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GPS車載系統(tǒng)設計制造中的可靠性研究
全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)以其定位精度高且不受城鄉(xiāng)地理位置影響等特點在世界范圍內(nèi)掀起了一股應用熱潮，國內(nèi)GPS行業(yè)產(chǎn)品主要應用于汽車防盜、車輛調(diào)度，以及物流管理等諸多方面，GPS車載系統(tǒng)是其中最重要的環(huán)節(jié)。
GPS應用系統(tǒng)是一個龐大、復雜的系統(tǒng)工程，包括車載設備軟硬件的設計、制造，中心監(jiān)控系統(tǒng)軟件開發(fā)，安裝及售后服務系統(tǒng)的建立、運轉(zhuǎn)，客戶培訓、服務系統(tǒng)的建立、運轉(zhuǎn)等等，這些系統(tǒng)的建立，其投資動輒以千萬元計，運轉(zhuǎn)費用則高達每月上百萬元，由于其擔負生命及財產(chǎn)安全的保衛(wèi)任務，可靠工作成為系統(tǒng)設計、建立、運轉(zhuǎn)的頭等大事。
單純從技術角度看，隨著信息技術的發(fā)展，計算機軟硬件系統(tǒng)、網(wǎng)絡技術已經(jīng)成為高度成熟的技術，因而涉及到這些方面的可靠性問題相對較少，也比較容易解決，相比之下，由于種種原因，車載系統(tǒng)設計、制造中的可靠性問題變得相當突出，已經(jīng)成為目前制約行業(yè)發(fā)展的瓶頸因素。
以下幾個方面決定了對GPS車載系統(tǒng)的可靠性要求是極高的：
1、工作要求苛刻
GPS車載系統(tǒng)擔負安全防范、管理調(diào)度重任，要求在任何時刻都能夠呼的應、叫的通，必須24小時全天候工作，尤其是安防型產(chǎn)品更要在關鍵時刻發(fā)揮作用，因此車載機必須能夠長年累月的正常工作而不允許出現(xiàn)關機、死機、功能錯亂等現(xiàn)象，其工作要求遠遠超出了家電、手機、甚至汽車的電腦系統(tǒng)，這些系統(tǒng)中CPU可以通過關機、換電池、斷電等方式重新啟動而清除累積的錯誤狀態(tài)，即使出錯也不會造成大的損失，而GPS車載機工作不正常則有可能造成財產(chǎn)甚至生命損失。GPS車載機的工作要求達到了與大型網(wǎng)絡服務器、電信通訊系統(tǒng)同等要求的程度，必須按照通訊系統(tǒng)不間斷工作的可靠性要求去設計、生產(chǎn)車載機，人工對GPS車載機進行斷電、復位都是不允許的，在GPS車載機上安裝電源開關。復位按鈕是不可想象的。隨便舉個例子說明一下：
假定車載機軟件故障時間是6個月即平均每工作l80天才出一次問題，這個指標對家電、手機、電腦、汽車意味著絕對可靠，因為他們永遠不會連續(xù)工作l80天，甚至10天都不會，而頭10天軟件錯誤累積可以認為是0，只要一關機、斷電，軟件狀態(tài)又會從零開始。實際上電腦有時連10個小時都堅持不住而死機，但我們認為電腦已經(jīng)很可靠了，因為我們2個小時就做完工作關機了，就算有時2小時都堅持不住，大不了重新啟動一次。而車載機必須長年累月連續(xù)工作，若市場上運轉(zhuǎn)的機器達到2000臺，就意味著平均每天有l(wèi)0臺機器出故障，要是賣到2萬臺、20萬臺呢?答案是不可能，因為用戶不敢再買了。
2、工作環(huán)境嚴酷
