车载电子应用技术

本书介绍了汽车音视频技术的基础知识、汽车音响及汽车视频播放设备的工作原理，同时讲述了音响改装技术，并以汽车导航设备为平台，讲解了北斗及GPS导航定位原理，对时下流行的汽车无线网络及相关车载电子设备也有介绍。 

车载电子技术属于汽车电子技术的范畴，在汽车中起着重要的作用。本书介绍了汽车音视频技术的基础知识、汽车音频及汽车视频播放设备的工作原理，同时讲述了音视频改装技术，并以汽车导航设备为平台，讲解了导航定位原理，对目前流行的汽车无线网络及相关车载电子设备也进行了介绍。
本书可作为应用型本科、高职汽车电子及相关专业的教材，也可供从事车载电子产品研究、开发、制造、生产和管理等方面的工程技术人员参考。

第1章汽车音视频技术基础

 

1.1音视频技术基础知识

 

1.1.1音频技术基础

 

1.1.2视频技术基础

 

1.2数字音频与数字视频

 

1.2.1模拟与数字信号

 

1.2.2数字音频技术

 

1.2.3数字视频技术

 

1.3汽车音视频设备概述

 

1.3.1汽车音频设备

 

1.3.2汽车视频设备

 

思考题

 

第2章汽车音频技术应用

 

2.1电子元件与基本电路

 

2.1.1电阻器

 

2.1.2电容器和电感器

 

2.1.3半导体元件

 

2.1.4基本元件电路

 

2.1.5谐振电路

 

2.2无线电及调谐器原理

 

2.2.1无线电信号收发

 

2.2.2调幅与调频收音机

 

2.2.3立体声广播与数字调谐器

 

2.3音频光盘和音频设备

 

2.3.1CD机结构组成

 

2.3.2CD信号记录和重放

 

2.3.3激光头拾音技术

 

2.3.4MP3及汽车音频接口

 

思考题

 

第3章汽车视频技术应用

 

3.1视频光盘和视频设备

 

3.1.1VCD及SVCD

 

3.1.2DVD

 

3.2视频显示与视频编辑

 

3.2.1视频显示设备

 

3.2.2视频编辑基础

 

3.3汽车音视频改装实践

 

3.3.1相关改装器件

 

3.3.2系统改装前拆解

 

3.3.3改装类型和原则

 

3.3.4改装过程

 

3.3.5改装后的系统调试

 

思考题

 

第4章卫星导航技术基础

 

4.1导航概述

 

4.1.1导航的意义

 

4.1.2地理大发现与导航技术的发展

 

4.2卫星导航系统

 

4.2.1卫星多普勒导航定位系统

 

4.2.2GPS卫星导航定位系统

 

4.2.3GLONASS卫星导航定位系统

 

4.2.4GALILEO卫星导航定位系统

 

4.2.5COMPASS北斗卫星导航系统

 

4.3空间与时间坐标系

 

4.3.1地球坐标系

 

4.3.2天球坐标系

 

4.3.3时间系统

 

思考题

 

第5章卫星导航技术应用

 

5.1GPS导航卫星

 

5.1.1GPS导航卫星运行规律及基本轨道参数

 

5.1.2GPS导航卫星发送的信号

 

5.1.3GPS导航电文

 

5.1.4导航卫星位置的计算

 

5.2GPS接收机与伪定位原理

 

5.2.1GPS接收机

 

5.2.2相关接收与载波跟踪

 

5.2.3卫星定位算法

 

5.2.4GPS系统定位误差分析

 

5.3卫星导航系统的应用领域

 

5.3.1GNSS产业链

 

5.3.2GNSS应用分类

 

5.3.3GNSS的主要应用领域

 

5.4卫星导航在交通运输业的应用

 

5.4.1汽车自主导航

 

5.4.2车辆跟踪与监控

 

5.4.3实时交通信息服务

 

5.4.4汽车智能信息系统

 

5.4.5列车运营监控系统

 

5.4.6航空应用

 

思考题

 

第6章无线通信技术基础

 

6.1无线传输基础

 

6.1.1电磁波的基本知识

 

6.1.2电磁波的传播及频谱

 

6.2无线通信方式

 

6.2.1数字微波中继通信

 

6.2.2移动通信

 

6.2.3卫星通信

 

6.3无线通信技术

 

6.3.1扩频技术

 

6.3.2复用和多址技术

 

6.3.3调制技术

 

