基于GPS汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

清華大學(xué)2012屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)基于GPS汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 學(xué) 院： 專(zhuān) 業(yè)： 指導(dǎo)教師： 2012年 6月 基于GPS汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要隨著科技的高速發(fā)展,GPS技術(shù)也迅速發(fā)展?；赑C機(jī)的導(dǎo)航系統(tǒng)因其價(jià)格和功耗高已不能滿(mǎn)足社會(huì)發(fā)展的需要，嵌入式系統(tǒng)迅速發(fā)展起來(lái)。特別是以ARM處理器為主的硬件平臺(tái)，具有體積小、功耗低、性能強(qiáng)、可靠性高的特點(diǎn)，而且為高速、穩(wěn)定性運(yùn)行嵌入式操作系統(tǒng)提供了硬件基礎(chǔ)。因此，嵌入式系統(tǒng)已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、消費(fèi)電子、網(wǎng)絡(luò)通信和軍事國(guó)防等各個(gè)領(lǐng)域。本文主要對(duì)汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和介紹：一是對(duì)GPS、組成及GPS定位原理進(jìn)行了介紹；而是對(duì)汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)中用到的相關(guān)理論知識(shí)進(jìn)行了介紹，包括NMEA-0183標(biāo)準(zhǔn)、嵌入式系統(tǒng)概述及組成、嵌入式處理器、Windows CE、Clinux、EVC和eSuperMap等；三是對(duì)汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)硬件進(jìn)行了設(shè)計(jì)；四是對(duì)汽車(chē)導(dǎo)航軟件系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)采用了Zarlink公司生產(chǎn)的GP2015作為射頻前端與數(shù)字基帶處理器芯片GP4020構(gòu)成了GPS模塊。GPS模塊與S3C2440處理器、網(wǎng)絡(luò)音頻模塊、時(shí)鐘復(fù)位電路、LED觸摸顯示屏、SDRAM存儲(chǔ)器、FLASH存儲(chǔ)、CF卡、USB和RS232接口等共同構(gòu)成了汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)的硬件平臺(tái)，為以后的升級(jí)提供了空間。在軟件設(shè)計(jì)上考慮到ARM7TDMI和S3C2440處理器任務(wù)不同，選擇了不同的。操作系統(tǒng)。簡(jiǎn)單介紹了Boot Loader的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，ARM7TDMI采用了Clinux操作系統(tǒng)，S3C2440處理器采用了Windows CE操作系統(tǒng)。利用北京超圖公司的SuperMap DeskPro進(jìn)行了電子地圖的繪制設(shè)計(jì)，在Windows CE系統(tǒng)上運(yùn)行eSupermap軟件實(shí)現(xiàn)地圖的放大、縮小、平移導(dǎo)航功能和其他應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)車(chē)載娛樂(lè)功能。關(guān)鍵字：GPS,汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng),ARMDesign of car navigation system based on GPSAbstractWith the rapid development of technology, GPS technology is also developing rapidly. Navigation system based on PC for its price and high power consumption already cannot satisfy the demand of social development, embedded system have developed rapidly. Especially hardware platform with the ARM processor, not only has small size, low power consumption, strong performance, the characteristics of high reliability, high speed, stability, but also provides running embedded operation system for the hardware foundation. Therefore, the embedded system has been widely used in industrial control, consumer electronics, network communication, military defense, and other fields.This paper focuses on the design and introduce of car navigation system: Firstly, the introduction to GPS, composition and GPS positioning principle; Secondly, the introduction to the related theory and knowledge are used in the car navigation system, including NMEA-0183 standard, embedded system overview and composition, embedded processor, Windows CE, Clinux, EVC and eSuperMap, etc.; Thirdly, the design to hardware of car navigation system ;Fourthly, the design to software of car navigation system .The hardware design uses GP2015 from Zarlink as RF front-end and digital baseband processor chips GP4020, constitute the GPS module. GPS module and S3C2440 processor, network audio module, clock reset circuit, the LED display &touch screen, SDRAM memory, FLASH storage, CF card, USB and RS232 interface constitute the hardware platform of car navigation system, which provides room for the future upgrading.Because the task of ARM7TDMI and S3C2440 processor is different, so we choose different operating system. And introducing simply