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第十一章
车载无线电技术简介
学习要求 熟悉无线电基础知识，了解无线电波波段的化分、用途和无线 电频率资源管理的必要性。熟悉无线电广播发射和接收的组成和 工作原理，熟悉电视原理和彩电制式。了解无线电通信的种类， 熟悉移动通信和卫星通信的组成和工作原理。了解无线电定位与 导航的基本原理，了解GPS全球定位系统的组成和工作原理。熟 悉车载GPS定位、电子地图与车辆定位管理系统的工作原理。 无线电技术是通过无线电波传播和接收声音、图像或其他信号 的技术。 无线电技术、有线通信技术和计算机计术的结合已把整个 地球连成一体，并且帮助人类探索月球及外层空间。其中无 线电技术的产生和发展始终促进人类信息化的发展。无线电 电报、无线电广播、无线电电视广播、卫星通信、卫星电视、 雷达、无线电导航、无线电遥控遥测、个人无线通信工具— —手机等，都依靠无线电技术。 现代汽车的车载通信和导航等也依靠无线电技术。
第一节
无线电基础知识
一、无线电波 1.无线电波 无线电波是指在自由空间（包括空气和真空）传播的射 频频段的电磁波。 1864年，英国科学家麦克斯韦在总结前人研究电磁现象 的基础上，建立了完整的电磁波理论，他断定电磁波的存 在，推导出电磁波与光具有同样的传播速度。 1887年德 国物理学家赫兹用实验证实了电磁波的存在。之后，人们 又进行了许多实验，不仅证明光是一种电磁波，而且发现 了更多形式的电磁波，它们的本质完全相同，只是波长和 频率有很大的差别。
无线电波属于电磁波的一大类。电磁波按照波长或频率的 顺序把这些电磁波排列起来，就是电磁波谱。如果把每个波 段的频率由低至高依次排列的话，它们是工频电磁波、无线 电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线和宇宙射 线。以无线电的波长最长，宇宙射线的波长最短。 在19世纪末，意大利人马可尼和俄国人波波夫同在1895年 进行了无线电通信试验。无线电最早应用于航海中，使用摩 尔斯电报在船与陆地间传递信息。在此后的100年间，从 3kHz直到3000GHz的频谱被认识、开发和逐步利用，现在无 线电有着多种应用形式。 无线电波中的微波加热，还用于工业、医疗和家用电器。
通过射电天文望远镜接收到的宇宙天体发射的无线电波信 号可以研究天体的物理、化学性质。这门学
科叫射电天文学。 由于无线电波具有能量，
人们在研究利用微波无线传送电 能。小功率、短距离的无线充电器已研制成功。 当人体受到高频段的无线电波辐射时，辐射能量和时间大 于一定数值时，会引起机体损伤或诱发疾病。因此，对高频 段、高能量的辐射必须采取一定防护措施。
2.无线电波管理 由于无线电波具有相互干扰和频率资源有限的特点，并且 涉及军事、国家安全和公共安全，国际和各国无线电协调或 管理组织都对无线电的使用和管理十分重视。二次世界大战 期间，世界性国际合作基本停顿，唯独世界无线电管理始终 维持正常协调，可见无线电波管理之重要。 无线电使用的管理和协调的国际合作开展很早，1865年就 成立国际电报联盟，1906年由德、英、法、美和日本等27个 国家在柏林签订《国际无线电公约》，现在国际上管理与协 调无线电使用的组织是国际电信联盟，是联合国专门机构之 一，简称ITU。 我国无线电管理的最高机构是国家无线电管理委员会，各 省、自治区、直辖市和设区的市各设有相应的地方无线电管 理委员会。我国无线电管理的法规是《中华人民共和国
无线电管理条例》。条例中规定：无线电频谱资源属国家所有。 国家对无线电频谱实行统一规划、合理开发、科学管理、有 偿使用的原则。 3.无线电波段的划分和应用 为了充分发挥不同频率的无线电波的应用，国际电信联盟 根据不同的传播特性，不同的使用业务，对整个无线电频谱 按一段段的波段进行划分，在习惯上称为波段，也可称为频 段。无线电波段的划分和应用见表11-l。
