華東交大課程設(shè)計基于DSP的GPGGA提取1緒論GPS定位的數(shù)據(jù)格式NMER一0183標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用于GPS方面時，數(shù)據(jù)串以“$GP”開頭，主要有GGA、GL、ZDA、GSV、GSA、ALM等格式。這次設(shè)計主要是基于DSP的GPGGA定位信息的提取，在實驗箱上實現(xiàn)GPGGA定位數(shù)據(jù)的提取。第一部分為GPS原理的介紹，GPS定位的一些原理，再詳細闡述GPGGA信息的接收和提取。第二部分為NEMA0183數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)在GPS中的應(yīng)用。第三部分為系統(tǒng)整體設(shè)計，硬件的配置，以及整個系統(tǒng)的設(shè)計原理圖。第四部分為系統(tǒng)程序設(shè)計思路以及程序的實現(xiàn)。第五部分為調(diào)試結(jié)果與分析。華東交大課程設(shè)計基于DSP的GPGGA提取2第一章GPS原理介紹1.1GPS簡介GPS是英文GlobalPositioningSystem（全球定位系統(tǒng)）的簡稱，而其中文簡稱為“球位系”。GPS是20世紀(jì)70年代由美國陸?？杖娐?lián)合研制的新一代空間衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。其主要目的是為陸、海、空三大領(lǐng)域提供實時、全天候和全球性的導(dǎo)航服務(wù)，并用于情報收集、核爆監(jiān)測和應(yīng)急通訊等一些軍事目的，簡單地說，這是一個由覆蓋全球的24顆衛(wèi)星組成的衛(wèi)星系統(tǒng)。這個系統(tǒng)可以保證在任意時刻，地球上任意一點都可以同時觀測到4顆衛(wèi)星，以保證衛(wèi)星可以采集到該觀測點的經(jīng)緯度和高度，以便實現(xiàn)導(dǎo)航、定位、授時等功能。這項技術(shù)可以用來引導(dǎo)飛機、船舶、車輛以及個人，安全、準(zhǔn)確地沿著選定的路線，準(zhǔn)時到達目的地。GPS主要由空間部分、地面控制系統(tǒng)、用戶設(shè)備等部分組成，GPS的空間部分是由24顆衛(wèi)星組成(21顆工作衛(wèi)星，3顆備用衛(wèi)星），它位于距地表20200km的上空,均勻分布在6個軌道面上(每個軌道面4顆),軌道傾角為55。衛(wèi)星的分布使得在全球任何地方、任何時間都可觀測到4顆以上的衛(wèi)星,并能在衛(wèi)星中預(yù)存的導(dǎo)航信息。GPS的衛(wèi)星因為大氣摩擦等問題，隨著時間的推移，導(dǎo)航精度會逐漸降低；地面控制系統(tǒng)由監(jiān)測站(MonitorStation)、主控制站(MasterMonitorStation)、地面天線(GroundAntenna)所組成,主控制站位于美國科羅拉多州春田市(ColoradoSpring)。地面控制站負責(zé)收集由衛(wèi)星傳回之訊息,并計算衛(wèi)星星歷、相對距離,大氣校正等數(shù)據(jù)；用戶設(shè)備部分即GPS信號接收機。其主要功能是能夠捕獲到按一定衛(wèi)星截止角所選擇的待測衛(wèi)星，并跟蹤這些衛(wèi)星的運行。當(dāng)接收機捕獲到跟蹤的衛(wèi)星信號后，就可測量出接收天線至衛(wèi)星的偽距離和距離的變化率,解調(diào)出衛(wèi)星軌道參數(shù)等數(shù)據(jù)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，接收機中的微處理計算機就可按定位解算方法進行定位計算，計算出用戶所在地理位置的經(jīng)緯度、高度、速度、時間等信息。接收機硬件和機內(nèi)軟件以及GPS數(shù)據(jù)的后處理軟件包構(gòu)成完整的GPS用戶設(shè)備。GPS接收機的結(jié)構(gòu)分為天線單元和接收單元兩部分。華東交大課程設(shè)計基于DSP的GPGGA提取31.2GPS定位原理GPS定位的基本原理是根據(jù)高速運動的衛(wèi)星瞬間位置作為已知的起算數(shù)據(jù)，采用空間距離后方交會的方法，確定待測點的位置。如圖所示，假設(shè)t時刻在地面待測點上安置GPS接收機，可以測定GPS信號到達接收機的時間t，再加上接收機所接收到的衛(wèi)星星歷等其它數(shù)據(jù)可以確定以下四個方程式：上述四個方程式中待測點坐標(biāo)x、y、z和Vto為未知參數(shù)，其中di=cti(i=1、2、3、4),di(i=1、2、3、4)分別為衛(wèi)星1、衛(wèi)星2、衛(wèi)星3、衛(wèi)星4到接收機之間的距離,ti(i=1、2、3、4)分別為衛(wèi)星1、衛(wèi)星2、衛(wèi)星3、衛(wèi)星4的信號到達接收機所經(jīng)歷的時間,c為GPS信號的傳播速度（即光速）。四個方程式中各個參數(shù)意義如下：x、y、z為待測點坐標(biāo)的空間直角坐標(biāo)。