车载导航系统中常用物理量和单位

在车载导航系统的开发过程中，为了对自车状态进行描述，不可避免的要使用各种物理量，如：车辆行进方向、车辆所在位置的经纬度座标、车速、时间等。容易理解，如果在一个变量被用来表示上述物理量信息时，我们需要为这个变量规定一个单位，这样才能完整体现变量所代表的含义。没有单位，单纯通过一个变量具有的数值是无法表达物理量的完整含义的。 　　

出于性能和资源的考虑，通常使用整型数而非浮点型来表示物理量。为了使整型变量可以在足够高的精度上对物理量进行描述，导航系统中使用的物理量单位通常比国际标准单位更小。例如，一个经纬度变量的定义： long lLongitude; // 1/2560秒 　　1/2560秒是一个非常小的单位，等于0.000390625秒。 　　

下面的表格列出了一些在导航系统中常见的物理量和单位： 物理量 常用单位 经纬度 1/256秒、1/2560秒、1/1000秒 速度 0.1千米/小时，0.25米/秒，节 长度 1/1000米，1/256米，1/2米 角度 360/65535 度、360/256度、1/1000度、分、秒 时间 秒、1/100秒、毫秒

2. 物理量单位与数据类型的选择 　　

如果不考虑性能问题，全部使用浮点型来描述物理量的话，那么应该尽量使用国际单位制中的标准单位或者常用单位。如果使用整型来描述物理量的话，就需要对于数据类型和单位进行适当的选择。C语言中主要整型类型有三种， char、short和long，每种类型都有各自的有符号和无符号类型。接下来对数据类型和单位的选择进行分析。 　　

关于物理量单位的选择，一个整型变量所能表示的最小物理单位就是单位本身的物理含义，如果单位过大，这个整型变量所表示的物理量的精度就较低，无法表示非常小的数值；反之如果选择过小的单位，虽然在精度上不存在问题，但受到整型数的数据范围限制，导致这个变量无法表示大数值的物理量。因此在设计物理量单位的时候，要根据数据的取值范围和精度进行综合考虑。 　　

关于数据类型的选择，数据类型的位数越多，其能够表示的数值范围就越大，同时在内存资源上的开销也就越大；反之，数据类型的位数少的话能够节省存储空间，但受到自身数值范围的限制，无法用来表达高精度要求的数据。因此在数据类型方面的选择，就是在系统资源和数据精度要求之间的权衡。 　　

下面以导航系统中两个典型的物理量为例进行分析。 　　

（1） 经纬度 　　导航系统中，描述经纬度的数据类型是4字节有符号整型long，物理量单位是1/2560 秒。如此设计用意何在？ 　　

首先对于经纬度的数值范围进行分析。经度的范围是东经180度~西经180度，纬度的范围是南纬90度~北纬90度。为设计思路简单起见，使用有符号整型的负数部分表示西经和南纬。因此，在地图数据的经纬度同时存在东经和西经，或者同时存在北纬和南纬的情况下，需要使用有符号数据类型来保存经纬度。 　　

其次，需要在char、short和long这几种类型中进行选择。需要表示的最大数值范围是（-180度，180度），假设使用这三种数据类型的最大取值范围来表示此区间，即可计算出这三种整型数能够支持的最小单位： long：360度 / 4294967296 = 0.00000008381903171539度，赤道附近约相当于0.00905米； short：360度 / 65536 =  0.00549316406度，赤道附近约相当于593.26172米； char：360度 / 256 = 1.40625度，赤道附近约相当于151875米。 　　

导航系统中GPS信号和地图数据的精度约为10米左右，显然char和short无法满足上述精度要求，因此数据类型便可以确定为有符号长整型long。 　　

关于物理量单位，在GN8007的GPS协议中，经纬度的单位是1/256秒，kiwi格式的地图数据中正规化经纬度大致相当于1/220秒。为了数据精度在运算中不受到损失，所选择的单位应小于等于上述单位。而且为了计算方便，所选择单位最好是与上面单位成整数倍数关系。 　　

long类型能够表示的最小单位是360/4294967296度，约为1/3314秒。因此，单位的分母就是在256到3314范围内选择一个尽量大的256的倍数。考虑到自然数中最常用的十进制，最终选择256的10倍作为单位的分母，即以1/2560秒作为经纬度的单位。 　　

（2）车辆角度 　　

导航系统中，车辆角度使用的是有符号short类型来表示，使用的单位是360/65536度，即以short的取值范围[-32768, 32767]来表示360度，所能够表达的最高精度约为0.00549度。数据类型和单位的选择出于以下原因： a、 该单位的精度足以满