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在車載系統(tǒng)中，除了行車操控息息相關(guān)的車體、傳動及安全系統(tǒng)開始導入更多電子功能外，最充分利用電子技術(shù)的應用當是資通娛樂系統(tǒng)。這個結(jié)合資訊、通訊和娛樂的車載應用系統(tǒng)，正是電子技術(shù)進展最快速的三大領(lǐng)域，當它們被轉(zhuǎn)移到汽車的市場時，也發(fā)展出獨到的應用型式與技術(shù)。

在這個領(lǐng)域出現(xiàn)的新名詞為Telematics，它是是通訊（Telecommunication）和資訊（Information）的合成字，顧名思義，它意指整合通訊與資訊的新興車載應用。在產(chǎn)品定位上，可以分為可攜式設備（Portable  Device）和車裝式設備（In-vehicle）兩種，這兩類設備又可依是否具備對外的通訊功能，再將Telematics的市場區(qū)隔分為四大塊。

GPS導航定位在Telematics中具有關(guān)鍵性的地位，車載GPS系統(tǒng)除了可為駕駛提供導航資訊外，當它與無線通訊技術(shù)（如GPRS/3G）結(jié)合時，它能提供定位資訊給Telematics的服務供應商，如裕隆的TOBE、北美GM的OnStar，以及日系的Toyota、Honda、Nissan車廠。當他們的服務中心收到個別車子的位置資訊后，就能夠為車主提供道路救援、失車找回等服務。當然，計程車或公車、游覽車也可運用GPS來發(fā)揮車隊追蹤及控管的功能。

另一個與GPS息息相關(guān)的應用則與緊急救難有關(guān)。在美國有一項e911的計畫，它要求手機中必須建置定位功能，以做為緊急狀況通報之用；e911屬于個人性的緊急救難策略，相較之下，歐盟則提出汽車駕駛緊急救難相關(guān)的eCall計畫，預定在2009年9月以后，歐盟全部的新車都要具有eCall的配備，此配備將結(jié)合碰撞偵測、GPS和行動通訊三大功能，在第一時間自動向泛歐統(tǒng)一的緊急電話號碼112進行通報，除了車輛地理位置之外，eCall還設定可傳送數(shù)據(jù)資料，以語音和資訊雙重管道讓112接線人員來判定合適的救援方式。

GPS在車載系統(tǒng)中已逐漸成為必備裝置，而且不斷發(fā)展出加值功能。本文將介紹車載GPS的系統(tǒng)設計架構(gòu)、要領(lǐng)、天線設計及其他前瞻性的技術(shù)發(fā)展趨勢。

GPS系統(tǒng)架構(gòu)剖析

在用戶端的GPS裝置是一單向的GPS訊號接收機，它會接收來自天空中導航衛(wèi)星的定位訊號，這二十多顆衛(wèi)星會傳送L1及L2兩種訊號，使用的頻率分別為1575.42MHz及1227.60MHz，一般民用的GPS接收機只需接收L1于1575.42MHz的頻率。

GPS定位系統(tǒng)是利用衛(wèi)星基本三角定位原理，由GPS接受裝置先找到三顆以上在天頂上的衛(wèi)星所在位置，再計算每顆衛(wèi)星與接收器之間的距離，就能得出接收器在三維空間中的座標值。

GPS衛(wèi)星訊號會先由GPS天線來接收，再經(jīng)由RF射頻前端將高頻訊號轉(zhuǎn)為中、低頻數(shù)位訊號，再傳送到GPS基頻元件，此元件的核心技術(shù)在于相關(guān)器（correlator）的設計，也就是透過相關(guān)器來比對找出正確的衛(wèi)星編號，進而比照取得多顆衛(wèi)星的萬年歷（Almanac）和廣播星歷（Broadcast  Ephemeris）等資料。愈多通道的相關(guān)器意味著能更快速找到衛(wèi)星的位置，目前一般GPS接收器都至少提供12個通道的相關(guān)器，更高階的接收器則具有16個，甚至是32個通道的相關(guān)器。

