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GPS车载系统设计制造中的可靠性研究
全球卫星定位系统(GPS)以其定位精度高且不受城乡地理位置影响等特点在世界范围内掀起了一股应用热潮，国内GPS行业产品主要应用于汽车防盗、车辆调度，以及物流管理等诸多方面，GPS车载系统是其中最重要的环节。
GPS应用系统是一个庞大、复杂的系统工程，包括车载设备软硬件的设计、制造，中心监控系统软件开发，安装及售后服务系统的建立、运转，客户培训、服务系统的建立、运转等等，这些系统的建立，其投资动辄以千万元计，运转费用则高达每月上百万元，由于其担负生命及财产安全的保卫任务，可靠工作成为系统设计、建立、运转的头等大事。
单纯从技术角度看，随着信息技术的发展，计算机软硬件系统、网络技术已经成为高度成熟的技术，因而涉及到这些方面的可靠性问题相对较少，也比较容易解决，相比之下，由于种种原因，车载系统设计、制造中的可靠性问题变得相当突出，已经成为目前制约行业发展的瓶颈因素。
以下几个方面决定了对GPS车载系统的可靠性要求是极高的：
1、工作要求苛刻
GPS车载系统担负安全防范、管理调度重任，要求在任何时刻都能够呼的应、叫的通，必须24小时全天候工作，尤其是安防型产品更要在关键时刻发挥作用，因此车载机必须能够长年累月的正常工作而不允许出现关机、死机、功能错乱等现象，其工作要求远远超出了家电、手机、甚至汽车的电脑系统，这些系统中CPU可以通过关机、换电池、断电等方式重新启动而清除累积的错误状态，即使出错也不会造成大的损失，而GPS车载机工作不正常则有可能造成财产甚至生命损失。GPS车载机的工作要求达到了与大型网络服务器、电信通讯系统同等要求的程度，必须按照通讯系统不间断工作的可靠性要求去设计、生产车载机，人工对GPS车载机进行断电、复位都是不允许的，在GPS车载机上安装电源开关。复位按钮是不可想象的。随便举个例子说明一下：
假定车载机软件故障时间是6个月即平均每工作l80天才出一次问题，这个指标对家电、手机、电脑、汽车意味着绝对可靠，因为他们永远不会连续工作l80天，甚至10天都不会，而头10天软件错误累积可以认为是0，只要一关机、断电，软件状态又会从零开始。实际上电脑有时连10个小时都坚持不住而死机，但我们认为电脑已经很可靠了，因为我们2个小时就做完工作关机了，就算有时2小时都坚持不住，大不了重新启动一次。而车载机必须长年累月连续工作，若市场上运转的机器达到2000台，就意味着平均每天有l0台机器出故障，要是卖到2万台、20万台呢?答案是不可能，因为用户不敢再买了。
2、工作环境严酷
GPS车载系统工作于车上，按照汽车工业的标准，车载电子设备的设计标准介于工业级和军级之间，其最重要的指标就是环境温度范围，工作于发动机舱的设备要求工作温度范围为-40-125℃，其余地方要求为-40-85℃，车载GPS设备一般安装在汽车仪表板下面，有些车况不太好的汽车，发动机热量会泄漏到这里，汽车长时间工作后温度很高。我们实测若千辆连续工作近20小时的出租车，仪表板下安装车载机的部位有的温度达到了80℃，机器内部GPS板CPU芯片表面温度甚至达到了88℃。由于我国幅员辽阔最北方冬季气温可低达—30℃以下，对车载机的低温工作特性也提出了严格的要求。
由于汽车是室外工作，还会遇到水汽、灰尘、油污、腐蚀性气体、液体等各种不利因素。因此，GPS车载机的工作环境极为严酷的，如果将电信的交换机设备置于如此环境之下工作，恐怕早就瘫痪了。
3、震动、冲击强烈
车载机安装于飞驰的汽车之上，汽车行驶中的震动不可避免的要传到车载机上，一般产品只要达到运输抗震要求就可以了，可以通过在包装上做文章来解决，车载机却是机器本身长期承受剧烈震动，对其抗震性能要求很高。当发生撞车时即使车身撞烂车载机也必须保证能正常工作以进行报警，因而又要求机器能承受强烈的冲击。
4、电磁环境恶劣
车载机由汽车电瓶供电，电压波动范围宽，汽车启动瞬间l2V的汽车电瓶电压可能跌到5V以下，这个“瞬间”有时长达l0秒，24V供电汽车若调节器质量不好或电瓶线松动时供电电压可能会蹿到100V以上，还有可能出现能量很大的反向脉冲电压，汽油机点火系统高达几万伏的脉冲点火电压产生强烈的电磁辐射，其他车载电子设备也有程度不同的电磁干扰，车载机的GSM部分本身也是一个强电磁辐射源，工作在如此恶劣的电磁环境下，对车载机的抗干扰性能要求很高。
