车载GPS导航系统设计

在系统设计上还有一些需注意的要领，包括功耗的降低和杂讯、干扰的抑制。以GPS接收器来说，相关器的运作是产生功耗的主要来源，因此最好能分别控制每个相关器通道，也就是当不需要启动所有通道的时候，系统能自动调整为仅启动所需的相关器通道，以降低功耗。此外，透过备用电池的使用，能将电源电压降低，这也有助于节省功耗。

从高频转低频的过程，是杂讯产生的主要环节，在此过程中必须妥善抑制杂讯的产生，例如将SAMP CLK的讯号谐波降到最小，以免混杂在中频（IF）链路当中，这可透过在射频前端与相关器之间配置适当的电阻器来达成抑制的目标。此外，各单元在电路上的佈局和佈线，也会影响干扰的状况，因此需要进行妥善的规划。

GPS天线的需求特性
GPS天线也是决定GPS效能表现的关键。GPS卫星讯号的背景噪讯为-136dBW，为避免干扰，国际电信法规规定卫星传送之讯号不得大于-154dBW，因此GPS的讯号实际上相当的弱，因此接收天线的灵敏度必须相当的高，这和天线的大小及形状密切相关。可用于GPS的天线种类包括片状天线（Patch）、螺旋式天线（Helix/Spiral）和平面倒F型天线（PIFA）等，其中又以Patch及Helix使用最多，请参考(图四)。由于GPS的讯号属于圆极化波，所以GPS接收天线也必须採圆极化的工作方式。
　

图四. 各种适合GPS的天线类型
　

平板天线的好处是其耐用性及相对容易制作，成本也较便宜。不过它具有明显的方向性，平板要面向天空才能得到较好的接收效果。这种方向性会带来使用上极大的限制；此外，它虽然能顺利接收到正上方的卫星讯号，但若没有撷取到低角度的卫星资讯，误差也会相对较高，精确度则会下降。

较先进的作法是採四臂螺旋天线（Quadrifilar Helix Antenna），它拥有全面向360度的接收能力，使天线在任何方向都有3dB的增益。这让GPS接收器能以各种角度摆放，而且能接收到很低角度的卫星讯号。此外，更佳的作法再导入Balun的电路设计，如此一来就能有效隔离天线周围的噪讯，能容许各种功能的天线并存于极小的空间中而不会互相干扰，很适合手持设备的天线设计。不过，此类天线的成本仍然偏高。

前瞻性技术一：DR
在车载的导航使用中，常会因为遭遇到环境上的遮蔽因素而造成导航工作无法正常运作。在高楼林立的巷道中收讯状况往往极差，当行进隧道中时，那更是完全没有讯号可用。在这个时候，就可以透过方位推估（Dead Reckoning，DR）技术来做为暂时的导航工具。

DR的技术原理是透过能感测或量测距离及方向改变的装置，来估算出车子移动位置的改变。在正向的行进距离通常採用里程计（Odometer）或加速度计（Accelerometer）来进行量测；转动角度则使用磁罗盘（Compass）、陀螺仪（Gyrometer）或差分里程计（Differential Odometer）来量测；高度上的变化则需使用气压计（Barometer）。请参考（图四）的整合设计实例图。

里程计是每台车子中皆有的装置，GPS接收器可透过CAN Bus来连结里程计以进行量测，但里程计的缺点是会因使用时间而降低其准确性。较先进的作法是採用MEMS技术的加速度计和陀螺仪，它们的体积小，也容易进行系统整合，不过，一分钱一分货，精确度高的MEMS元件也需要较高的成本。此外，在实用上，要提升DR系统的精确性，还得时常进行线上感测器的校准，这时就得靠GPS的定位讯号来修正DR感测器的参数项目。
　

图五. GPS与里程计及陀螺仪的整合设计实例