the design and development of Boot Loader, ARM7TDMI adopted Clinux, S3C2440 processor used Windows CE. The drawing design of electronic map is completed in SuperMap DeskPro, in Windows CE operating system, eSupermap software realizes the navigation function, such as the map amplification, narrow, translation, etc. ;the in-car entertainment function realized in the operation of other application software.Key words : GPS car navigation system ARM目 錄1緒論11.1 研究背景及意義11.2 國(guó)內(nèi)外汽車(chē)導(dǎo)航發(fā)展現(xiàn)狀11.2.1 國(guó)外現(xiàn)狀11.2.2 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀22 汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)相關(guān)理論42.1 GPS及組成42.2 GPS定位原理82.3 NMEA-0183標(biāo)準(zhǔn)92.4嵌入式系統(tǒng)142.4.1嵌入式系統(tǒng)的概述142.4.2嵌入式處理器142.5 Clinux182.6 Windows CE182.7 EVC和eSupermap193 GPS汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)總體框架設(shè)計(jì)213.1 總體設(shè)計(jì)213.2 硬件規(guī)劃213.3 軟件規(guī)劃224 功能模塊設(shè)計(jì)244.1 主控模塊244.2 GPS模塊254.2.1 GP4020254.2.2 GPS接收機(jī)274.2.3 USB接口314.2.4 Flash ROM 接口314.2.5 RAM接口324.2.6 JTAG接口334.2.7 RS232串口335 軟件模塊設(shè)計(jì)355.1 電子地圖設(shè)計(jì)355.1.1 電子地圖匹配355.1.2 電子地圖操作與實(shí)現(xiàn)365.2 BootLoader設(shè)計(jì)375.3 操作系統(tǒng)375.3.1 ARM7TDMI處理器操作系統(tǒng)385.3.2 S3C2440處理器操作系統(tǒng)385.4 相關(guān)處理器軟件設(shè)計(jì)415.4.1 ARM7TDMI主程序設(shè)計(jì)415.4.2 S3C2440處理器軟件設(shè)計(jì)426 結(jié)論44參考文獻(xiàn)45致謝48第II頁(yè) 共頁(yè)1緒論1.1 研究背景及意義導(dǎo)航的概念最早起源于航海，起初只是用來(lái)引導(dǎo)船只安全航行。從幾千年前，人們就開(kāi)始對(duì)導(dǎo)航技術(shù)進(jìn)行了大量的研究，計(jì)里鼓車(chē)和指南車(chē)的出現(xiàn)都是人類(lèi)在導(dǎo)航技術(shù)方面探索的結(jié)果，中國(guó)古代四大發(fā)明之一的指南針，也是最早古代出現(xiàn)的導(dǎo)航設(shè)備 楊繼先，張樹(shù)霞導(dǎo)航基礎(chǔ)哈爾濱：哈爾濱傳播工程學(xué)院出版社M，1998。隨著科技的不斷發(fā)展，在全球范圍內(nèi)，城市建設(shè)加快、汽車(chē)擁有率提高、道路擴(kuò)展、交通系統(tǒng)日益復(fù)雜，汽車(chē)工業(yè)與電子工業(yè)的不斷發(fā)展, 使電子技術(shù)在現(xiàn)代汽車(chē)上的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。隨著新能源的開(kāi)發(fā)和利用、汽車(chē)工業(yè)低碳化的生產(chǎn)，汽車(chē)電子技術(shù)正趨向于環(huán)保、安全、信息化方向發(fā)展。信息化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化被公認(rèn)為汽車(chē)電子產(chǎn)品發(fā)展的主要趨勢(shì)。導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)也隨著這些因素的影響而興起和不斷發(fā)展，特別是在歐美市場(chǎng)車(chē)載導(dǎo)航產(chǎn)品需求持續(xù)攀升，眾多廠(chǎng)商紛紛投入車(chē)載導(dǎo)航產(chǎn)品生產(chǎn)行列。進(jìn)入2011年，中國(guó)GPS市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)更加激烈，競(jìng)爭(zhēng)焦點(diǎn)由價(jià)格向品牌、服務(wù)轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)更加明顯。這也意味著中國(guó)GPS市場(chǎng)正進(jìn)入發(fā)展的拐點(diǎn)期，未來(lái)的汽車(chē)導(dǎo)航市場(chǎng)將有一個(gè)可以預(yù)見(jiàn)的良好前景。但在我國(guó)，大部分車(chē)輛都還沒(méi)有配裝GPS導(dǎo)航定位系統(tǒng)，能夠配備包含諸多功能及豐富信息的導(dǎo)航電子地圖仍為數(shù)不多，技術(shù)上差距較大，各種GPS產(chǎn)品的質(zhì)量良莠不分，價(jià)格參差不齊 張國(guó)鋒.信息化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化汽車(chē)電子發(fā)展缺一不可J.汽車(chē)零部件，2009,11：1923 。因此, 我國(guó)必須在較短的時(shí)間內(nèi)開(kāi)發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的導(dǎo)航應(yīng)用系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，這對(duì)提高我國(guó)在汽車(chē)自導(dǎo)航應(yīng)用中自主創(chuàng)新能力、實(shí)現(xiàn)各類(lèi)車(chē)輛的有效指揮、控制和管理、人們?nèi)粘３鲂刑峁┍憷慕煌ㄐ畔⒑偷乩硪龑?dǎo)以及國(guó)名經(jīng)濟(jì)都有著同樣的重要意義。1.2 國(guó)內(nèi)外汽車(chē)導(dǎo)航發(fā)展現(xiàn)狀1.2.1 國(guó)外現(xiàn)狀在國(guó)外，GPS導(dǎo)航系統(tǒng)研究起步較早，應(yīng)用也十分廣泛。美國(guó)在在20世紀(jì)中期就引入了一種具有無(wú)線(xiàn)路徑引導(dǎo)功能的導(dǎo)航系統(tǒng)，有利的控制和疏導(dǎo)了交通。到了90年代，又實(shí)施了面向新世紀(jì)的新一代交通智能方案，從根本上解決了交通中的各種問(wèn)題，減少了事故事發(fā)率，降低了能源浪費(fèi)，提高了工作效率。日本從20世紀(jì)70年代初開(kāi)始，就相繼實(shí)施、完成了“動(dòng)態(tài)路徑誘導(dǎo)系統(tǒng)”，“道路車(chē)間通信系統(tǒng)”，“管理交通信息控制系統(tǒng)”，“超智能車(chē)輛系統(tǒng)安全車(chē)輛系統(tǒng)等方面的研究。從根本上改變了道路交通狀況，滿(mǎn)足了人們?nèi)粘Ｉ畹男枨?。