GPS車載系統(tǒng)工作于車上，按照汽車工業(yè)的標準，車載電子設備的設計標準介于工業(yè)級和軍級之間，其最重要的指標就是環(huán)境溫度范圍，工作于發(fā)動機艙的設備要求工作溫度范圍為-40-125℃，其余地方要求為-40-85℃，車載GPS設備一般安裝在汽車儀表板下面，有些車況不太好的汽車，發(fā)動機熱量會泄漏到這里，汽車長時間工作后溫度很高。我們實測若千輛連續(xù)工作近20小時的出租車，儀表板下安裝車載機的部位有的溫度達到了80℃，機器內(nèi)部GPS板CPU芯片表面溫度甚至達到了88℃。由于我國幅員遼闊最北方冬季氣溫可低達—30℃以下，對車載機的低溫工作特性也提出了嚴格的要求。
由于汽車是室外工作，還會遇到水汽、灰塵、油污、腐蝕性氣體、液體等各種不利因素。因此，GPS車載機的工作環(huán)境極為嚴酷的，如果將電信的交換機設備置于如此環(huán)境之下工作，恐怕早就癱瘓了。
3、震動、沖擊強烈
車載機安裝于飛馳的汽車之上，汽車行駛中的震動不可避免的要傳到車載機上，一般產(chǎn)品只要達到運輸抗震要求就可以了，可以通過在包裝上做文章來解決，車載機卻是機器本身長期承受劇烈震動，對其抗震性能要求很高。當發(fā)生撞車時即使車身撞爛車載機也必須保證能正常工作以進行報警，因而又要求機器能承受強烈的沖擊。
4、電磁環(huán)境惡劣
車載機由汽車電瓶供電，電壓波動范圍寬，汽車啟動瞬間l2V的汽車電瓶電壓可能跌到5V以下，這個“瞬間”有時長達l0秒，24V供電汽車若調(diào)節(jié)器質(zhì)量不好或電瓶線松動時供電電壓可能會躥到100V以上，還有可能出現(xiàn)能量很大的反向脈沖電壓，汽油機點火系統(tǒng)高達幾萬伏的脈沖點火電壓產(chǎn)生強烈的電磁輻射，其他車載電子設備也有程度不同的電磁干擾，車載機的GSM部分本身也是一個強電磁輻射源，工作在如此惡劣的電磁環(huán)境下，對車載機的抗干擾性能要求很高。
5、功能特別復雜
即使在以上條件下，有些產(chǎn)品的可靠性還是相當高的，例如汽車收音機就可以不斷電連續(xù)工作數(shù)年而不出問題，但這些設備功能都比較簡單。比起收音機來，GPS車載機的功能太復雜了，為了最大限度提高設備的性價比，GPS車載機一般集成了車載電話、液晶顯示(收發(fā)短消息)手柄等，高檔的語音通道傳輸安防型設備還有中控鎖遙控系統(tǒng)、語音提示操作等功能，既能對外報警又能打入電話查車遙控，其處理器需要對GPS、GSM等信息進行處理，要處理若干傳感器信號，控制若干路輸出信號(繼電器、報警喇叭等等)，還要進行人機界面處理，與手機、網(wǎng)絡處理設備不同的是，這些輸入輸出信息不會遵守任何格式或時間方面的協(xié)議，完全是隨機且雜亂無章的，比如踩剎車時GSM來了振鈴，而此時GPS板的數(shù)據(jù)中出現(xiàn)了一個校驗錯誤，在用戶按下掛斷鍵之前，剎車太猛又產(chǎn)生了發(fā)動機停車信號。這些信息組合數(shù)量非常龐大，車載機的處理器必須保證在任何情況下都能做出正確的判斷處理，否則就可能累積錯誤最終導致崩潰。實際裝車的車載機出車越多問題越多，就是因為車一動，情況就復雜起來了。
6、成本要求嚴格
再復雜的功能，總可以采用高強度的處理器及操作系統(tǒng)輕松解決，比如手機、PDA。不幸的是GPS車載機屬于民用產(chǎn)品且處于市場起步階段，基于國內(nèi)殘酷的商業(yè)競爭環(huán)境，對其制造成本要求很嚴，不可能像網(wǎng)絡處理器那樣采用高檔的處理器和硬件芯片，也不能像手機那樣通過巨大的產(chǎn)量降低成本而使用功能完善的操作系統(tǒng)，縱觀國內(nèi)眾多生產(chǎn)廠家，除個別采用32位ARM處理器，大多采用16位或8位增強型處理器，軟件方面有的采用了公開源碼的實時操作系統(tǒng)，更多的則直接采用C或匯編語言進行編程。相對于復雜的功能，苛刻的要求真有點“針尖上跳芭蕾”的味道，由于沒有操作系統(tǒng)支持直接對硬件編程，程序量多達上萬行，且所有細節(jié)都必須由編程實現(xiàn)，稍有不慎就會埋下隱患。
