車載導航系統中常用物理量和單位

2021-09-06 13:07:45 字數 2089 閱讀 4970

在車載導航系統的開發過程中,為了對自車狀態進行描述,不可避免的要使用各種物理量,如:車輛行進方向、車輛所在位置的經緯度座標、車速、時間等。容易理解,如果在乙個變數被用來表示上述物理量資訊時,我們需要為這個變數規定乙個單位,這樣才能完整體現變數所代表的含義。沒有單位,單純通過乙個變數具有的數值是無法表達物理量的完整含義的。   

出於效能和資源的考慮,通常使用整型數而非浮點型來表示物理量。為了使整型變數可以在足夠高的精度上對物理量進行描述,導航系統中使用的物理量單位通常比國際標準單位更小。例如,乙個經緯度變數的定義: long llongitude; // 1/2560秒   1/2560秒是乙個非常小的單位,等於0.000390625秒。   

下面的**列出了一些在導航系統中常見的物理量和單位: 物理量 常用單位 經緯度 1/256秒、1/2560秒、1/1000秒 速度 0.1千公尺/小時,0.25公尺/秒,節 長度 1/1000公尺,1/256公尺,1/2公尺 角度 360/65535 度、360/256度、1/1000度、分、秒 時間 秒、1/100秒、毫秒

2. 物理量單位與資料型別的選擇   

如果不考慮效能問題,全部使用浮點型來描述物理量的話,那麼應該盡量使用國際單位制中的標準單位或者常用單位。如果使用整型來描述物理量的話,就需要對於資料型別和單位進行適當的選擇。c語言中主要整型型別有三種, char、short和long,每種型別都有各自的有符號和無符號型別。接下來對資料型別和單位的選擇進行分析。   

關於物理量單位的選擇,乙個整型變數所能表示的最小物理單位就是單位本身的物理含義,如果單位過大,這個整型變數所表示的物理量的精度就較低,無法表示非常小的數值;反之如果選擇過小的單位,雖然在精度上不存在問題,但受到整型數的資料範圍限制,導致這個變數無法表示大數值的物理量。因此在設計物理量單位的時候,要根據資料的取值範圍和精度進行綜合考慮。   

關於資料型別的選擇,資料型別的位數越多,其能夠表示的數值範圍就越大,同時在記憶體資源上的開銷也就越大;反之,資料型別的位數少的話能夠節省儲存空間,但受到自身數值範圍的限制,無法用來表達高精度要求的資料。因此在資料型別方面的選擇,就是在系統資源和資料精度要求之間的權衡。   

下面以導航系統中兩個典型的物理量為例進行分析。   

(1) 經緯度   導航系統中,描述經緯度的資料型別是4位元組有符號整型long,物理量單位是1/2560 秒。如此設計用意何在?   

首先對於經緯度的數值範圍進行分析。經度的範圍是東經180度~西經180度,緯度的範圍是南緯90度~北緯90度。為設計思路簡單起見,使用有符號整型的負數部分表示西經和南緯。因此,在地圖資料的經緯度同時存在東經和西經,或者同時存在北緯和南緯的情況下,需要使用有符號資料型別來儲存經緯度。   

其次,需要在char、short和long這幾種型別中進行選擇。需要表示的最大數值範圍是(-180度,180度),假設使用這三種資料型別的最大取值範圍來表示此區間,即可計算出這三種整型數能夠支援的最小單位: long:360度 / 4294967296 = 0.00000008381903171539度,赤道附近約相當於0.00905公尺; short:360度 / 65536 =  0.00549316406度,赤道附近約相當於593.26172公尺; char:360度 / 256 = 1.40625度,赤道附近約相當於151875公尺。   

導航系統中gps訊號和地圖資料的精度約為10公尺左右,顯然char和short無法滿足上述精度要求,因此資料型別便可以確定為有符號長整型long。   

關於物理量單位,在gn8007的gps協議中,經緯度的單位是1/256秒,kiwi格式的地圖資料中正規化經緯度大致相當於1/220秒。為了資料精度在運算中不受到損失,所選擇的單位應小於等於上述單位。而且為了計算方便,所選擇單位最好是與上面單位成整數倍數關係。   

long型別能夠表示的最小單位是360/4294967296度,約為1/3314秒。因此,單位的分母就是在256到3314範圍內選擇乙個盡量大的256的倍數。考慮到自然數中最常用的十進位制,最終選擇256的10倍作為單位的分母,即以1/2560秒作為經緯度的單位。   

(2)車輛角度   

導航系統中,車輛角度使用的是有符號short型別來表示,使用的單位是360/65536度,即以short的取值範圍[-32768, 32767]來表示360度,所能夠表達的最高精度約為0.00549度。資料型別和單位的選擇出於以下原因: a、 該單位的精度足以滿

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