在歐洲，80年代初期，英、法等國(guó)先后各自研究適合自己本國(guó)的GPS導(dǎo)航系統(tǒng) 李勇我國(guó)車(chē)載GPS系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展前景J合肥學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2008，18(1)：6769。GPS車(chē)載導(dǎo)航定位系統(tǒng)一經(jīng)問(wèn)世，即顯示出強(qiáng)大的生命力和廣闊的應(yīng)用前景，并產(chǎn)生了巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，成為90年代至今整個(gè)世界新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)之一。由于巨大的市場(chǎng)潛力和不可估量的發(fā)展前景，日本幾乎所有的汽車(chē)生產(chǎn)廠(chǎng)家都參加了這一高科技角逐，僅近幾年投入市場(chǎng)的車(chē)載自主導(dǎo)航新系統(tǒng)就有30多個(gè)。美國(guó)、歐洲和日本的車(chē)載導(dǎo)航儀產(chǎn)品已經(jīng)日益走向成熟，形成了規(guī)模化的市場(chǎng)需求。如日本的宏達(dá)、尼桑、本田、馬自達(dá)、三菱以及松下、先鋒、阿爾派、健伍等公司都有自己的車(chē)載導(dǎo)航產(chǎn)品。世界其它發(fā)達(dá)國(guó)家如美國(guó)、德國(guó)、荷蘭不甘落后，力圖在該市場(chǎng)占有一席之地。目前在歐洲，由飛利浦、西門(mén)子開(kāi)發(fā)的車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)1995年已在雷諾、菲亞特等大眾化民用車(chē)輛上使用；奔馳-S系列、寶馬-7系列從上世紀(jì)90年代年起，廠(chǎng)裝車(chē)輛已將GPS車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)列在選裝清單上。此外，根據(jù)GPSWord雜志刊登的美國(guó)工業(yè)發(fā)展研究機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)，2007年，日本、北美和歐洲每年約有2000萬(wàn)套產(chǎn)品售出，預(yù)測(cè)在2010-2015年間，約有60-70的汽車(chē)在出廠(chǎng)時(shí)，就已裝備車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)，在以后時(shí)間里該系統(tǒng)的普及率將會(huì)逐漸提高到90 百度，車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀W. /view/1bce7fe4536f6d8.html。 1.2.2 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀 中國(guó)的車(chē)載導(dǎo)航技術(shù)經(jīng)過(guò)十幾年的市場(chǎng)培育，用戶(hù)目標(biāo)與需求已逐步明確，以及技術(shù)的研發(fā)、市場(chǎng)的培育的逐步完善，車(chē)用導(dǎo)航裝置應(yīng)用市場(chǎng)業(yè)已啟動(dòng)和日臻成熟，現(xiàn)在已逐步進(jìn)入應(yīng)用的高速發(fā)展時(shí)期。中國(guó)上世紀(jì)末發(fā)射、建立并逐步健全的專(zhuān)為交通行業(yè)應(yīng)用的北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)，將為車(chē)輛衛(wèi)星導(dǎo)航定位產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供良好的基礎(chǔ)條件和無(wú)限廣闊的空間。此外，中國(guó)的道路建設(shè)和電子地圖技術(shù)，尤其是轎車(chē)市場(chǎng)的發(fā)展極大的推動(dòng)了車(chē)載導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展。 但是，GPS技術(shù)傳入中國(guó)的時(shí)間不是很長(zhǎng)，導(dǎo)航系統(tǒng)的研制和發(fā)展較晚，硬件制造以及導(dǎo)航軟件、導(dǎo)航地圖等方面都與發(fā)達(dá)國(guó)家存在相當(dāng)大的差距。目前汽車(chē)導(dǎo)航產(chǎn)品的準(zhǔn)確性能不盡如人意，導(dǎo)航儀硬件、軟件質(zhì)量以及地圖更新等問(wèn)題層出不窮。目前我國(guó)車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展存在的困難主要由以下幾個(gè)方面：1、不完善的硬件設(shè)施由于我國(guó)現(xiàn)在還屬于發(fā)展中國(guó)家，同時(shí)具有較為廣泛的地理范圍，這都使得相應(yīng)的交通通信等硬件設(shè)施需要較長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展，因此現(xiàn)今為止我國(guó)都未建立起一套完善的交通實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)。所以，目前市場(chǎng)上銷(xiāo)售的車(chē)輛導(dǎo)航系統(tǒng)都是針對(duì)已經(jīng)設(shè)計(jì)好的路況信息進(jìn)行導(dǎo)航的，這也就妨礙了我國(guó)實(shí)時(shí)交通系統(tǒng)的發(fā)展。2、不規(guī)范的電子地圖標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的電子地圖標(biāo)準(zhǔn)是地理信息系統(tǒng)發(fā)展的必要。我國(guó)為了解決該問(wèn)題成立了相應(yīng)的項(xiàng)目專(zhuān)題小組。該小組通過(guò)對(duì)我國(guó)地理信息的研究和對(duì)國(guó)際上的電子地圖標(biāo)準(zhǔn)的分析，提出了建立我國(guó)電子地圖標(biāo)準(zhǔn)的必要性。因此，我國(guó)的相關(guān)機(jī)構(gòu)正在加緊制定適合我國(guó)國(guó)情的導(dǎo)航電子地圖標(biāo)準(zhǔn)。3、現(xiàn)有產(chǎn)品的發(fā)展不夠均衡導(dǎo)航系統(tǒng)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和發(fā)展需要多種技術(shù)的整合，例如測(cè)繪技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、機(jī)械工程等技術(shù)。這些技術(shù)都是較為重要的技術(shù)，不能作為普通技術(shù)被大多數(shù)廠(chǎng)家所掌握。所以國(guó)內(nèi)導(dǎo)航產(chǎn)品的發(fā)展不夠均衡，大多數(shù)都存在著技術(shù)較為簡(jiǎn)單、地圖不夠準(zhǔn)確、產(chǎn)品價(jià)格較高等缺點(diǎn)，而就制約了電子導(dǎo)航產(chǎn)品的廣泛性和服務(wù)性能。因?yàn)?，一個(gè)好的導(dǎo)航產(chǎn)品需要多種企業(yè)的共同協(xié)調(diào)發(fā)展，例如整理地圖數(shù)據(jù)的公司、相應(yīng)的計(jì)算機(jī)軟件服務(wù)公司和車(chē)載電子產(chǎn)品的硬件制造公司等等，只有這些企業(yè)的技術(shù)得到了共同的進(jìn)步發(fā)展，才能使得導(dǎo)航產(chǎn)品得到高速發(fā)展 百度，20XX-2015年中國(guó)汽車(chē)導(dǎo)航市場(chǎng)深度調(diào)查與投資咨詢(xún)研究報(bào)告W. /html/2011/1007/.shtm。