DSP课程设计-基于DSP的GPGGA提取.doc

华东交大课程设计基于DSP的GPGGA提取1绪论GPS定位的数据格式NMER一0183标准应用于GPS方面时，数据串以“$GP”开头，主要有GGA、GL、ZDA、GSV、GSA、ALM等格式。这次设计主要是基于DSP的GPGGA定位信息的提取，在实验箱上实现GPGGA定位数据的提取。第一部分为GPS原理的介绍，GPS定位的一些原理，再详细阐述GPGGA信息的接收和提取。第二部分为NEMA0183数据标准在GPS中的应用。第三部分为系统整体设计，硬件的配置，以及整个系统的设计原理图。第四部分为系统程序设计思路以及程序的实现。第五部分为调试结果与分析。华东交大课程设计基于DSP的GPGGA提取2第一章GPS原理介绍1.1GPS简介GPS是英文GlobalPositioningSystem（全球定位系统）的简称，而其中文简称为“球位系”。GPS是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，简单地说，这是一个由覆盖全球的24颗卫星组成的卫星系统。这个系统可以保证在任意时刻，地球上任意一点都可以同时观测到4颗卫星，以保证卫星可以采集到该观测点的经纬度和高度，以便实现导航、定位、授时等功能。这项技术可以用来引导飞机、船舶、车辆以及个人，安全、准确地沿着选定的路线，准时到达目的地。GPS主要由空间部分、地面控制系统、用户设备等部分组成，GPS的空间部分是由24颗卫星组成(21颗工作卫星，3颗备用卫星），它位于距地表20200km的上空,均匀分布在6个轨道面上(每个轨道面4颗),轨道倾角为55°。卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4颗以上的卫星,并能在卫星中预存的导航信息。GPS的卫星因为大气摩擦等问题，随着时间的推移，导航精度会逐渐降低；地面控制系统由监测站(MonitorStation)、主控制站(MasterMonitorStation)、地面天线(GroundAntenna)所组成,主控制站位于美国科罗拉多州春田市(ColoradoSpring)。地面控制站负责收集由卫星传回之讯息,并计算卫星星历、相对距离,大气校正等数据；用户设备部分即GPS信号接收机。其主要功能是能够捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星，并跟踪这些卫星的运行。当接收机捕获到跟踪的卫星信号后，就可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率,解调出卫星轨道参数等数据。根据这些数据，接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算，计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息。接收机硬件和机内软件以及GPS数据的后处理软件包构成完整的GPS用户设备。GPS接收机的结构分为天线单元和接收单元两部分。华东交大课程设计基于DSP的GPGGA提取31.2GPS定位原理GPS定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置。如图所示，假设t时刻在地面待测点上安置GPS接收机，可以测定GPS信号到达接收机的时间t，再加上接收机所接收到的卫星星历等其它数据可以确定以下四个方程式：上述四个方程式中待测点坐标x、y、z和Vto为未知参数，其中di=cti(i=1、2、3、4),di(i=1、2、3、4)分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4到接收机之间的距离,ti(i=1、2、3、4)分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4的信号到达接收机所经历的时间,c为GPS信号的传播速度（即光速）。四个方程式中各个参数意义如下：x、y、z为待测点坐标的空间直角坐标。xi、yi、zi(i=1、2、3、4)分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4在t时刻的空间直角坐标，可由卫星导航电文求得。