5、功能特别复杂
即使在以上条件下，有些产品的可靠性还是相当高的，例如汽车收音机就可以不断电连续工作数年而不出问题，但这些设备功能都比较简单。比起收音机来，GPS车载机的功能太复杂了，为了最大限度提高设备的性价比，GPS车载机一般集成了车载电话、液晶显示(收发短消息)手柄等，高档的语音通道传输安防型设备还有中控锁遥控系统、语音提示操作等功能，既能对外报警又能打入电话查车遥控，其处理器需要对GPS、GSM等信息进行处理，要处理若干传感器信号，控制若干路输出信号(继电器、报警喇叭等等)，还要进行人机界面处理，与手机、网络处理设备不同的是，这些输入输出信息不会遵守任何格式或时间方面的协议，完全是随机且杂乱无章的，比如踩刹车时GSM来了振铃，而此时GPS板的数据中出现了一个校验错误，在用户按下挂断键之前，刹车太猛又产生了发动机停车信号。这些信息组合数量非常庞大，车载机的处理器必须保证在任何情况下都能做出正确的判断处理，否则就可能累积错误最终导致崩溃。实际装车的车载机出车越多问题越多，就是因为车一动，情况就复杂起来了。
6、成本要求严格
再复杂的功能，总可以采用高强度的处理器及操作系统轻松解决，比如手机、PDA。不幸的是GPS车载机属于民用产品且处于市场起步阶段，基于国内残酷的商业竞争环境，对其制造成本要求很严，不可能像网络处理器那样采用高档的处理器和硬件芯片，也不能像手机那样通过巨大的产量降低成本而使用功能完善的操作系统，纵观国内众多生产厂家，除个别采用32位ARM处理器，大多采用16位或8位增强型处理器，软件方面有的采用了公开源码的实时操作系统，更多的则直接采用C或汇编语言进行编程。相对于复杂的功能，苛刻的要求真有点“针尖上跳芭蕾”的味道，由于没有操作系统支持直接对硬件编程，程序量多达上万行，且所有细节都必须由编程实现，稍有不慎就会埋下隐患。
7、可靠性成本极高
当GPS车载机出现故障时，必须将车辆召回返修，修复成本比起其他产品要高的多，尤其是当成批出现无法重现故障时，其解决代价几乎无法估计，若导致生命或财物损失还会引起高额索赔，因此从经济角度计算，必须提高可靠性。
综上所述，GPS车载机工作环境严酷，功能复杂，工作要求苛刻，成本限制严格，可靠性成本高，因此GPS车载机的设计、制造过程中对可靠性保证要求极高。
无人机
由300架小型无人机组成的编队徐徐起飞，变化成“海豚”造型轻巧跃过港珠澳大桥，这条长100米，宽60米，高60米的巨型立体白海豚，伴着桥上的烟火，与无人船、无人车遥相呼应，最终变换为“新时代”三个字，上演了一场蔚为壮观的空中“舞蹈”。
编队表演现场环境复杂，为提高精准度，工程师们创新采用了RTK载波相位差分定位技术，定位精度可达厘米级。无人机高精度天线成为了不可或缺的重要部件，新型无人机天线采用螺旋结构设计，在提高精度的同时又大大降低了无人机负载重量。保证了无人机精准执行飞行轨迹，完成复杂的舞步。
无人车
由百度Apollo无人车队领衔的百辆高科技车队在港珠澳门做出了同时直行、编队蛇行、同时列队、超车、8字交叉跑等多个复杂的车队阵型，堪称春晚历史上首次黑科技表演。此次在春晚亮相的自动驾驶车队覆盖了多种车型，涵盖的场景包括：家用出行、园区接驳、城市清洁、物流运输等多个应用场景。
在春晚的车队中，以国产、自主可控的智能驾驶技术为基础，集自动控制、视觉计算、人工智能等多项技术于一体，配有摄像头、激光雷达、欧源通高精度天线等设备定位并感知周围环境，实时对其他道路使用者和突发状况做出反应。
无人船
在海上，一艘7.5米长的海洋无人艇带领着80条1.6米长的小型无人艇，组合成海上的“离弦之箭”穿过港珠澳大桥。81艘无人艇协作，在无人艇行业中，还是首次。即使是军方应用，都没有同时集结过如此多数量的无人艇。
面对无人船编队行进进程中的风浪流涌等环境搅扰要素以及船体动力零碎变化等，无人船团队采用了鲁棒和自顺应控制技术，采用高精度的GNSS和惯导的组合导航，结合RTK技术，则确保了无人船编队的精准行进轨迹。
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