2 汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)相關(guān)理論2.1 GPS及組成目前，世界上正在運(yùn)行的全球衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)主要有兩大系統(tǒng)，即美國(guó)的GPS系統(tǒng)和俄羅斯的GLONASS（格魯納斯）系統(tǒng)。歐洲也提出來(lái)具有自己特色的GALILEO（伽利略）全球衛(wèi)星定位計(jì)劃。中國(guó)在21世紀(jì)初也開(kāi)始擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全球衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)，即北斗星衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) 熊志昂，李紅瑞，賴(lài)順香.GPS技術(shù)與工程應(yīng)用M.北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2005。GPS是美國(guó)從20世紀(jì)70年代開(kāi)始研制，于1994年全面建成，具有海、陸、空全方位實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。GPS測(cè)量技術(shù)能夠快速、高效、準(zhǔn)確地提供點(diǎn)、線(xiàn)、面要素的精確三維坐標(biāo)以及其他相關(guān)信息，具有全天候、高精度、自動(dòng)化、高效益等顯著特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于軍事、民用交通(船舶、飛機(jī)、汽車(chē)等)導(dǎo)航、大地測(cè)量、攝影測(cè)量、野外考察探險(xiǎn)、土地利用調(diào)查、精確農(nóng)業(yè)以及日常生活(人員跟蹤、休閑娛樂(lè))等不同領(lǐng)域。 GPS又稱(chēng)為全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System）是美國(guó)從上世紀(jì)70年代開(kāi)始研制，歷時(shí)20年、耗資200億美元，于1994年3月完成其整體部署，實(shí)現(xiàn)其全天候、高精度和全球的覆蓋能力。現(xiàn)在GPS與現(xiàn)代通信技術(shù)相結(jié)合，使得測(cè)定地球表面三維坐標(biāo)的方法從靜態(tài)發(fā)展到動(dòng)態(tài)，從數(shù)據(jù)后處理發(fā)展到實(shí)時(shí)的定位與導(dǎo)航，極大地?cái)U(kuò)展了它的應(yīng)用廣度和深度。載波相位差分法GPS技術(shù)可以極大提高相對(duì)定位精度，在小范圍內(nèi)可以達(dá)到厘米級(jí)精度。此外由于GPS測(cè)量技術(shù)對(duì)測(cè)點(diǎn)間地通視和幾何圖形等方面的要求比常規(guī)測(cè)量方法更加靈活、方便，已完全可以用來(lái)施測(cè)各種等級(jí)的控制網(wǎng)。GPS全站儀的發(fā)展在地形和土地測(cè)量以及各種工程、變形、地表沉陷監(jiān)測(cè)中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，在精度、效率、成本等方面顯示出巨大的優(yōu)越性。GPS由空間衛(wèi)星部分、地面控制部分和用戶(hù)設(shè)備（GPS接收機(jī)）三大部分組成。1. 空間衛(wèi)星部分是由分布在與地球赤道面傾角為55的6個(gè)軌道面上的24 顆衛(wèi)星（21 顆工作星，3顆備份星）組成的，其運(yùn)行周期為11 h 59min，軌道平面高度為20200 km，這樣的分布是為了保證每天出現(xiàn)在地平線(xiàn)上的衛(wèi)星數(shù)目在411 顆左右。GPS衛(wèi)星的核心部件是高精度的時(shí)鐘、導(dǎo)航電文存儲(chǔ)器、雙頻發(fā)射機(jī)和接收機(jī)及微處理器，GPS定位的關(guān)鍵在于高穩(wěn)定度的頻率標(biāo)準(zhǔn)。在GPS中，GPS衛(wèi)星是作用如下。（1） 用L波段的兩個(gè)無(wú)線(xiàn)載波（波長(zhǎng)為19cm和24cm）向廣大用戶(hù)不斷地發(fā)送導(dǎo)航定位信號(hào)。每個(gè)載波用導(dǎo)航信號(hào)D(t)和偽隨機(jī)碼（PRN）測(cè)距信號(hào)進(jìn)行雙向調(diào)制。用于捕獲信號(hào)及粗略定位的偽隨機(jī)碼叫C/A碼，精美測(cè)距碼叫P碼。由導(dǎo)航電文可知道衛(wèi)星當(dāng)前的位置和衛(wèi)星的工作狀況。（2） 在衛(wèi)星飛越注入站上空時(shí)，接收由地面注入站用S波段（10cm)發(fā)送到衛(wèi)星的導(dǎo)航電文和其他相關(guān)信息，并通過(guò)GPS信號(hào)電路，適時(shí)地發(fā)送給廣大用戶(hù)。（3） 接收地面主控站通過(guò)注入站發(fā)送到衛(wèi)星的調(diào)度命令，適時(shí)地改正運(yùn)行偏差或啟用備用時(shí)鐘等。2. 地面控制部分由1個(gè)主控站、3個(gè)注入站和5個(gè)監(jiān)測(cè)站組成。（1）主控站主控站又稱(chēng)聯(lián)合空間執(zhí)行中心，它位于美國(guó)科羅拉多州普林斯附近的佛肯空軍基地。它的任務(wù)有：采集數(shù)據(jù)、推算編制導(dǎo)航電文；給定全球定位系統(tǒng)時(shí)間基準(zhǔn)；負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)和管理所有地面監(jiān)測(cè)站和注入站系統(tǒng)，診斷地面支撐系統(tǒng)和衛(wèi)星的健康狀況，并加以編碼向用戶(hù)指示，使整個(gè)系統(tǒng)正常工作；調(diào)整衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，啟用備用衛(wèi)星。（2）注入站3個(gè)注入站的任務(wù)是將主控站發(fā)來(lái)的電文注入到相應(yīng)衛(wèi)星的存儲(chǔ)器。每天注入3次，每次注入14天的星歷。此外，注入站能自動(dòng)向主控站發(fā)射信號(hào)，每分鐘報(bào)告一次自己的工作狀態(tài)。（3）監(jiān)測(cè)站5個(gè)監(jiān)測(cè)站除了位于主控站和3個(gè)注入站之處的4個(gè)站以外，還在夏威夷設(shè)立了1個(gè)監(jiān)控站。監(jiān)控站的任務(wù)就是為主控站提供衛(wèi)星的觀測(cè)數(shù)據(jù)。每個(gè)監(jiān)測(cè)站均用GPS信號(hào)接收機(jī)對(duì)每顆可見(jiàn)衛(wèi)星每6min進(jìn)行一次偽距測(cè)量和積分多普勒觀測(cè)，采集氣象要素等數(shù)據(jù)。在主控站的遙控下自動(dòng)采集定軌數(shù)據(jù)并進(jìn)行各項(xiàng)改正，每15min平滑一次觀測(cè)數(shù)據(jù)，依此推算出每2min間隔的觀測(cè)值，然后將數(shù)據(jù)發(fā)送給主控站。3. 用戶(hù)設(shè)備（GPS接收機(jī)）（1） GPS接收機(jī)分類(lèi)按用途分為導(dǎo)航型接收機(jī)、測(cè)地型接收機(jī)和授時(shí)型接收機(jī)。