gps定位系统原理.docx

基于FPGA的防盗定位追踪系统 gps定位系统原理（gps定位系统原理）搜求2009-11-1719:07出处：中华电子网作者：孙希伟、胡文超、耿玉杰GSM通信体系为传输需求的各种信令，设立了多种特为的专揽信道。（gps定位系统原理）GSM通信收取一向费用，但通信阻隔长，物化角少，无妨实现全球通信，无论两末端相距多远都无妨听任GSM不断通信。（gps定位系统原理）1、体系幻想GSM(GlobalSystemforMobileCommunications)为全球挪移通信体系，是一种滥觞于欧洲的挪移通信技巧尺度，其开拓目标是让全球各地无妨平居愚弄一个挪移电话搜求尺度，让用户愚弄一部手机就能行遍全球。（gps定位系统原理）GSM通信体系为传输需求的各种信令，设立了多种特为的专揽信道。（gps定位系统原理）GSM通信收取一向费用，但通信阻隔长，物化角少，无妨实现全球通信，无论两末端相距多远都无妨听任GSM不断通信。（gps定位系统原理）所感到了实现长阻隔的对物品的跟踪，我们选择了GSM模块不断通信。（gps定位系统原理）功效与指标1)防盗功效：这是设计本体系的终于目标。（gps定位系统原理）将防盗目标末端放到守御被盗的物品上，当物品流失后，按下追寻指挥末端上的按键后，无妨在LCD液晶屏上看到防盗目标末端相对于追寻指挥末端的地位和方位，从而到达防盗的目标。（gps定位系统原理）2)定位功效：这是本体系的最基础功效，它是实现防盗功效的一个步骤，当用户按下追寻指挥末端上的按键后无妨在液晶屏上显示自身经纬度，从而实现对自身的定位。（gps定位系统原理）3)追踪功效：这是本体系的扩大功效。（gps定位系统原理）防盗目标末端除了举动防盗器之外还可用作定位器，将防盗目标末端放到需求追踪的目标上，听任追寻指挥末端无妨准确的昭着追踪目标的地位从而对追踪目标不断及时追踪。（gps定位系统原理）指标：本体系所产活的误差首要是由GPS信号领受器导致，因为体系所愚弄的GPS信号领受器属于较低端的信号领受器，讯息误差大约在5米左右，所以本体系仰求实现追寻指挥末端对防盗目标末端的定位，相对阻隔误差不带头10米，追寻指挥末端对自身经纬度不断定位误差不带头。（gps定位系统原理）2、实现原理体系原理当按下追寻指挥末端上的按键时，追寻指挥末端听任GSM模块向防盗目标末端发出请求讯息，防盗目标末端领受到该讯息后，听任GPS信号领受器领受卫星信号，FPGA听任DTE接口接管该讯息并在GPS模块中得到出经纬度讯息，该讯息在加密模块中不断加密然后又听任开拓板上的DCE接口传赋予GSM模块，GSM模块将该讯息发赋予追寻指挥末端，追寻指挥末端听任GSM模块领受该讯息，并在解密模块中对讯息不断解密，同时用与防盗目标末端一样法子深信自身地位，防盗目标末端传来的地位讯息和追寻指挥末端自身接管的地位讯息一并传入相对地位计算模块。（gps定位系统原理）在相对地位计算中追寻指挥末端计算出两末端的相对地位以及防盗目标末端相对于追寻指挥末端的方位。（gps定位系统原理）体系原理示意图如图所示。（gps定位系统原理）图体系原理示意图各模块实现原理2.UART模块实现原理本体系的UART模块是在EDK环境中开拓结尾，利用了开拓环境所供给的uartns550_v1_00_b驱动圭表，该驱动供给了发送函数voidXuartNs550SendByte(Xuint32BaseAddress,Xuint8Data)和领受函数unsignedintXuartNs550RecvByte(Xuint32BaseAddress)。（gps定位系统原理）从而使圭表无妨听任Uart每次发送领受一个字节的数据。（gps定位系统原理）.2经纬度得到模块原理倘使装备和卫星的通信正常，无妨领受到如下格局的字符数据：GPRMC,204700,A,N,W,170698,E*6En。（gps定位系统原理）数据解说如下：GPRMC代表GPS到差的最短数据,代表纬度值，N表示北纬，S表示南纬;代表经度值，W表示西经，E表示东经。（gps定位系统原理）在领受过程receive中收到“n”之后，表示收到一条完整的讯息。（gps定位系统原理）体系在voidGPS_parse(GPS_INF度*GPS)方法中不断数据的解析，若信号适用则得到GPS信号中的经纬度讯息。（gps定位系统原理）GPS信号的经度纬度是字符串典型，需求转动为double典型。（gps定位系统原理）.3GSM模块实现原理GSM专揽圭表最根柢的实现原理是听任Xuint8XUartNs550_RecvByte(Xuint32BaseAddress),voidXuartNs550_SendByteuint32BaseAddress,Xuint8Data)两个函数实现的。（gps定位系统原理）这两个函数对数据的接管与发送都是湮塞的，该湮塞机制确保了发送与接管的数据不会流失。（gps定位系统原理）综上所述，听任愚弄这两个根柢的串口通信函数，实现了FPGA对GSM模块的专揽，从而实现了对短讯息的领受与发送。