Vti(i=1、2、3、4)分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4的卫星钟的钟差，由卫星星历提供。Vto为接收机的钟差。由以上四个方程即可解算出待测点的坐标x、y、z和接收机的钟差Vto.1.3GPS定位方法GPS定位的方法是多种多样的，用户可以根据不同的用途采用不同的定位方法。GPS定位方法可依据不同的分类标准，可分为：（1）根据定位所采用的观测值：1.伪距定位：伪距定位所采用的观测值为GPS伪距观测值，所采用的伪距观测值既可以是C/A码伪距，也可以是P码伪距。伪距定位的优点是数据处理简单，对定位条件的要求低，不存在整周模糊度的问题，可以非常容易地实现实时定位；其缺点是观测值精度低，C/A码伪距观测值的精度一般为3米，而P码伪距观测值的精度一般也在30个厘米左右，从而导致定位成果精度低，另外，若采用精度较高的P码伪距观测值，还存在AS的问题，2载波相位定位：载波相位定位所采用的观测值为GPS的载波相位观测值，即L1、L2或它们的某种线性组合。载波相位定位的优点是观测值的精度高，一般优于2个毫米；其缺点是数据处理过程复杂，存在整周模糊度的问题。根据定位的模式：1.绝对定位：绝对定位又称为单点定位，这是一种采用一台接收机进行定位的模式，它所确定的是接收机天线的绝对坐标。这种定位模式的特点是作业方式简单，可以单机作业。绝对定位一般用于导航和精度要求不高华东交大课程设计基于DSP的GPGGA提取4的应用中；2相对定位:相对定位又称为差分定位，这种定位模式采用两台以上的接收机,同时对一组相同的卫星进行观测，以确定接收机天线间的相互位置关系；根据获取定位结果的时间:1、实时定位:：据接收机观测到的数据，实时地解算出接收机天线所在的位置.。2、非实时定位：又称后处理定位，它是通过对接收机接收到的数据进行后处理以进行定位得方法。根据定位时接收机的运动状态：1、动态定位：就是在进行GPS定位时，认为接收机的天线在整个观测过程中的位置是变化的。也就是说，在数据处理时，将接收机天线的位置作为一个随时间的改变而改变的量。动态定位又分为Kinematic和Dynamic两类。3静态定位：在进行GPS定位时，认为接收机的天线在整个观测过程中的位置是保持不变的。也就是说，在数据处理时，将接收机天线的位置作为一个不随时间的改变而改变的量。在测量中，静态定位一般用于高精度的测量定位，其具体观测模式多台接收机在不同的测站上进行静止同步观测，时间由几分钟、几小时甚至数十小时不等。1.4GPS定位的特点全球定位系统的主要特点：(1)全球、全天候工作（2）定位精度高应用实践已经证明，GPS相对定位精度在50KM以内可达10-6，100-500KM可达10-7m，1000KM可达10-9m。在300-1500M工程精密定位中，1小时以上观测的解其平面其平面位置误差小于1mm，与ME-5000电磁波测距仪测定得边长比较，其边长较差最大为0.5mm,校差中误差为0.3mm。（3）、观测时间短随着GPS系统的不断完善，软件的不断更新，目前，20KM以内相对静态定位，仅需15-20分钟；快速静态相对定位测量时，当每个流动站与基准站相距在15KM以内时，流动站观测时间只需1-2分钟，然后可随时定位，每站观测只需几秒钟。第二章数据的格式与提取2.1NMEA-0183数据格式介绍NMEA系列标准是其制定的关于海洋电子设备之间通信接口和协议的标准,1983年制定了NMEA一0183标准。这一标准在兼容NMEA一0180和NMEA一0182标准的基础上，增加了GPS、测深仪、罗经方位系统等多种设备的接口和通信协议定义，同时，标准还允许一些特定设备制造商对其设备(如GarminGPS一38、TfimbleEnsignXL)通信自行定义协议。由于NMEA一0183标准的通用性和灵活性，因而在全世界被广泛使用。NMEA一0183格式定义：（1）数据串定义：NEMA一0183格式数据串的所有字符均为母的“语句ID”，其后是数据体，数据字段以逗号分隔，语句末尾为checksum(可选)，以回车换行结束。每行语句最多包含82个字符(包括回车换行和“$”符号)。数据串以逗号分隔符识别，空字段保留逗号。语句结束的checksum由一个“*”和两个数据位的十六进制数组成。NI、伍A一0183标准允许个别厂商自己定义语句格式，这些语句以“$P”开头，其后是