DSP課程設(shè)計(jì)-基于DSP的GPGGA提取.doc

華東交大課程設(shè)計(jì)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(shí)，數(shù)據(jù)串以“$GP”開(kāi)頭，主要有GGA、GL、ZDA、GSV、GSA、ALM等格式。這次設(shè)計(jì)主要是基于DSP的GPGGA定位信息的提取，在實(shí)驗(yàn)箱上實(shí)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(xì)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(jì)，硬件的配置，以及整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理圖。第四部分為系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)思路以及程序的實(shí)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(jì)基于DSP的GPGGA提取2第一章GPS原理介紹1.1GPS簡(jiǎn)介GPS是英文GlobalPositioningSystem（全球定位系統(tǒng)）的簡(jiǎn)稱(chēng)，而其中文簡(jiǎn)稱(chēng)為“球位系”。GPS是20世紀(jì)70年代由美國(guó)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(shí)時(shí)、全天候和全球性的導(dǎo)航服務(wù)，并用于情報(bào)收集、核爆監(jiān)測(cè)和應(yīng)急通訊等一些軍事目的，簡(jiǎn)單地說(shuō)，這是一個(gè)由覆蓋全球的24顆衛(wèi)星組成的衛(wèi)星系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)可以保證在任意時(shí)刻，地球上任意一點(diǎn)都可以同時(shí)觀測(cè)到4顆衛(wèi)星，以保證衛(wèi)星可以采集到該觀測(cè)點(diǎn)的經(jīng)緯度和高度，以便實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航、定位、授時(shí)等功能。這項(xiàng)技術(shù)可以用來(lái)引導(dǎo)飛機(jī)、船舶、車(chē)輛以及個(gè)人，安全、準(zhǔn)確地沿著選定的路線，準(zhǔn)時(shí)到達(dá)目的地。GPS主要由空間部分、地面控制系統(tǒng)、用戶(hù)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(gè)軌道面上(每個(gè)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(shí)間都可觀測(cè)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?yàn)榇髿饽Σ恋葐?wèn)題，隨著時(shí)間的推移，導(dǎo)航精度會(huì)逐漸降低；地面控制系統(tǒng)由監(jiān)測(cè)站(MonitorStation)、主控制站(MasterMonitorStation)、地面天線(GroundAntenna)所組成,主控制站位于美國(guó)科羅拉多州春田市(ColoradoSpring)。地面控制站負(fù)責(zé)收集由衛(wèi)星傳回之訊息,并計(jì)算衛(wèi)星星歷、相對(duì)距離,大氣校正等數(shù)據(jù)；用戶(hù)設(shè)備部分即GPS信號(hào)接收機(jī)。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(cè)衛(wèi)星，并跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行。當(dāng)接收機(jī)捕獲到跟蹤的衛(wèi)星信號(hào)后，就可測(cè)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(jī)中的微處理計(jì)算機(jī)就可按定位解算方法進(jìn)行定位計(jì)算，計(jì)算出用戶(hù)所在地理位置的經(jīng)緯度、高度、速度、時(shí)間等信息。接收機(jī)硬件和機(jī)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(hù)設(shè)備。GPS接收機(jī)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(jì)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(yùn)動(dòng)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(huì)的方法，確定待測(cè)點(diǎn)的位置。如圖所示，假設(shè)t時(shí)刻在地面待測(cè)點(diǎn)上安置GPS接收機(jī)，可以測(cè)定GPS信號(hào)到達(dá)接收機(jī)的時(shí)間t，再加上接收機(jī)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(gè)方程式：上述四個(gè)方程式中待測(cè)點(diǎn)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(jī)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(hào)到達(dá)接收機(jī)所經(jīng)歷的時(shí)間,c為GPS信號(hào)的傳播速度（即光速）。四個(gè)方程式中各個(gè)參數(shù)意義如下：x、y、z為待測(cè)點(diǎn)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(shí)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(jī)的鐘差。