導(dǎo)航型接收機(jī)主要用于運(yùn)動(dòng)載體的導(dǎo)航，它可以實(shí)時(shí)給出載體的位置和速度。這類(lèi)接收機(jī)一般采用C/A碼偽距測(cè)量，單點(diǎn)實(shí)時(shí)定位精度較低，一般為25m。這類(lèi)接收機(jī)價(jià)格便宜，應(yīng)用廣泛。測(cè)地型接收機(jī)主要用于精密大地測(cè)量和精密工程測(cè)量。這類(lèi)儀器主要采用載波相位觀測(cè)值進(jìn)行相對(duì)定位，定位精度高。儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格較貴。授時(shí)型接收機(jī)主要利用GPS衛(wèi)星提供的高精度時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行授時(shí)，常用于天文臺(tái)及無(wú)線(xiàn)電通信中時(shí)間同步。按接收的載波頻率分為單頻接收機(jī)和雙頻接收機(jī)。單頻接收機(jī)只能接收L1載波信號(hào)，測(cè)定載波相位觀測(cè)值進(jìn)行定位。由于不能有效消除電離層延遲影響，單頻接收機(jī)只適用于短基線(xiàn)（15km）精度定位。雙頻接收機(jī)可以同時(shí)接收L1、L2載波信號(hào)。利用雙頻對(duì)電離層延遲的不一樣，可以消除電離層對(duì)電磁波信號(hào)延遲的影響，因此雙頻接收機(jī)可用于長(zhǎng)達(dá)幾千千米的精密定位。按接收機(jī)通道數(shù)可分為多通道接收機(jī)、序貫通道接收機(jī)、多路多用通道接收機(jī)。按接收機(jī)工作原理分為碼相關(guān)型接收機(jī)、平方型接收機(jī)、混合型接收機(jī)和干涉型接收機(jī)。碼相關(guān)型接收機(jī)是利用碼相關(guān)技術(shù)得到的偽距觀察值，即由GPS接收機(jī)產(chǎn)生與衛(wèi)星上發(fā)射的偽隨機(jī)碼結(jié)構(gòu)完全相同的復(fù)制碼，通過(guò)移相器使復(fù)制碼與接收碼最大相關(guān)，測(cè)定衛(wèi)星信號(hào)到達(dá)用戶(hù)接收機(jī)天線(xiàn)的傳播時(shí)間。平方型接收機(jī)是利用載波信號(hào)的平方技術(shù)去掉調(diào)制信號(hào)，來(lái)恢復(fù)完整的載波信號(hào)，通過(guò)相位計(jì)測(cè)定接收機(jī)內(nèi)產(chǎn)生的載波信號(hào)與接收到的載波信號(hào)之間的相位差，測(cè)定載波偽距觀測(cè)值。混合型接收機(jī)就是綜合上述兩種接收機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，既可以得到碼相位偽距，也可以得到載波相位觀測(cè)值。干涉型接收機(jī)是將GPS衛(wèi)星作為射電源，采用干涉測(cè)量方法，測(cè)定兩個(gè)測(cè)站間距離。（2） GPS接收機(jī)組成及工作原理GPS接收機(jī)主要由GPS接收機(jī)天線(xiàn)、GPS接收機(jī)主機(jī)及電源組成。接收機(jī)主機(jī)由變頻器、信號(hào)通道、微處理器、存儲(chǔ)器及顯示器組成，如圖2.1所示。圖2.1 GPS接收機(jī)模塊圖1） GPS接收機(jī)天線(xiàn)天線(xiàn)由接收機(jī)天線(xiàn)和前置放大器組成。天線(xiàn)的作用是將GPS衛(wèi)星信號(hào)的極微弱的電磁波信號(hào)軟化為相應(yīng)的電流，而前置放大器則是將GPS信號(hào)電流予以放大。為便于接收機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行跟蹤、處理和量測(cè)，對(duì)天線(xiàn)部分由以下要求：天線(xiàn)和前置放大器應(yīng)密封一體，以保障其正常工作，減少信號(hào)損失；能夠接收來(lái)自任何方向的衛(wèi)星信號(hào)，不產(chǎn)生死角；有防護(hù)與屏蔽措施，最大限度地減弱信號(hào)的多路徑效應(yīng)；天線(xiàn)的相位中心保持高度的穩(wěn)定，并與其幾何中心盡量一致。由于GPS天線(xiàn)接收來(lái)自約20200km高空的衛(wèi)星信號(hào)很弱，信號(hào)電平只有-50dB-180dB,輸入功率信噪比為S/N=-30dB,即信號(hào)淹沒(méi)在噪聲中。為了提高信號(hào)強(qiáng)度，一般在天線(xiàn)后端設(shè)有前置放大器。對(duì)于雙頻接收機(jī)設(shè)有兩路前置放大器，以減少帶寬，控制外來(lái)信號(hào)干擾，防止、信號(hào)干擾。大部分GPS天線(xiàn)都與前置放大器結(jié)合在一起，但也有些導(dǎo)航型接收機(jī)為減少天線(xiàn)質(zhì)量、便于安裝、避免雷電事故，而將天線(xiàn)和前置放大器分開(kāi)。2） GPS接收主機(jī)經(jīng)過(guò)GPS前置放大器的信號(hào)仍然很微弱，為了使接收機(jī)通道得到穩(wěn)定的高增益，并且使L頻段的射頻信號(hào)變低頻信號(hào)，必須采用變頻器。信號(hào)通道是接收機(jī)的核心部分，GPS信號(hào)通道是硬軟件結(jié)合的電路。不同類(lèi)型的接收機(jī)其通道是不同的。GPS信號(hào)通道的作用是：搜索衛(wèi)星，牽引并跟蹤衛(wèi)星；對(duì)廣播電文數(shù)據(jù)信號(hào)實(shí)行解擴(kuò)，解調(diào)出廣播電文；進(jìn)行偽距測(cè)量、載波相位測(cè)量及多普勒頻移測(cè)量。從衛(wèi)星接收到的信號(hào)是擴(kuò)頻的調(diào)制信號(hào)，所以要經(jīng)過(guò)解擴(kuò)、解調(diào)才能得到導(dǎo)航電文。為了達(dá)到此目的，在相關(guān)通道電路中設(shè)有偽碼相位跟蹤環(huán)和載波相位跟蹤環(huán)。接收機(jī)內(nèi)設(shè)有儲(chǔ)存器或存儲(chǔ)卡，以存儲(chǔ)衛(wèi)星星歷、衛(wèi)星星歷、接收機(jī)采集到的碼相位偽距觀測(cè)值、載波相位觀測(cè)值及多普勒頻移。微處理器是GPS接收機(jī)工作的靈魂，GPS接收機(jī)工作都是微機(jī)指令統(tǒng)一協(xié)同下進(jìn)行的。其主要工作步驟是：接收機(jī)開(kāi)機(jī)后首先對(duì)整個(gè)接收機(jī)工作狀態(tài)進(jìn)行自檢，并測(cè)定、校正、存儲(chǔ)各通道的時(shí)延值；接收機(jī)對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行搜索，捕捉衛(wèi)星，當(dāng)捕捉到衛(wèi)星后即對(duì)信號(hào)進(jìn)行牽引和跟蹤，并將標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)譯碼得到GPS衛(wèi)星星歷，當(dāng)同時(shí)鎖定4顆衛(wèi)星時(shí)，將C/A碼偽距觀測(cè)值連同星歷一起計(jì)算測(cè)站的三維坐標(biāo)，并按預(yù)置位置更新率計(jì)算新的位置；根據(jù)機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)的衛(wèi)星歷書(shū)和測(cè)站近似位置，計(jì)算所有在軌衛(wèi)星升降時(shí)間、方位和高度角；根據(jù)預(yù)先設(shè)置的航路點(diǎn)坐標(biāo)和單點(diǎn)定位測(cè)站位置計(jì)算導(dǎo)航參數(shù)、航偏距、航偏角、航行速度等；接收用戶(hù)輸入信號(hào)，如測(cè)站名、測(cè)站號(hào)、作業(yè)員姓名、天線(xiàn)高、氣象參數(shù)等。