線行駛、變更車道、通過路口、通過人行橫道線、學(xué)校區(qū)域、通過公共汽車站、會車、超車、靠邊停車、掉頭、夜間行駛和綜合評判共計14個考試項目，其中需要檢測考車相對于道路邊緣線、道路中間線、路口停車線、車道分割線的距離，以及檢測直線行駛、掉頭等考試項目是否合格。
本文研制的一種駕駛員實際道路駕駛技能自動化考試系統(tǒng)采用RTK GPS定位技術(shù)，能對考車在實際道路上的位置進(jìn)行動態(tài)定位和測距，其精度可以達(dá)到"厘米"級，很好地滿足了系統(tǒng)對考車定位和測距的高精度要求。
1 載波相位實時動態(tài)差分技術(shù)（RTK）定位原理
采用RTK GPS定位技術(shù)對考試車輛在道路上的位置進(jìn)行動態(tài)定位，其系統(tǒng)組成通常包括三部分：基準(zhǔn)站，移動站（考車）和通信單元。基準(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，移動站安裝在考試車輛上，通信單元用于實現(xiàn)基準(zhǔn)站和移動站之間的數(shù)據(jù)通信，如圖1所示。基準(zhǔn)站實時接收GPS衛(wèi)星信號，其偽距的載波相位觀測量見公式（1），并將觀測量以廣播的形式發(fā)送出去；移動站（考車）實時接收GPS衛(wèi)星信號，其偽距的載波相位觀測量見公式（2），同時接收基準(zhǔn)站發(fā)送的載波相位數(shù)據(jù)，進(jìn)行組差解算，其偽距觀測方程見公式（3），通過計算得到厘米級的考車定位坐標(biāo)。
式中：Nir,o,Nip,o是整周模糊數(shù)；Ni r,Nip是從初始?xì)v元開始至觀測歷元間的相位整周累積數(shù)；Φi r,Φip是測量相位的小數(shù)部分；λ是載波波長，L1載波波長是19cm,L2載波波長是24cm.
圖1 原理組成
式中：Δ-ρ是同一觀測歷元的各項殘差之和。
在使用RTK GPS定位技術(shù)對考車位置進(jìn)行精確測量時，整周模糊數(shù)的正確求解是獲得高精度考車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解，再通過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，為了實現(xiàn)對考車行駛過程中的實時定位，采用組合波寬巷處理技術(shù)對整周模糊數(shù)求解，工作時采用雙頻GPS接收機(jī)，利用常規(guī)碼載波相位差分測量，得到一個整周模糊度的近似估值，然后對偽距噪聲及多路徑效應(yīng)進(jìn)行平滑，減少整周數(shù)的搜索個數(shù)，最后根據(jù)雙頻信號，通過兩種波長（巷寬）的線性組合，可以得到一個寬巷的巷寬。
GPS的二個載波信號：f1=1 575.42 MHz,波長λ1=19cm;f2=1 227.60MHz,波長λ2=24cm,通過公式（4）的計算得到一個寬巷波長λ 寬為86cm 的巷寬。
寬巷的波長比單頻的波長大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，考車行駛時受樹木、建筑物、橋梁和山峰等障礙物影響會出現(xiàn)"周跳"誤差，導(dǎo)致定位精度變差，考車駛出遮擋物的影響區(qū)域后，在不到10s的時間內(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，基準(zhǔn)站需要把觀測得到的載波相位信息實時傳送到考車上的移動站，為保證考車定位信息的高精度，要求數(shù)據(jù)傳送的誤碼率小于10-7,差分信息的更新時間不高于10s,這對基準(zhǔn)站和考車之間的無線通信單元提出了較高的要求。
本道路自動化考試系統(tǒng)研制時，利用滿足IEEE 802.11a/b/g協(xié)議要求的無線基站端、無線客戶端設(shè)備（AP）組建一個能在控制中心（基準(zhǔn)站）和考車（移動站）之間實現(xiàn)音頻、視頻、數(shù)據(jù)通信的無線局域網(wǎng)來傳送基準(zhǔn)站觀測的載波信息到移動站，很好地滿足了RTK GPS定位系統(tǒng)中對數(shù)據(jù)鏈通信的要求；該通信單元也可以利用中國聯(lián)通、中國電信提供的3G業(yè)務(wù)平臺組建一個虛擬專網(wǎng)（VPN）來實現(xiàn)。
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