6.3.4天线技术

 

6.3.5损伤和衰落

 

思考题

 

第7章车载无线通信应用

 

7.1无线局域网

 

7.1.1无线局域网的概念

 

7.1.2无线局域网的链路结构

 

7.1.3无线局域网的组建

 

7.2无线传感器网络

 

7.2.1无线传感器网络的概念

 

7.2.2无线传感器网络的特点

 

7.2.3无线传感器网络的组建

 

7.2.4无线传感器网络的应用

 

7.3蓝牙及其车载应用

 

7.3.1蓝牙基础

 

7.3.2蓝牙系统的组成与实现

 

7.3.3蓝牙车载免提应用

 

7.4其他车载无线应用

 

7.4.1红外通信技术

 

7.4.2射频识别技术

 

7.4.3倒车雷达技术

 

思考题

 

参考文献

 

随着汽车技术的发展及各种高新技术在汽车上的应用，汽车已经由传统的机械装置逐渐演变为一个集机械、电子、计算机、控制、通信等技术于一体的复杂系统，这一过程也被称为汽车的电子化，相关的技术通常被称为汽车电子技术。汽车电子技术按其功能分为汽车电子控制技术和车载电子技术。车载电子技术尚无标准定义，本书讨论的对象一般是指车载电子设备，即在汽车环境下独立使用的电子设备，它主要用于提高汽车的娱乐性、提供各类信息或附属功能，一般包括汽车音响、车载导航系统、信息系统、车载电话及其他娱乐和辅助系统等。也有观点把部分车身控制系统也划归车载电子设备的范畴(此部分不纳入本书讲述范围)。

汽车电子技术作为一门电子技术和汽车技术的交叉学科，其重要性越来越引起人们的重视。汽车电子化的过程不仅仅体现在发动机和底盘的电控系统，而且体现在各种中高档轿车的车载电子系统。根据2010—2015年汽车电子领域技术模块专利分布统计，发动机、底盘电子控制系统和安全控制系统占汽车电子的比例分别为17%、16%和13%，而娱乐与信息网络系统作为车载电子的典型代表占比达到20%，如果加上34%的车身控制系统，二者总比例将超过前三者的总和。车载电子技术不仅可以方便、丰富人们的生活，同时也是汽车电子技术研究和应用的重要领域。

车载电子设备从早期只有收音机等音响设备发展到目前支持播放DVD视频、卫星导航、无线通信等系统。当前中高档轿车的发展趋势是人、车、环境充分交互，车载信息平台集电子、通信、网络、嵌入式等技术于一体，除了普通的车载多媒体影音娱乐外，普遍配备车载电话、信息导航、无线上网、智能交通、辅助驾驶等先进技术。近年来，苹果、谷歌等IT企业和宝马、奔驰、通用等众多汽车企业深入开展智能导航、自动驾驶等方面的合作，这些是移动互联网和车载电子技术结合的生动实例。随着北斗卫星导航系统在我国完成区域系统建设，并提供正式运行服务，北斗车载应用已成为北斗应用市场的一个极其重要的领域。当前众多车载导航上下游企业都在争夺这个市场份额，这为车载电子技术增加了一个新的课题。

为满足相关教学需求，国内外出版过多部汽车音视频改装及汽车导航的专业书籍，但这些著作并没有从整体上讲述车载电子技术的应用状况，要么侧重于传统的汽车音视频改装，要么侧重于GPS导航技术原理讲解，且很少有教材引入信息及网络系统等车载电子应用技术，无法满足汽车电子专业学生对相关知识学习的需求。鉴于此，作者在多年来讲授“汽车音视频技术”“汽车导航技术”“车载电子技术”等课程的基础上，编写了此书。在编写过程中，注意把握车载电子技术发展的趋势，引入北斗导航技术的知识和汽车信息网络的应用，把握好传统与革新的关系，从结构和基本原理出发，叙述深入浅出，对车载电子应用技术进行了详细、全面、深入的介绍和分析。

本书共7章。第1章主要介绍汽车音视频技术的基础知识和主要设备，第2章介绍基本电路知识、无线电调谐器、CD及MP3等汽车音频设备，第3章介绍视频光盘、图像显示设备及汽车音视频改装，第4章介绍卫星导航的基础知识，第5章介绍卫星导航系统的应用，第6章介绍无线通信技术基础知识，第7章介绍车载短距离无线通信应用。本书可作为应用型本科、高职汽车电子及相关专业的教材，也可供从事车载电子产品研究、开发、制造、生产和管理等方面的工程技术人员参考。