xi、yi、zi(i=1、2、3、4)分別為衛(wèi)星1、衛(wèi)星2、衛(wèi)星3、衛(wèi)星4在t時刻的空間直角坐標(biāo)，可由衛(wèi)星導(dǎo)航電文求得。Vti(i=1、2、3、4)分別為衛(wèi)星1、衛(wèi)星2、衛(wèi)星3、衛(wèi)星4的衛(wèi)星鐘的鐘差，由衛(wèi)星星歷提供。Vto為接收機的鐘差。由以上四個方程即可解算出待測點的坐標(biāo)x、y、z和接收機的鐘差Vto.1.3GPS定位方法GPS定位的方法是多種多樣的，用戶可以根據(jù)不同的用途采用不同的定位方法。GPS定位方法可依據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，可分為：（1）根據(jù)定位所采用的觀測值：1.偽距定位：偽距定位所采用的觀測值為GPS偽距觀測值，所采用的偽距觀測值既可以是C/A碼偽距，也可以是P碼偽距。偽距定位的優(yōu)點是數(shù)據(jù)處理簡單，對定位條件的要求低，不存在整周模糊度的問題，可以非常容易地實現(xiàn)實時定位；其缺點是觀測值精度低，C/A碼偽距觀測值的精度一般為3米，而P碼偽距觀測值的精度一般也在30個厘米左右，從而導(dǎo)致定位成果精度低，另外，若采用精度較高的P碼偽距觀測值，還存在AS的問題，2載波相位定位：載波相位定位所采用的觀測值為GPS的載波相位觀測值，即L1、L2或它們的某種線性組合。載波相位定位的優(yōu)點是觀測值的精度高，一般優(yōu)于2個毫米；其缺點是數(shù)據(jù)處理過程復(fù)雜，存在整周模糊度的問題。根據(jù)定位的模式：1.絕對定位：絕對定位又稱為單點定位，這是一種采用一臺接收機進行定位的模式，它所確定的是接收機天線的絕對坐標(biāo)。這種定位模式的特點是作業(yè)方式簡單，可以單機作業(yè)。絕對定位一般用于導(dǎo)航和精度要求不高華東交大課程設(shè)計基于DSP的GPGGA提取4的應(yīng)用中；2相對定位:相對定位又稱為差分定位，這種定位模式采用兩臺以上的接收機,同時對一組相同的衛(wèi)星進行觀測，以確定接收機天線間的相互位置關(guān)系；根據(jù)獲取定位結(jié)果的時間:1、實時定位:：據(jù)接收機觀測到的數(shù)據(jù)，實時地解算出接收機天線所在的位置.。2、非實時定位：又稱后處理定位，它是通過對接收機接收到的數(shù)據(jù)進行后處理以進行定位得方法。根據(jù)定位時接收機的運動狀態(tài)：1、動態(tài)定位：就是在進行GPS定位時，認為接收機的天線在整個觀測過程中的位置是變化的。也就是說，在數(shù)據(jù)處理時，將接收機天線的位置作為一個隨時間的改變而改變的量。動態(tài)定位又分為Kinematic和Dynamic兩類。3靜態(tài)定位：在進行GPS定位時，認為接收機的天線在整個觀測過程中的位置是保持不變的。也就是說，在數(shù)據(jù)處理時，將接收機天線的位置作為一個不隨時間的改變而改變的量。在測量中，靜態(tài)定位一般用于高精度的測量定位，其具體觀測模式多臺接收機在不同的測站上進行靜止同步觀測，時間由幾分鐘、幾小時甚至數(shù)十小時不等。1.4GPS定位的特點全球定位系統(tǒng)的主要特點：(1)全球、全天候工作（2）定位精度高應(yīng)用實踐已經(jīng)證明，GPS相對定位精度在50KM以內(nèi)可達10-6，100-500KM可達10-7m，1000KM可達10-9m。在300-1500M工程精密定位中，1小時以上觀測的解其平面其平面位置誤差小于1mm，與ME-5000電磁波測距儀測定得邊長比較，其邊長較差最大為0.5mm,校差中誤差為0.3mm。（3）、觀測時間短隨著GPS系統(tǒng)的不斷完善，軟件的不斷更新，目前，20KM以內(nèi)相對靜態(tài)定位，僅需15-20分鐘；快速靜態(tài)相對定位測量時，當(dāng)每個流動站與基準(zhǔn)站相距在15KM以內(nèi)時，流動站觀測時間只需1-2分鐘，然后可隨時定位，每站觀測只需幾秒鐘。第二章數(shù)據(jù)的格式與提取2.1NMEA-0183數(shù)據(jù)格式介紹NMEA系列標(biāo)準(zhǔn)是其制定的關(guān)于海洋電子設(shè)備之間通信接口和協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn),1983年制定了NMEA一0183標(biāo)準(zhǔn)。這一標(biāo)準(zhǔn)在兼容NMEA一0180和NMEA一0182標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，增加了GPS、測深儀、羅經(jīng)方位系統(tǒng)等多種設(shè)備的接口和通信協(xié)議定義，同時，標(biāo)準(zhǔn)還允許一些特定設(shè)備制造商對其設(shè)備(如GarminGPS一38、TfimbleEnsignXL)通信自行定義協(xié)議。由于NMEA一0183標(biāo)準(zhǔn)的通用性和靈活性，因而在全世界被廣泛使用。NMEA一0183格式定義：（1）數(shù)據(jù)串定義：NEMA一0183格式數(shù)據(jù)串的所有字符均為母的“語句I