華東交大課程設計基于DSP的GPGGA提取1緒論GPS定位的數據格式NMER一0183標準應用于GPS方面時，數據串以“$GP”開頭，主要有GGA、GL、ZDA、GSV、GSA、ALM等格式。這次設計主要是基于DSP的GPGGA定位信息的提取，在實驗箱上實現GPGGA定位數據的提取。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數據標準在GPS中的應用。第三部分為系統整體設計，硬件的配置，以及整個系統的設計原理圖。第四部分為系統程序設計思路以及程序的實現。第五部分為調試結果與分析。華東交大課程設計基于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）的簡稱，而其中文簡稱為“球位系”。GPS是20世紀70年代由美國陸?？杖娐摵涎兄频男乱淮臻g衛星導航定位系統。其主要目的是為陸、海、空三大領域提供實時、全天候和全球性的導航服務，并用于情報收集、核爆監測和應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顆衛星組成的衛星系統。這個系統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顆衛星，以保證衛星可以采集到該觀測點的經緯度和高度，以便實現導航、定位、授時等功能。這項技術可以用來引導飛機、船舶、車輛以及個人，安全、準確地沿著選定的路線，準時到達目的地。GPS主要由空間部分、地面控制系統、用戶設備等部分組成，GPS的空間部分是由24顆衛星組成(21顆工作衛星，3顆備用衛星），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顆以上的衛星,并能在衛星中預存的導航信息。GPS的衛星因為大氣摩擦等問題，隨著時間的推移，導航精度會逐漸降低；地面控制系統由監測站(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)。地面控制站負責收集由衛星傳回之訊息,并計算衛星星歷、相對距離,大氣校正等數據；用戶設備部分即GPS信號接收機。其主要功能是能夠捕獲到按一定衛星截止角所選擇的待測衛星，并跟蹤這些衛星的運行。當接收機捕獲到跟蹤的衛星信號后，就可測量出接收天線至衛星的偽距離和距離的變化率,解調出衛星軌道參數等數據。根據這些數據，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緯度、高度、速度、時間等信息。接收機硬件和機內軟件以及GPS數據的后處理軟件包構成完整的GPS用戶設備。GPS接收機的結構分為天線單元和接收單元兩部分。華東交大課程設計基于DSP的GPGGA提取31.2GPS定位原理GPS定位的基本原理是根據高速運動的衛星瞬間位置作為已知的起算數據，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星星歷等其它數據可以確定以下四個方程式：上述四個方程式中待測點坐標x、y、z和Vto為未知參數，其中di=cti(i=1、2、3、4),di(i=1、2、3、4)分別為衛星1、衛星2、衛星3、衛星4到接收機之間的距離,ti(i=1、2、3、4)分別為衛星1、衛星2、衛星3、衛星4的信號到達接收機所經歷的時間,c為GPS信號的傳播速度（即光速）。四個方程式中各個參數意義如下：x、y、z為待測點坐標的空間直角坐標。xi、yi、zi(i=1、2、3、4)分別為衛星1、衛星2、衛星3、衛星4在t時刻的空間直角坐標，可由衛星導航電文求得。Vti(i=1、2、3、4)分別為衛星1、衛星2、衛星3、衛星4的衛星鐘的鐘差，由衛星星歷提供。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，用戶可以根據不同的用途采用不同的定位方法。GPS定位方法可依據不同的分類標準，可分為：（1）根據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。偽距定位的優點是數據處理簡單，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。載波相位定位的優點是觀測值的精度高，一般優于2個毫米；其缺點是數據處理過程復雜，存在整周模糊度的問題。根據定位的模式：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。這種定位模式的特點是作業方式簡單，可以單機作業。絕對定位一般用于導航和精度要求不高華東交大課程設計基于DSP的GPGGA提取4的應用中；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星進行觀測，以確定接收機天線間的相互位置關系；根據獲取定位結果的時間:1、實時定位:：據接收機觀測到的數據，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據進行后處理以進行定位得方法。根據定位時接收機的運動狀態：1、動態定位：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，在數據處理時，將接收機天線的位置作為一個隨時間的改變而改變的量。動態定位又分為Kinematic和Dynamic兩類。3靜態定位：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，在數據處理時，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、幾小時甚至數十小時不等。1.4GPS定位的特點全球定位系統的主要特點：(1)全球、全天候工作（2）定位精度高應用實踐已經證明，GPS相對定位精度在50KM以內可達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系統的不斷完善，軟件的不斷更新，目前，20KM以內相對靜態定位，僅需15-20分鐘；快速靜態相對定位測量時，當每個流動站與基準站相距在15KM以內時，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。第二章數據的格式與提取2.1NMEA-0183數據格式介紹NMEA系列標準是其制定的關于海洋電子設備之間通信接口和協議的標準,1983年制定了NMEA一0183標準。這一標準在兼容NMEA一0180和NMEA一0182標準的基礎上，增加了GPS、測深儀、羅經方位系統等多種設備的接口和通信協議定義，同時，標準還允許一些特定設備制造商對其設備(如GarminGPS一38、TfimbleEnsignXL)通信自行定義協議。由于NMEA一0183標準的通用性和靈活性，因而在全世界被廣泛使用。NMEA一0183格式定義：（1）數據串定義：NEMA一0183格式數據串的所有字符均為母的“語句I