7、可靠性成本極高
當GPS車載機出現(xiàn)故障時，必須將車輛召回返修，修復成本比起其他產(chǎn)品要高的多，尤其是當成批出現(xiàn)無法重現(xiàn)故障時，其解決代價幾乎無法估計，若導致生命或財物損失還會引起高額索賠，因此從經(jīng)濟角度計算，必須提高可靠性。
綜上所述，GPS車載機工作環(huán)境嚴酷，功能復雜，工作要求苛刻，成本限制嚴格，可靠性成本高，因此GPS車載機的設計、制造過程中對可靠性保證要求極高。
無人機
由300架小型無人機組成的編隊徐徐起飛，變化成“海豚”造型輕巧躍過港珠澳大橋，這條長100米，寬60米，高60米的巨型立體白海豚，伴著橋上的煙火，與無人船、無人車遙相呼應，最終變換為“新時代”三個字，上演了一場蔚為壯觀的空中“舞蹈”。
編隊表演現(xiàn)場環(huán)境復雜，為提高精準度，工程師們創(chuàng)新采用了RTK載波相位差分定位技術，定位精度可達厘米級。無人機高精度天線成為了不可或缺的重要部件，新型無人機天線采用螺旋結(jié)構(gòu)設計，在提高精度的同時又大大降低了無人機負載重量。保證了無人機精準執(zhí)行飛行軌跡，完成復雜的舞步。
無人車
由百度Apollo無人車隊領銜的百輛高科技車隊在港珠澳門做出了同時直行、編隊蛇行、同時列隊、超車、8字交叉跑等多個復雜的車隊陣型，堪稱春晚歷史上首次黑科技表演。此次在春晚亮相的自動駕駛車隊覆蓋了多種車型，涵蓋的場景包括：家用出行、園區(qū)接駁、城市清潔、物流運輸?shù)榷鄠€應用場景。
在春晚的車隊中，以國產(chǎn)、自主可控的智能駕駛技術為基礎，集自動控制、視覺計算、人工智能等多項技術于一體，配有攝像頭、激光雷達、歐源通高精度天線等設備定位并感知周圍環(huán)境，實時對其他道路使用者和突發(fā)狀況做出反應。
無人船
在海上，一艘7.5米長的海洋無人艇帶領著80條1.6米長的小型無人艇，組合成海上的“離弦之箭”穿過港珠澳大橋。81艘無人艇協(xié)作，在無人艇行業(yè)中，還是首次。即使是軍方應用，都沒有同時集結(jié)過如此多數(shù)量的無人艇。
面對無人船編隊行進進程中的風浪流涌等環(huán)境攪擾要素以及船體動力零碎變化等，無人船團隊采用了魯棒和自順應控制技術，采用高精度的GNSS和慣導的組合導航，結(jié)合RTK技術，則確保了無人船編隊的精準行進軌跡。
歐源通天線始終致力于提供性能最強、體驗最佳的衛(wèi)星定位、衛(wèi)星通信、無線數(shù)傳等核心產(chǎn)品。公司自2010年開始，專注在無線數(shù)傳產(chǎn)品的研發(fā)設計與生產(chǎn)，經(jīng)過多年的積累和沉淀，已經(jīng)形成面向測量測繪、精準農(nóng)業(yè)、駕考駕培、無人機、野外機器人、物聯(lián)網(wǎng)等不同行業(yè)的全系列產(chǎn)品。經(jīng)過嚴格的可靠性測試，歐源通產(chǎn)品具有高速率、零錯傳輸?shù)谋ＷC。發(fā)展至今，歐源通電臺產(chǎn)品已與國內(nèi)外主流廠商形成長期的深入合作，產(chǎn)品質(zhì)量已獲得行業(yè)的高度認可。