GPS接收機(jī)都有液晶顯示屏以提供GPS接收機(jī)工作信息，并配有一個(gè)控制鍵盤(pán)，用戶(hù)可以通過(guò)鍵盤(pán)控制接收機(jī)工作，對(duì)于導(dǎo)航接收機(jī)，有的還配有大顯示屏，在屏幕上直接顯示導(dǎo)航的信息甚至顯示數(shù)字地圖。3） 電源GPS接收機(jī)電源有兩種：一種為內(nèi)電源，一般采用鋰電池，主要用于RAM存儲(chǔ)器供電，以防止數(shù)據(jù)丟失；另一種為外接電源，這種電源常用于可充電的12V直流鎘鎳電池組，或采用汽車(chē)電瓶。當(dāng)用交流電時(shí)，要經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓電源或?qū)Ｓ秒娫唇粨Q器。綜上所訴，GPS接收機(jī)的工作流程是：當(dāng)GPS衛(wèi)星在用戶(hù)視界升起時(shí)，接收機(jī)能夠捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測(cè)衛(wèi)星，并能夠跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行；對(duì)所接收到的GPS信號(hào)，具有變換、放大和處理的功能，以測(cè)量出GPS信號(hào)從衛(wèi)星到接收天線(xiàn)的傳播時(shí)間，解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)出的導(dǎo)航電文，實(shí)時(shí)地計(jì)算出測(cè)站的三維位置、三維坐標(biāo)和時(shí)間。GPS信號(hào)接收機(jī)不僅需要功能較強(qiáng)的機(jī)內(nèi)軟件，而且需要一個(gè)多功能的GPS數(shù)據(jù)測(cè)后處理軟件包。2.2 GPS定位原理GPS的定位通過(guò)獲得若干衛(wèi)星的位置及接收機(jī)離衛(wèi)星的距離來(lái)計(jì)算用戶(hù)的位置，也就是每一顆衛(wèi)星連續(xù)不斷地向GPS接收機(jī)發(fā)送可跟蹤的唯一編碼序列，GPS信號(hào)接收機(jī)可根據(jù)接收的編碼辨認(rèn)相關(guān)的衛(wèi)星，進(jìn)而計(jì)算出接收機(jī)的確切位置和準(zhǔn)確時(shí)間。GPS信號(hào)是GPS衛(wèi)星向廣大用戶(hù)發(fā)送的用于導(dǎo)航定位的已調(diào)波，其信息內(nèi)容包括各空間衛(wèi)星的識(shí)別標(biāo)志、精密原子鐘的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)和空間衛(wèi)星自身的參數(shù)。衛(wèi)星發(fā)射兩個(gè)載波頻率：L1=1575.42MHz和L2=1227.6MHz，在L1載波上調(diào)制有1.023MHz的偽隨機(jī)噪聲碼（C/A碼）和10.23MHz的偽隨機(jī)噪聲碼（P碼）以及50b/s的導(dǎo)航電文，在L2載波上只調(diào)制有P碼和導(dǎo)航電文。GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)采用多星高軌測(cè)距體制，以距離作為基本觀測(cè)量。衛(wèi)星發(fā)射的L1載波和偽隨機(jī)噪聲碼都與衛(wèi)星時(shí)鐘同步，經(jīng)過(guò)一定的傳播延遲后，被接收機(jī)接收。接收機(jī)將接收到的信號(hào)解調(diào)，得到延遲后的偽隨機(jī)噪聲碼，它與接收機(jī)本身產(chǎn)生的偽隨機(jī)噪聲碼相比較，即可確定兩個(gè)碼之間的相對(duì)位移，及傳播延遲T，由T即可確定衛(wèi)星（x1,y1,z1）與接收機(jī)（x0,y0,z0）之間的距離R1=CT,式中C為電波傳播速度。 = (2.1)式(2.1)中，x0,y0,z0是未知量，x1,y1,z1和距離是已知量。如果接收機(jī)能同時(shí)測(cè)出據(jù)3顆衛(wèi)星的距離，便有3個(gè)這樣的方程，從而可以聯(lián)立3個(gè)方程式求解出接收機(jī)所在的位置坐標(biāo)。但是由于用戶(hù)接收機(jī)一般不可能有十分準(zhǔn)確的時(shí)鐘，因此所測(cè)的衛(wèi)星信號(hào)在空間的傳播時(shí)間是不準(zhǔn)確的，算出的距衛(wèi)星距離也不準(zhǔn)確，該距離被稱(chēng)為偽距。然后，在接收機(jī)接收衛(wèi)星信號(hào)的瞬間，接收機(jī)與衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)所用時(shí)鐘的時(shí)間差應(yīng)該是一個(gè)定值T，于是式(2.1)改寫(xiě)為式(2.2)。 =+TC (2.2)式中C為電波傳播速度，顯然，只要接收機(jī)能同時(shí)測(cè)出4顆衛(wèi)星的距離，便有4個(gè)這樣的方程式。從而可以聯(lián)立4個(gè)方程式求解出接收機(jī)所在位置的坐標(biāo)x0,y0,z0和T，即可以確定接收機(jī)位置和準(zhǔn)確的時(shí)間。知道了用戶(hù)在不同時(shí)間的準(zhǔn)確三維位置，用三維位置除以所經(jīng)過(guò)的時(shí)間，即可求解出用戶(hù)的三維運(yùn)動(dòng)速度。GPS衛(wèi)星的測(cè)距碼和數(shù)據(jù)碼是采用調(diào)相技術(shù)調(diào)制到載波上的。偽隨機(jī)噪聲碼又叫偽隨機(jī)碼或偽噪聲碼，簡(jiǎn)稱(chēng)PRN，是一個(gè)具有一定周期的取值0和1的離散符號(hào)串。它不僅具有高斯噪聲所有的良好的自相關(guān)特征，而且具有某種確定的編碼規(guī)則。GPS信號(hào)中使用了偽隨機(jī)編碼技術(shù)，識(shí)別和分離各衛(wèi)星的信號(hào)，并提供無(wú)模糊度的測(cè)距數(shù)據(jù)。GPS技術(shù)采用m序列，即產(chǎn)生于最長(zhǎng)線(xiàn)性反饋移位寄存器。假設(shè)初始狀態(tài)為（a3,a2,a1,a0）=（1，0，0，0），則在每移一位時(shí)，由a3和a0模2相加，產(chǎn)生新的輸入a3+a0,使?fàn)顟B(tài)變?yōu)椋?，1，0，0）。這樣移位15次，又回到初始狀態(tài)。在完成這一過(guò)程中，其輸出端就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)碼001 陳艷華，侯安華，劉盼盼.基于ARM的嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與實(shí)例M.北京：人民郵電出版社，2008 、 Zhibin Miao, Jinzhu Zhang, Ruiguang Geng. A Fuzz Application in GPS/INS NavigationR. International Conference on Computer Application and System Modeling,2010。2.3 NMEA-0183標(biāo)準(zhǔn)GPS數(shù)據(jù)遵循NMEA-0183協(xié)議，該數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)是由NMEA（National Marine Electronics Association，美國(guó)國(guó)家海事電子協(xié)會(huì)）于1983年制定的。統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)格式NMEA-0183輸出采用ASCII碼，其串行通信的參數(shù)為：波特率4800bps，數(shù)據(jù)位8bit，開(kāi)始位=1bit，停止位1bit，無(wú)奇偶校驗(yàn)。