（gps定位系统原理）AT敕令是被普遍选择的调制解调器敕令讲话，它供给了计算机或末端对调制解调器的专揽接口。（gps定位系统原理）在GSM模块的应用中，AT敕令实现了对GSM大多数的操作专揽，本体系即愚弄了AT指令集对GSM不断专揽。（gps定位系统原理）.4加密解密模块实现原理本体系选择DES加密算法。（gps定位系统原理）DES算法把64位的明文输入块变为64位的密文输出块，它所愚弄的密钥也是64位。（gps定位系统原理）首先，DES把输入的64位数据块按位重新搅浑，并把输出分为L0、R0两部分，每部分各长32位，并不断前后置换(输入的第58位换到起初位，第50位换到第2位，依此类推，厥后一位是原本的第7位)，终于由L0输出左32位，R0输出右32位，依据这个准则驰过16次迭代运算后，得到L16、R16，将此举动输入，不断与初始置换相反的逆置换，即得到密文输出。（gps定位系统原理）本体系对加密模块以函数调用的法子加以实现。（gps定位系统原理）3、体系测试本体系基于GPS和GSM技巧在FPGA开拓板上实现了追踪和定位的功效，为了检测体系的的功效并找出其中的不够，我们拟定了具体的测试幻想，并对纷歧环境下体系的性能以及体系的容错性不断了测试，依据测试的数据对体系的性能做出了客观的评价，极端闪现了体系的优处也找出了体系的不够。（gps定位系统原理）体系自测试幻想(部分)斟酌到两个末端的阻隔大概会影响到效果合理度(因为阻隔较短时，GPS发送的两末端的经纬度相差会很小，进而会造成较大误差)，所以我们使两末端的阻隔在207800m规模内变更，测量纷歧阻隔下的阻隔误差和方位角度误差。（gps定位系统原理）另外，我们还斟酌到末端所在的环境(如地理环境、气候形态等)大概会对GPS以及GSM的做事产活影响，所以我们也在纷歧的地理环境以及气候形态下对体系性能不断了测试。（gps定位系统原理）体系测试效果(部分)测试数据阐发本体系选择GPS和GSM受气候等自发因素影响较小，所以无论是在晴天也曾下雨天都能够实现追寻指挥末端对防盗目标末端的精辟信位。（gps定位系统原理）因愚弄的GPS定位体系质量较差，当两末端相距较近时相对误差过大。（gps定位系统原理）但此情形下已没有必要听任本体系追寻防盗目标末端，可直接听任肉眼察看找到。（gps定位系统原理）4、特色讯息安全性高，这是本着述的一大特色。（gps定位系统原理）一忽儿市场上的防盗定位产品，大多没有看待追踪的物品的经纬度讯息不断加密，这样讯息倘使被第三方截获，物品的安全很大概受到挟制。（gps定位系统原理）而本着述在很大水准上补充了这一短处。（gps定位系统原理）起初，对传输的经纬度讯息将其加密后传输，守御物品的地位讯息被第三方截获并被仇隙修正或利用;第二，GSM通信干部就有很好的防盗才能，在对讯息加密的基础上，利用GSM通信的这一特点进一步保护了讯息的安全性。（gps定位系统原理）受气候等表象因素的影响校这是由GPS和GSM的特点决议的。（gps定位系统原理）首先GPS信号不会受到油腻云层、大雾、下雨和下雪等不良气候的影响，GPS信号的波长足以让它穿越空气中的各种劝止物，换句话说，多数毒辣气候恢复不会对GPS的正常做事产活影响;再就是GSM通信也几乎不受多数灾害气候的影响。（gps定位系统原理）定位追踪的适用阻隔较远。（gps定位系统原理）所谓定位追踪的适用阻隔，在此处无妨明了为两末端均能领受到各自一忽儿地位的适用经纬度信号并能正常地通信时，两末端的相对阻隔。（gps定位系统原理）首先GPS的适用定位规模是全球性的，在绝大多数情形下，GPS都能供给适用而准确的经纬度地位，从而保护了体系所用的地位数据的时效性，进而增大了定位追踪的适用阻隔。（gps定位系统原理）其次，GSM通信也具有全球化的应用，无论通信阻隔的长短，GSM都能所保护传送的讯息具有卓越的日后性与正确性。（gps定位系统原理）成本较低。（gps定位系统原理）Spartan-3E系列的器件密度规模为10万到160万体系门，其单位逻辑单元的成本是FPGA行业中最低的。（gps定位系统原理）Spartan-3E器件在业界起初个突破了2美元的10万体系门售价和10美元的100多万体系门售价的极限。（gps定位系统原理）所以尽管本体系包括的各模块都比拟繁复，外围器件较多，但由于总共体系基于Spartan-3E且Spartan-3E供给了丰硕的外围装备接口，因此体系各部分均得到了很好的实现，残余利用了Spartan-3E开拓板的高性价比个性。（gps定位系统原理）本着述的可扩大性强。（gps定位系统原理）当然本着述恢复实现了定位追踪功效和根柢的人机交互功效。（gps定位系统原理）但由于开拓韶华有限，仍有一些功效无妨进一步被扩大完美，所以本着述的性能仍具有很大的提腾飞间。（gps定位系统原理）例如在功效扩大方面，利用Spartan-3E的壮大功效，无妨不断一对多通信，这样就无妨实现对多个物品的同时跟踪，极大地扩大了体系的应用价值;人机交互方面，本体系利