表11-1 无线电波段的划分和应用
波段 名称 甚低频 低频
符号 VLF LF
频率 3-30KHz 30-300KHz
波段 超长波 长波
波长 1KKm-100Km 10Km-1Km
传播 特性 地波为主 地波为主
主要用途 海岸潜艇通信；远距离 通信；超远距离导航 调幅无线电广播；电报； 地下岩层通信；远距离 导航 电报；船用通信；业余 无线电通信；移动通信； 中距离导航 调幅无线电广播；远距 离短波通信；国际定点 通信基地 调频无线电广播；电视； 导航；雷达；对空间飞 行体通信；移动通信 调频无线电广播；电视； 导航；雷达；中、小容 量微波中继通信 大容量微波中继通信； 数字通信；卫星通信； 国际海事卫星通信 再入大气层时的通信； 波导通信网络电视广告
中频
MF
0.3-3MHz
中波
1Km-100m
地波与天波
高频
贝克曼梁HF
3-30MHz
短波
100m-10m
天波与地波
甚高频
VHF
30-300MHz
米波
10m-1m
空间波
特高频
UHF
0.3-3GHz
分米波
1m-0.1m
空间波
超高频
SHF
3-30GHz
厘米波
10cm-1cm
空间波
极高频
EHF
30-300GHz
毫米波
自动泊车功能
10mm-1mm
空间波
为了更合理、有效、节约和充分使用无线电波频谱，各国在 国际电信联盟划分波段的框架内，又制定更细化的无线电波 使用规定。我国电声无线电广播波段是：中波广播的波段为 526.5-1605.5kHz；短波广播的波段为2.3-26.1MHz；调频广 播的波段为87-108MHz。 电视广播使用的波段是：甚高频段有12个频道，其频率范围 是：1-5频道为48.5-92MHz，6-12频道为167-223MHz。特高 频段有56个频道，其频道范围是从13-68频道，相对应的频 率范围是470-958MHz。习惯上，甚高频段用文字“VHF”表 示，其中1-5频道用VL表示，6-12频道用VH表示；特高频段 用文字“UHF”表示。
可以看多，有些波段之间的频谱是不连续的。如电视广播的1-5频道为48.592MHz，6-12频道为167-223MHz，其间隔70多MHz宽的频段是导航和雷 达使用频段，但在有线电视传播中，这一频段可以使用，称为增补频段。 有线电视传播用的光缆或同轴电缆不会产生电磁辐射或屏蔽好，对外不 产生干扰，因此，有线电视传播可使用合适的、连续的、更宽的波段传 播更多的电视信号和其它数据信号。 车载电台使用的频段和具体频率由当地的无线电管理委员会确定，可以分 配专用频率使用，也可使用业余无线电通信频段中的频率，业余无线电 通信频段的频率在430MHz到440MHz围内。 4.无线电波的传播方式 不同波长的无线电波有着不同的传播特性，无线电波的传播方式大致有 三种：地波、天波和空间波。
防弹门
地波：沿地球表面空间传播的无线电波叫做地波。地波传播 时无线电波可随地球表面的弯曲而改变传播方向。其传播途 径主要取决于地面的电特性。 天波：依靠大气电离层的反射来传播的无线电波叫做天波。 地球的大气层一般可分为三层：离地面18Km以内，大气是 互相对流的，称为对流层；离地面18～60Km的空间，气体 对流现象减弱，称为平流层；离地面60～20000Km的范围， 称为电离层。 空间波：沿直线传播的无线电波叫做空间波。微波是以空间 波传播的，微波又叫超短波，它即不能以地波形式传播，又 不能依靠电离层的反射以天波的形式传播，微波的传播形式 跟光相似是沿直线传播的。
高频无线电波因具有光传播的性质，因此，在遇到金属或 其它合适的反射面会产生反射波和散射波。反射波可用遥测， 这也是军事雷达和气象雷达的基本原理。散射波在一定程度 上也起传播作用，但也可干扰入射波。 二、无线电波发送与接收 无线电波是由频率很高的交变电流通过天线辐射的结果。 无线电电声发射机和接收机的