参加教材编写的人员有：
张凯(第1~3章)、于湛(第4章)、李正国(第5~7章)、李武钢(部分素材)。李正国任主编，张凯任副主编。

在本书编写过程中查阅了大量的书籍、文献和资料，引用了其中一些技术资料和图表，在此谨向作者表示感谢。同时，在讨论教材体系结构安排和资料收集时，得到了朱方来老师及众多车载电子产品企业的帮助，在此表示衷心的感谢。

限于编者水平，疏漏之处在所难免，恳请读者不吝赐教。

 

编者2017年8月

第3章汽车视频技术应用
随着数字视频技术的发展和普及，汽车音响主机设备也增加了视频显示功能，从早期的收音机及CD音源升级为VCD和DVD，导航及信息娱乐系统在汽车上更是大量应用汽车视频设备。本章介绍VCD/DVD等视频播放设备和以LCD为代表的视频显示设备，并简要介绍行车记录仪及视频编辑基础，后论述汽车车载音视频设备的改装技术。3.1视频光盘和视频设备CD机只具有音频播放功能，而VCD则在CD的基础上增加了视频播放功能。DVD与VCD相比，容量更大、清晰度更高，目前已成为视频播放领域的主流。3.1.1VCD及SVCD1.  VCD(video CD)
VCD执行标准为1993年“白皮书”(1993年3月1.0版、1993年9月1.1版、1994年3月2.0版)，它由飞利浦、索尼、胜利、松下四家公司联合发表。VCD光盘直径12cm，存储74min活动图像和声音信号，图像水平清晰度为250线，低于LD的水平，声音达CD水平。VCD意为视频影碟，它采用了MPEG1为基础的国际技术准则。MPEG1国际技术准则，即活动图像专家组数据压缩技术，它规定了VCD的信息存储格式与CD相同，都采用帧编码记录方式，光盘转速、读取方法与CD一致，具有相同的编码体制。因其光盘成本低，得到了快速的普及。2. SVCDSVCD是我国创造的具有知识产权的播放音频和视频图像的设备。它部分采用了MPEG2的压缩技术，但光盘的记录密度与VCD相同，其图像质量介于VCD和DVD之间； 图像水平清晰度达350线，优于VCD的水平，但低于DVD的水平； 播放时间为45min。由于其价格和VCD接近，并能兼容VCD和CD，因此早期在我国占有一定的市场份额。随着DVD技术的普及及产品价格的降低，SVCD逐渐退出市场。3.1.2DVDDVD(digital video disc)采用了MPEG2数据压缩技术，其音频和视频图像的质量达到了专业级水平。DVD光盘提高了记录密度，使其信息容量也大幅度提高，单面单层的DVD光盘可记录133min的信息，所以又称为高密度光盘。DVD向下兼容CD，这有助于DVD的市场普及，同时也有利于用DVD取代CDROM。DVD光盘的信息读取要采用波长更短、光束更细的激光头。DVD视盘机的图像水平清晰度为480线，超过普通电视机的清晰度水平。音频信号采用5.1声道环绕声标准，是家庭影院的理想设备。DVD视盘机具有优良的电声性能，已经成为激光视听设备的主流产品。1. DVD的主要特点(1) 高密度DVD光盘与CD光盘直径均为120mm，但CD光盘的容量为650MB，仅能存放74min VHS质量的动态视频图像； 而单面单层DVD记录层具有4.7GB理论容量，若以接近于广播级电视图像质量需要的平均数据率4.69Mb/s播放，能够存放133min的整部电影。双面双层光盘的容量高达17GB，可以容纳4部影片于单张光盘上。这就要求在DVD中采用更先进的技术手段来提高信息记录密度，从而增加盘的容量。表31列出了为提高光盘记录密度所采用的几项技术手段，图31对比了三种数字光盘的盘面坑纹。

表31CD/DVD部分参数对比

技术手段CD/VCDDVD
纠错编码冗余度/%3115.4激光波长λ/nm780635光斑直径/μm1.741.08道间距/μm1.60.74凹坑小长度/μm0.830.4凹坑宽度/μm0.60.4容量650Mb4.7Gb

图31CD、DVD、蓝光DVD光盘坑纹
(a) CD； (b) DVD； (c) 蓝光DVD