GPS接收器的控制功能是由微處理器或微控制器來實現(xiàn)，此一處理核心可以來自外部，也能嵌入在GPS基頻元件當中。目前較初階的GPS接收器產(chǎn)品常用ARM7做為核心，高階的機種則會升級到ARM9核心。此外，這類元件也會具備微處理器支援功能，例如UART和即時時鐘（RTC）。

星歷資料會以NMEA  0183或RTCM等格式輸出到主處理器，進一步與GIS地圖引擎整合以顯示所在街道位置，或透過無線通訊介面?zhèn)鞒鑫恢觅Y訊，讓遠端的伺服器能提供進一步的位置相關(guān)服務。NMEA  0183是GPS慣用的一種標準通訊當GPS採用差分定位（DGPS）的輔助定位模式，如美國的WAAS或歐洲的EGNOS系統(tǒng)時，則需輸出RTCM或NTRIP  1.0的協(xié)定格式。此外，由于不同的接收機所提供的原始資料格式通常會不同，當有需要針對不同型號接收機收集的資料進行統(tǒng)一處理，就必須建立  GPS  通用資料交換格式，目前業(yè)界普遍採用的格式為RINEX。 

GPS硬體架構(gòu)選擇要領(lǐng)

綜上所述，一部車載GPS的硬體系統(tǒng)架構(gòu)中，主要的單元包括天線、RF前端、基頻/相關(guān)器、處理器核心，此外，還包括記憶體、匯流排介面。這些單元可以採離散式（discrete）的作法來提高設計上的彈性，也能採整合式的策略，將多個單元整合為一顆系統(tǒng)單晶片（SoC）、單封裝（SiP）或模組，以降低設計的難度及成本。

當系統(tǒng)工程師在進行設計時，必須在效能、成本與彈性三大評量要件中進行選擇。以效能來說，GPS接收器的效能指標有四項，分別是：準確性（Position  accuracy）、靈敏度（Sensitivity）、第一次定位時間（Time  to  first  fix，TTFF）及通道數(shù)量（channel  number）。當這四項效能指標都要求達到最高時，就必須強調(diào)接收器的處理器效能、相關(guān)器通道數(shù)量、記憶體容量及高速的對外連結(jié)介面，如此一來，產(chǎn)品的成本自然會大幅提升，這時大眾市場未必能夠接受，因此往往必須做一些必要的妥協(xié)。

目前的技術(shù)已能將GPS接收器架構(gòu)中的射頻及基頻整合在一起，而高整合度的產(chǎn)品能提供更佳的成本效益。以ST的STA2056為例，它將基頻與射頻功能整合于小型的QFN-68封裝之中。它在基頻部分採用ARM7TDMI為核心，時脈可高達66MHz；在射頻部分為主動天線系統(tǒng)，含有易與被動天線連接的介面；此外，它還內(nèi)建ROM及SRAM記憶體。由于只需要用到少數(shù)的外部元件，因此能降低總體物料（BOM）成本；其小尺寸能讓產(chǎn)品設計更為輕薄短小，而且具有低功耗的優(yōu)勢；不僅如此，此類整合性產(chǎn)品也讓工程師省下調(diào)校射頻與基頻整合的研究心力，能加速產(chǎn)品上市時間。

如果強調(diào)設計上的彈性，通常會選擇射頻與基頻分離的方案，在基頻元件方面還會嵌入Flash的記憶體，并支援較豐富的匯流排介面。以ST的STA2058為例，它整合了32位元微處理器ARM7TDMI和一個嵌入式快閃記憶體（embedded  flash），并廣泛支援CAN、SPI、UART、I2C、USB等介面，以及RTCA-SC159／WAAS／EGNOS等GPS系統(tǒng)。此外，STA2058EX更擁有外接記憶體介面，可以用作遠端資訊處理服務平臺，允許免黏接邏輯（glueless）而與外部裝置（如：GSM/GPRS模組、晶片卡、音頻功能DSP）相連，非常適用于車輛應用。