原理方框图如图11-1所示。
图11-1 无线电发射机和接收机原理方框图 （a）无线电发射机 （b）无线电接收机
1.发射机的各部分组成与功能 （1）高频振荡器 又称载波发生器，它产生的等幅等频高 频电磁振荡波，起“载荷被发送信号”的作用，故称“载 波”，如图11-2中ua所示。载波信号ua传送给调制器。 （2）
调制信号 就是要被发送的信号，在图11-1中为话筒 产生的音频电信号。在图11-2中以正弦波ub代表调制信号， 也可以是图像信号、数字信号和遥控信号等。调制信号ub也 传送给调制器。 （3）调制器 它的作用是用调制信号ub调制载波信号ua， 因此，载波信号ua又称为被调制信号。常用的调制方式有调 幅和调频。 调幅：用调制信号ub的幅值变化调制载波信号ua的幅值变化， 形成调幅波信号uc，称为调幅。如图11-2所示。
调频：用调制信号ub的幅值变化调制载波信号ua的频率变 化，形成调频波信号ud，称为调频。如图11-2所示。 （4）功率放大器 其作用是将已调载波放大所需功率。 （5）天线 天线是在无线电收发系统中向空间辐射或从空 间接收电磁波的金属装置。由于各种无线电设备采用的波段 不同，天线的设计也就不同，如在长、中、短波段，一般用 导线构成天线，有T形、环形、菱形天线等。在微波波段， 用金属板或金属网制成喇叭天线或抛物面天线。一般天线都 具有可逆性，即同一副天线既可用作发射天线，也可用作接 收天线。同一天线作为发射或接收的基本特性参数是相同的。
图11-2 载波的调制与解调
2.接收机的各部分组成与功能 （1）调谐器 一般由可调谐串联LC谐振电路和放大器组成。 接收天线能收到很多频率不同的无线电波。当调节串联LC谐 振电路的固有谐振频率与某一无线波的频率相同时，该频率 信号的谐振电压可达最大，即表示收到这个载波信号了。 （2）解调器 其作用是将载波信
号中的调制信号ub解出来， 即还原出来。图11-3所示为一简单的调幅波解调电路，二极 管VD起检波作用（在解调电路中对二极管的作用习惯上不称 整流，而称检波，原理相同），经检波后的波形是调幅波uc 的半波，如图11-2中的ue所示 ，ue含有调制信号ub的变化规 律。经高频滤波电容C1的滤波，使ue变化平滑（如ue上的虚 线所示，幅值略低），成为含有直流分量的调制信号ub 。 低频耦合电容C2将含有直流分量的调制信号ub耦合到R
上，C2起隔直通交作用，这样在R两端获得发射机发送的调制信 号正弦波ub 。
涂料用润湿分散剂
图11-3 调幅波解调电路
(4)音频放大器 其作用是将解调出来的音频信号放大到 需要的电压和功率。
第二节
无线电广播与通信
一、无线电广播 无线电广播是一种利用无线电波单向、广播式传输信息的 方式。广义的无线电广播，包括无线电声音广播、无线电电 视广播和无线电数据广播。但通常将无线电声音广播简称无 线电广播。 1.无线电声音广播 无线电声音广播按调制方式分类可分为调幅广播和调频广 播；按使用波段常用有中波和短波。 无线电声音广播的发射机常称为电台，各电台可用一个频率或 几个频率对外
发送信号。根据覆盖面需求、无线电频谱资源 配置和防止相互干扰，各电台的发射位置、频率和功率是相 对固定的。 无线电声音接收机常称为收音机，一般收音机和车截收音 机均具有接收调频和调幅广播的功能。
调幅广播的信号容易受到诸如闪电或其它干扰源的干扰。 调频广播对传播音乐和声音的保真度比调幅广播高，可用来 广播立体声音乐；调频广播频段高，其所拥有的频率带宽也 越大，因而可以容纳更多的电台；此外，调频广播抗干扰性 强。因此，城市区域的交通电台、娱乐类等电台常用调频广 播。 2.无线电电视广播 无线电电视广播是电视技术和无线电技术相结合产生的。 （1）电视原理 是根据人的视觉和听觉特性，以一定的信 号形式，实时地传送活动景象和伴音的技术。声音信号电压 的变化是时间单值函数，可以用导线和无线电波传送，活动 的景象或图像的变化怎样用电压信号传送，这是电视技术中 的一个关键技术。