數(shù)據(jù)傳輸以“語(yǔ)句”的方式進(jìn)行，每個(gè)語(yǔ)句均以“$”開(kāi)頭，然后是兩個(gè)字母的“識(shí)別符”和三個(gè)字母的“語(yǔ)句名”，接著就是以逗號(hào)分割的數(shù)據(jù)體，語(yǔ)句末尾為校驗(yàn)和，整條語(yǔ)句以回車(chē)換行符結(jié)束 豆丁，GPS_NMEA_0183標(biāo)準(zhǔn)介紹W./p-.html。NMEA-0183的數(shù)據(jù)信息有十幾種，這些信息的作用分別是：$GPGGA：輸出GPS的定位信息；$GPGLL：輸出大地坐標(biāo)信息；$GPZDA：輸出UTC時(shí)間信息；$GPGSV：輸出可見(jiàn)的衛(wèi)星信息；$GPGST：輸出定位標(biāo)準(zhǔn)差信息；$GPGSA：輸出衛(wèi)星DOP值信息；$GPALM：輸出衛(wèi)星星歷信息；$GPRMC：輸出GPS推薦的最短數(shù)據(jù)信息等。分別介紹如下：1. GPRMC語(yǔ)句（Recommended Minimum Specific GPS/TRANSIT DataRMC，推薦定位信息1次/1秒）對(duì)于一般的GPS動(dòng)態(tài)定位應(yīng)用，GPRMC語(yǔ)句完全滿(mǎn)足要求。該語(yǔ)句中包括經(jīng)緯度、速度、時(shí)間和磁偏角等字段，這些數(shù)據(jù)為導(dǎo)航定位應(yīng)用提供了充分的信息。下表詳細(xì)說(shuō)明GPRMC語(yǔ)句中的各個(gè)字段：$GPRMC，字段$GPRMC語(yǔ)句意義取值范圍 UTC時(shí)間：hhmmss.ss格式.00.99狀態(tài)，有效性A表示有效；V表示無(wú)效緯度格式：ddmm.mmmm0000000008959.9999南北半球N北緯；S南緯經(jīng)度格式：dddmm.mmmm00000.000017959.9999東西半球E表示東經(jīng)；W表示西經(jīng)地面速度000.00999.999速度方向000.00359.99日期格式，月日年磁偏角，單位：度00.0099.99磁偏角方向E表示東；W表示西模式指示及校驗(yàn)和 A=自主定位，D=差分，E=估算，N=數(shù)據(jù)無(wú)效2. GPGGA語(yǔ)句（Global Positioning System Fix DataGGA，GPS定位信息,輸出1次/1秒）GPS定位主要數(shù)據(jù)，該語(yǔ)句中包括經(jīng)緯度、質(zhì)量因子、HDOP、高程、基準(zhǔn)站號(hào)等字段。下表詳細(xì)說(shuō)明GPGGA語(yǔ)句中的各個(gè)字段：$GPGGA，,，字段$GPGGA語(yǔ)句意義取值范圍 UTC時(shí)間：hhmmss.ss.00.99緯度，格式：ddmm.mmmm 0000000008959.9999南北半球N北緯；S南緯經(jīng)度格式：dddmm.mmmm 00000.000017959.9999東西半球E表示東經(jīng)；W表示西經(jīng)質(zhì)量因子0=未定位，1=GPS單點(diǎn)定位固定解，2=差分定位，3=PPS解；4=RTK固定解；5=RTK浮點(diǎn)解；6=估計(jì)值；7=手工輸入模式；8=模擬模式；應(yīng)用解算位置的衛(wèi)星數(shù)0012 HDOP，水平圖形強(qiáng)度因子0.50099.000；大于6不可用天線(xiàn)高程（海平面）9999.999999.9線(xiàn)線(xiàn)高程單位(m) m大地水準(zhǔn)面起伏地球橢球面相對(duì)大地水準(zhǔn)面的高度大地水準(zhǔn)面起伏單位(m) m差分GPS數(shù)據(jù)期差分時(shí)間（從最近一次接收到差分信號(hào)開(kāi)始的秒數(shù)，如果不是差分定位將為空），不使用DGPS時(shí)為空基準(zhǔn)站號(hào)00001023；不使用DGPS時(shí)為空3. GPGSV語(yǔ)句（GPS Satellites in ViewGSV，可見(jiàn)衛(wèi)星信息，1次/5秒）GPS可見(jiàn)星的方位角、俯仰角、信噪比等每條語(yǔ)句最多包括四顆衛(wèi)星的信息，每顆衛(wèi)星的信息有四個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)，即：(4)衛(wèi)星號(hào)，(5)仰角，(6)方位角，(7)信噪比$GPGSV,字段$GPGSV語(yǔ)句意義取值范圍總的GSV語(yǔ)句電文數(shù)012當(dāng)前GSV語(yǔ)句號(hào)可視衛(wèi)星總數(shù)032衛(wèi)星號(hào)132仰角0090方位角000359信噪比0099dB無(wú)表未接收到訊號(hào)衛(wèi)星號(hào)132仰角0090方位角000359信噪比0099dB無(wú)表未接收到訊號(hào)衛(wèi)星號(hào)132仰角0090方位角000359信噪比0099dB無(wú)表示未接收到訊號(hào)衛(wèi)星號(hào)132仰角0090方位角000359效驗(yàn)和，格式：*效驗(yàn)和檢查位4. $GPVTG語(yǔ)句(Track Made Good and Ground SpeedVTG，地面速度信息）格式：$GPVTG,T,M,N,K,*hh字段$GPVTG語(yǔ)句意義取值范圍以真北為參考基準(zhǔn)的地面航向000.000359.999以磁北為參考基準(zhǔn)的地面航向000.000359.999地面速率000.000999.999節(jié)地面速率0000.01851.8公里/小時(shí)模式指示A=自主定位，D=差分，E=估算，N=數(shù)據(jù)無(wú)效(僅NMEA0183 3.00版本輸出) hh校檢位5. $GPGSA語(yǔ)句（GPS DOP and Active SatellitesGSA，當(dāng)前衛(wèi)星信息，1次/1秒） GSA : GNSS的當(dāng)前衛(wèi)星和精度因子,包括可見(jiàn)衛(wèi)星PRN號(hào),以及PDOP、HDOP、VDOP。如：模式M =手動(dòng)，A =自動(dòng)。定位類(lèi)型1 =未定位，2 =二維定位，3 =三維定位。 PRN數(shù)字01至32表天空使用中的衛(wèi)星編號(hào)，最多可接收12顆衛(wèi)星信息。正在用于解算位置的衛(wèi)星號(hào)（0132，前面的0也將被傳輸）。 PDOP位置精度因子0.599.9 HDOP水平精度因子0.599.9 VDOP垂直精度因子0.599.9 Checksum.(檢查位).6. $GPGLL語(yǔ)句（輸出大地坐標(biāo)信息）$GPGLL,*61字段$GPGLL語(yǔ)句意義取值范圍緯度：ddmm.mmmmm0000000008959.9999南緯或北緯北緯N，S南緯經(jīng)度：dddmm.mmmmm00000000017959.99999東、西經(jīng)東經(jīng)E，西經(jīng)W UTC時(shí)間hh:mm:ss數(shù)據(jù)狀態(tài)A有效，V無(wú)效7.$GPZDA語(yǔ)句（輸出UTC時(shí)間和日期信息）$GPZDA, ,*hh字段$GPZDA語(yǔ)句意義取值范圍時(shí)間：hhmmss.ss.00.99日0031月0012年00009999地方時(shí)與世界時(shí)之差檢校位*hh*2.4 嵌入式系統(tǒng)2.4.1 嵌入式系統(tǒng)的概述嵌入式系統(tǒng)是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微處理器技術(shù)、電子技術(shù)、通信技術(shù)、集成電路技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的。嵌入式系統(tǒng)已成為計(jì)算機(jī)技術(shù)和計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的一個(gè)重要組成部分 張大波.