由以上四個(gè)方程即可解算出待測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)x、y、z和接收機(jī)的鐘差Vto.1.3GPS定位方法GPS定位的方法是多種多樣的，用戶(hù)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(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，可分為：（1）根據(jù)定位所采用的觀測(cè)值：1.偽距定位：偽距定位所采用的觀測(cè)值為GPS偽距觀測(cè)值，所采用的偽距觀測(cè)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(diǎn)是數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)單，對(duì)定位條件的要求低，不存在整周模糊度的問(wèn)題，可以非常容易地實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定位；其缺點(diǎn)是觀測(cè)值精度低，C/A碼偽距觀測(cè)值的精度一般為3米，而P碼偽距觀測(cè)值的精度一般也在30個(gè)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(cè)值，還存在AS的問(wèn)題，2載波相位定位：載波相位定位所采用的觀測(cè)值為GPS的載波相位觀測(cè)值，即L1、L2或它們的某種線性組合。載波相位定位的優(yōu)點(diǎn)是觀測(cè)值的精度高，一般優(yōu)于2個(gè)毫米；其缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)處理過(guò)程復(fù)雜，存在整周模糊度的問(wèn)題。根據(jù)定位的模式：1.絕對(duì)定位：絕對(duì)定位又稱(chēng)為單點(diǎn)定位，這是一種采用一臺(tái)接收機(jī)進(jìn)行定位的模式，它所確定的是接收機(jī)天線的絕對(duì)坐標(biāo)。這種定位模式的特點(diǎn)是作業(yè)方式簡(jiǎn)單，可以單機(jī)作業(yè)。絕對(duì)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(jì)基于DSP的GPGGA提取4的應(yīng)用中；2相對(duì)定位:相對(duì)定位又稱(chēng)為差分定位，這種定位模式采用兩臺(tái)以上的接收機(jī),同時(shí)對(duì)一組相同的衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè)，以確定接收機(jī)天線間的相互位置關(guān)系；根據(jù)獲取定位結(jié)果的時(shí)間:1、實(shí)時(shí)定位:：據(jù)接收機(jī)觀測(cè)到的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)地解算出接收機(jī)天線所在的位置.。2、非實(shí)時(shí)定位：又稱(chēng)后處理定位，它是通過(guò)對(duì)接收機(jī)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理以進(jìn)行定位得方法。根據(jù)定位時(shí)接收機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)：1、動(dòng)態(tài)定位：就是在進(jìn)行GPS定位時(shí)，認(rèn)為接收機(jī)的天線在整個(gè)觀測(cè)過(guò)程中的位置是變化的。也就是說(shuō)，在數(shù)據(jù)處理時(shí)，將接收機(jī)天線的位置作為一個(gè)隨時(shí)間的改變而改變的量。動(dòng)態(tài)定位又分為Kinematic和Dynamic兩類(lèi)。3靜態(tài)定位：在進(jìn)行GPS定位時(shí)，認(rèn)為接收機(jī)的天線在整個(gè)觀測(cè)過(guò)程中的位置是保持不變的。也就是說(shuō)，在數(shù)據(jù)處理時(shí)，將接收機(jī)天線的位置作為一個(gè)不隨時(shí)間的改變而改變的量。在測(cè)量中，靜態(tài)定位一般用于高精度的測(cè)量定位，其具體觀測(cè)模式多臺(tái)接收機(jī)在不同的測(cè)站上進(jìn)行靜止同步觀測(cè)，時(shí)間由幾分鐘、幾小時(shí)甚至數(shù)十小時(shí)不等。1.4GPS定位的特點(diǎn)全球定位系統(tǒng)的主要特點(diǎn)：(1)全球、全天候工作（2）定位精度高應(yīng)用實(shí)踐已經(jīng)證明，GPS相對(duì)定位精度在50KM以?xún)?nèi)可達(dá)10-6，100-500KM可達(dá)10-7m，1000KM可達(dá)10-9m。在300-1500M工程精密定位中，1小時(shí)以上觀測(cè)的解其平面其平面位置誤差小于1mm，與ME-5000電磁波測(cè)距儀測(cè)定得邊長(zhǎng)比較，其邊長(zhǎng)較差最大為0.5mm,校差中誤差為0.3mm。（3）、觀測(cè)時(shí)間短隨著GPS系統(tǒng)的不斷完善，軟件的不斷更新，目前，20KM以?xún)?nèi)相對(duì)靜態(tài)定位，僅需15-20分鐘；快速靜態(tài)相對(duì)定位測(cè)量時(shí)，當(dāng)每個(gè)流動(dòng)站與基準(zhǔn)站相距在15KM以?xún)?nèi)時(shí)，流動(dòng)站觀測(cè)時(shí)間只需1-2分鐘，然后可隨時(shí)定位，每站觀測(cè)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(cè)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(shí)，標(biāo)準(zhǔn)還允許一些特定設(shè)備制造商對(duì)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(yǔ)句I