电视技术借鉴电影技术，电影技术在拍摄时按一定的速度将连 续活动的景象分割为一幅一幅的静止图像，形成电影胶片。 一般每秒中的活动景象分割的静止图像不少于25幅。电影放 映时，胶片再按同样的速度放映，由于人的眼睛具有“视觉 暂留”的特性，所以，主观感觉是连续活动的景象。电视技 术不但要把活动的景象分割为静止的像幅，每一幅还要分割 为线或点，这样连续活动的景象就变成一系列电压随时间变 化的单值函数，就可以用导线和无线电波传送。
连续活动景象→多幅静止图像—→多条扫描线(或多个像素 点)—→输出视频信号 电视图像信号是由摄像管或摄像头产生的，摄像管或摄像 头由光学成像系统、图像光电转换器和视频预处理电路组成。 光学成像系统将景物的实像投在图像光电转换器上，并可光 学变焦。图像光电转换器有多种类型，早期用阴极射线管型， 现在多用一种称为CCD图像传感器组成的数字摄像头，CCD是 电荷耦合器件的英文缩写。CCD图像传感器以极微小的感光 单元一行行的排列为一个感光面，每一个感光单元由一个光 电二极管和电荷存储单元组成
，感光单元又称为像素。常用 的CCD图像传感器的像素数不等，从几百万到上千万像素。 图11-4（a）是一个感光面示意图，其中的小方格就是一个 个的感光单元，它的像素数是12×9=108 。
在电视技术中，常把一幅静止图像称为一帧图像。把一帧 图像的像素按一定的顺序进行光电转换的过程称为扫描，扫 描有多种形式，有逐行扫描、隔行扫描、Z字形扫描等。CCD 图像传感器的像素是行列排列，因此，其扫描路径是用数字 电路控制。不同的光电转换及预处理电路，其输出电压与光 强度的关系可以是正比关系，也可以是反比关系。图11-4 （a）是一帧“中”字的黑白图像，为了讲述方便，假定输 出电压与光强度是反比关系，当扫描到图像“白”处，亮度 高，输出电压低；当扫描到图像“黑”处，亮度低，输出电 压高。当光电转换由上至下逐行扫描式时，就把一帧图像变 成连续变化的电压信号，这个信号称为视频信号。
测量空间
当扫描完一帧图像后，也就时扫描完一帧图像的最后一行后， 扫描路径快速跳回到第一行的起始位置，开始第二帧图像的 扫描。如果景象是变化或运动的，第二帧图像与第一帧图像 就有变化，输出的视频信号也随之变化。摄像机每秒钟产生 的图像帧数，称为帧频率或帧频。
对活动景象，摄像时每秒钟产生的连续帧画面越多，视觉感 觉的连续性越好。一帧图像被扫描分割的像素“点”越多， 图像就越清晰。我国规定，广播电视每秒钟产生25帧图像。
图11-4 图像经扫描转换视频电压信号示意图 （a）摄像管上的图像 （b）第1、2行的电压信号 （c）第3行的电压信号 （d）第4、5行的电压信号 （e）第6行的电压信号 （f）第7、8、9行的电压信号
CCD图像传感器具有体积小、重量轻、解析度高、转换效率高、耗电低、 动态范围广等特性，可以使摄像机和照相机数字化和微型化，还可用于 各种视频监控和图像处理设备中，也可以很容易地装置在汽车、飞行器 和人造卫星等各式导航系统上。 电视图像的重现由显示器或电视机实现。显示器由图像处理电路和显 像器件组成，常用的显像器件有显像管、液晶显示屏、等离子显示屏和 发光二极管（LED）显示屏。LED显示屏常用大面积显示。显示技术又可 分为模拟显示技术和数字显示技术。显示是电光转换过程，是摄像的逆 过程。数字显示屏是由一个个极小的电光转换单元按行列排列组成的显 示面，如同图11-4（a）的小方格排列一样。电光转换单元的发光强度与 电压或电流成正比，电光转换单元的发光顺序也称为扫描，其扫描方式 应与摄像时的扫描方式相同，这样图像电压
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