嵌入式系統(tǒng)原理、設(shè)計(jì)與應(yīng)用M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004。嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心、計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。把基于處理器（通用處理器和嵌入式處理器）的設(shè)備稱(chēng)為計(jì)算機(jī)，把計(jì)算機(jī)分成兩大部分，即通用計(jì)算機(jī)和嵌入式計(jì)算機(jī)。嵌入式系統(tǒng)也稱(chēng)為嵌入式計(jì)算機(jī)，因此嵌入式系統(tǒng)被定義為非通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。和通用的計(jì)算機(jī)相比，嵌入式系統(tǒng)總是面向特定應(yīng)用的，所以它的硬件系統(tǒng)具有以下特性：體積小，集成效率高；具有面向某些特定應(yīng)用的特點(diǎn)，對(duì)于另一應(yīng)用需要重新設(shè)計(jì)硬件；低功耗，電磁兼容性好，能在惡劣條件下工作，故障恢復(fù)速度快；簡(jiǎn)言之，一個(gè)嵌入式系統(tǒng)就是一個(gè)硬件和軟件的集合體，它包括硬件和軟件兩部分。硬件包括嵌入式處理器|控制器|數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）等、存儲(chǔ)器及外設(shè)器件、輸入輸出端口、圖形控制器等。軟件部分包括操作系統(tǒng)軟件（嵌入式操作系統(tǒng)）和應(yīng)用程序（應(yīng)用軟件），應(yīng)用的領(lǐng)域不同，應(yīng)用程序千差萬(wàn)別。嵌入式系統(tǒng)幾乎應(yīng)用于所有電氣設(shè)備，如個(gè)人數(shù)字助理（PDA）、手機(jī)、汽車(chē)控制系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)是面向用戶(hù)、面向產(chǎn)品、面向應(yīng)用的，廣泛應(yīng)用于制造工業(yè)、過(guò)程控制、通信、儀器、儀表、汽車(chē)、船舶、航空、航天、軍事裝備、消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品等。嵌入式系統(tǒng)由嵌入式系統(tǒng)的硬件、嵌入式的軟件和嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)工具、開(kāi)發(fā)系統(tǒng)組成。2.4.2 嵌入式處理器目前世界上具有嵌入式功能特點(diǎn)的處理器已經(jīng)超過(guò)1000種，流行體系結(jié)構(gòu)包括MCU，MPU等30多個(gè)系列。鑒于嵌入式系統(tǒng)廣闊的發(fā)展前景，很多半導(dǎo)體制造商都大規(guī)模生產(chǎn)嵌入式處理器，并且公司自主設(shè)計(jì)處理器也已經(jīng)成為了未來(lái)嵌入式領(lǐng)域的一大趨勢(shì)，其中從單片機(jī)、DSP到FPGA有著各式各樣的品種，速度越來(lái)越快，性能越來(lái)越強(qiáng)，價(jià)格也越來(lái)越低。目前嵌入式處理器的尋址空間可以從64kB到16MB，處理速度最快可以達(dá)到2000 MIPS，封裝從8個(gè)引腳到144個(gè)引腳不等 周小明. 基于ARM9車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)D.碩士學(xué)位論文.成都：西南交通大學(xué)，2007。 嵌入式微處理器與普通臺(tái)式計(jì)算機(jī)的微處理器設(shè)計(jì)在基本原理上是相似的，但是工作穩(wěn)定性更高，功耗較小，對(duì)環(huán)境(如溫度、適度、電磁場(chǎng)、振動(dòng)等)的適應(yīng)能力強(qiáng)，體積更小，且集成的功能較多。在桌面計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，對(duì)處理器進(jìn)行比較時(shí)的主要指標(biāo)就是計(jì)算速度，從33MHz主頻的386計(jì)算機(jī)到現(xiàn)在3GHz主頻的Pentium 4處理器，速度的提升是用戶(hù)最主要關(guān)心的變化，但在嵌入式領(lǐng)域，情況則完全不同。嵌入式處理器的選擇必須根據(jù)設(shè)計(jì)的需求，在性能、功耗、功能、尺寸和封裝形式、SoC程度、成本、商業(yè)考慮等等諸多因素之中進(jìn)行折中，擇優(yōu)選擇 李博.汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)中數(shù)據(jù)檢索功能的研究與實(shí)現(xiàn)D.碩士學(xué)位論文.沈陽(yáng):東北大學(xué)，2006.1。嵌入式微處理器是由通用計(jì)算機(jī)中的CPU演變而來(lái)的。它的特征是具有32位以上的處理器，具有較高的性能，當(dāng)然其價(jià)格也相應(yīng)較高。但與計(jì)算機(jī)處理器不同的是，在實(shí)際嵌入式應(yīng)用中，只保留和嵌入式應(yīng)用緊密相關(guān)的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，這樣就以最低的功耗和資源實(shí)現(xiàn)嵌入式應(yīng)用的特殊要求。和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相比，嵌入式微處理器具有體積小、重量輕、成本低、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。目前主要的嵌入式處理器類(lèi)型有Am186/88、386EX、SC-400、Power PC、68000、MIPS、ARM/ StrongARM系列等。 其中Arm/StrongArm是專(zhuān)為手持設(shè)備開(kāi)發(fā)的嵌入式微處理器，屬于中檔的價(jià)位 鄧正杰.汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)D.碩士學(xué)位論文.上海:復(fù)旦大學(xué),2005.5。嵌入式微控制器的典型代表是單片機(jī)，從70年代末單片機(jī)出現(xiàn)到今天，雖然已經(jīng)經(jīng)過(guò)了20多年的歷史，但這種8位的電子器件目前在嵌入式設(shè)備中仍然有著極其廣泛的應(yīng)用。單片機(jī)芯片內(nèi)部集成ROM/EPROM、RAM、總線(xiàn)、總線(xiàn)邏輯、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、看門(mén)狗、I/O、串行口、脈寬調(diào)制輸出、A/D、D/A、Flash RAM、EEPROM等各種必要功能和外設(shè)。和嵌入式微處理器相比，微控制器的最大特點(diǎn)是單片化，體積大大減小，從而使功耗和成本下降、可靠性提高。微控制器是目前嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的主流。微控制器的片上外設(shè)資源一般比較豐富，適合于控制，因此稱(chēng)微控制器。 由于MCU低廉的價(jià)格，優(yōu)良的功能，所以擁有的品種和數(shù)量最多，比較有代表性的包括8051、MCS-251、MCS-96/196/296、P51XA、C166/167、68K系列以及 MCU 8XC930/931、C540、C541，并且有支持I2C、CAN-Bus、LCD及眾多專(zhuān)用MCU和兼容系列。目前MCU占嵌入式系統(tǒng)約70%的市場(chǎng)份額。近來(lái)Atmel出產(chǎn)的