【正文】 平面上（每個(gè)平面 4 顆），軌道傾斜角為 55176。 ，各軌道平面升交點(diǎn)的赤徑相差 60度。 此外 ， 還有 4顆有源備份 衛(wèi)星在軌運(yùn)行。衛(wèi)星的分布使得在全球任何地方 、 任何時(shí)間都可觀測到 4 顆以上的衛(wèi)星 ， 并能保持良好定位解算精度的幾何圖象 ， 這就提供了在時(shí)間上連續(xù)的全球?qū)Ш侥芰Α?GPS 衛(wèi)星產(chǎn)生兩組電碼 , 一組稱為 C/A 碼 ( Coarse/Acquisition Code11023MHz) ； 一組稱為 P 碼 (Precise Code 10123MHz)， P 碼因頻率較高 ， 不易受干擾 ， 定位精度高 ，因此受美國軍方管制 ， 并設(shè)有密碼 ， 一般民間無法解讀 ， 主要為美國軍方服務(wù) 。C/A 碼人為采取措施而刻意降低精度后 ， 主要開放給民間使用 。 GPS 衛(wèi) 星有如下基本功能： ★ 接受和存儲(chǔ)有地面監(jiān)控站發(fā)來的導(dǎo)航信息，接受并執(zhí)行監(jiān)控站的控制命令。 ★ 借組與衛(wèi)星上設(shè)有的微處理機(jī)進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)處理工作。 四川師范大學(xué)成都學(xué)院電子工程系課程設(shè)計(jì)報(bào)告 6 ★ 通過星載的高精度銫原子鐘和銣原子鐘提供精密的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。 ★ 向用戶發(fā)送定位信息。 ★ 在地面監(jiān)控站的指令下，通過推進(jìn)器調(diào)整衛(wèi)星的姿態(tài)和啟用備用衛(wèi)星。 地面控制部分 地面控制部分由 1 個(gè)主控站、 5個(gè)監(jiān)測站和 3 個(gè)地面控制站組成。檢測站是主控站直接控制下的數(shù)據(jù)自動(dòng)采集中心，站內(nèi)配有雙頻的 GPS 接收機(jī)和高精度原子鐘。檢測站將衛(wèi)星 觀測數(shù)據(jù) ,包括電離層和氣象數(shù) 據(jù) ， 經(jīng)過初步處理后 ， 傳送到主控站 。 主控站從各監(jiān)測站收集跟蹤數(shù)據(jù) ， 計(jì)算出衛(wèi)星的軌道和時(shí)鐘參數(shù) ， 然后將結(jié)果送到 3 個(gè)地面控制站。地面控制站在每顆衛(wèi)星運(yùn)行至上空時(shí) ， 把這些導(dǎo)航數(shù)據(jù)及主控站指令注入到衛(wèi)星。這種注入對每顆 GPS 衛(wèi)星每天一次 ， 并在衛(wèi)星離開注入站作用范圍之前進(jìn)行最后的注入。如果某地面站發(fā)生故障 ， 那么在衛(wèi)星中預(yù)存的導(dǎo)航信息還可用一段時(shí)間 ， 但導(dǎo)航精度會(huì)逐漸降低。 用戶設(shè)備部分 用戶設(shè)備即為 GPS接收機(jī)本設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)該部分，其主要功能是能夠捕獲一定衛(wèi)星截止角所選擇的待測衛(wèi)星，并跟蹤這些衛(wèi)星。利 用已經(jīng)設(shè)計(jì)好的 GPS 接收模塊接收衛(wèi)星發(fā)送的定位信息，通過 MCU 處理采集到的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成字符，顯示定位信息。 GPS 接收機(jī)的硬件，一般包括主機(jī)（包括 GPS數(shù)據(jù)采集芯片）、天線和電源，接收機(jī)中的微處理機(jī)算機(jī)是用戶設(shè)備的核心部分，它可以按照定位解算方法進(jìn)行定位計(jì)算，計(jì)算出用戶所在位置的經(jīng)度、緯度、海拔高度、速度和日期時(shí)間信息。 GPS 工作原理 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，確定待測點(diǎn)的位置。本設(shè)計(jì)采用 GPS 絕對定位原理，參照坐標(biāo)系為 WGS— 84 坐標(biāo)系。假設(shè) t時(shí)間在地面安置 GPS 接收機(jī)，測得 GPS 信號到達(dá) GPS 接收機(jī)的時(shí)間為△ t，再根據(jù) GPS 接收機(jī)上接收到的從 GPS 衛(wèi)星發(fā)射回來的星歷信息。測偽距觀測方程圖如圖 6 所 6示： 四川師范大學(xué)成都學(xué)院電子工程系課程設(shè)計(jì)報(bào)告 7 圖 6 測偽距觀測方程圖 上述四個(gè)方程式中待測點(diǎn)坐標(biāo) X、 Y、 Z 和 Vt0 為未知參數(shù)，其中 di=C△ ti（ i= 4）。 di（ i= 4）分別為衛(wèi)星 衛(wèi)星 衛(wèi)星 衛(wèi)星 4 到接收機(jī)之間的距離?！?ti（ i= 4）分別為衛(wèi)星 衛(wèi)星 衛(wèi)星 衛(wèi)星 4的信號到達(dá)接收機(jī)所經(jīng)歷的時(shí)間。 C 為 GPS 信號的傳 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為待測點(diǎn)坐標(biāo)的空間直角坐標(biāo)。 Xi、 Yi、 Zi（ i= 4）分別為衛(wèi)星 衛(wèi)星 衛(wèi)星 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= 4）分別為衛(wèi)星 衛(wèi)星 衛(wèi)星 衛(wèi)星 4的衛(wèi)星時(shí)鐘差它由衛(wèi)星星歷提供。 Vt0 為接收機(jī)的時(shí)鐘差。 由以上四個(gè)方程即可解算出待測點(diǎn)的坐標(biāo) X、 Y、 Z和接收機(jī)的時(shí)鐘差 Vt0。 GPS 數(shù)據(jù)解析 本設(shè)計(jì)的 GPS 接收機(jī)根據(jù) NMEA0183 協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，將位置、速度等信息 通過串口傳送到單片機(jī)系統(tǒng)。 NMEA0183 協(xié)議是 GPS 接收機(jī)應(yīng)當(dāng)遵守的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，也是目前 GPS四川師范大學(xué)成都學(xué)院電子工程系課程設(shè)計(jì)報(bào)告 8 接收機(jī)上使用最廣泛的協(xié)議，大多數(shù)常見的 GPS 接收機(jī)、 GPS 數(shù)據(jù)處理軟件、導(dǎo)航軟件都遵守或者至少兼容這個(gè)協(xié)議。 NMEA 通訊協(xié)議所規(guī)定的通訊語句都已是以 ASCII 碼為基礎(chǔ)的， NMEA0183 協(xié)議語句的數(shù)據(jù)格式如下：“ $”為語句起始標(biāo)志；“，”為域分隔符；“ *”為校驗(yàn)和識別符，其后面的兩位數(shù)為校驗(yàn)和，代表了“ $”和“ *”之間所有字符的按位異或值（不包括這兩個(gè)字符）；“ CR／ LF”為終止符，所有的語 句必須以“ CR” 或“ LF”來結(jié)束，也就是 ASCII 字符的“回車”（十六進(jìn)制的 0D）和“換行”（十六進(jìn)制的 0A）。所有的信息由‘ $’開始，以換行結(jié)束，緊跟著‘ $’后的五個(gè)字符解釋了信息的基本類型，多個(gè)參數(shù)之間用逗號隔開。 NMEA0183 協(xié)議定義的語句非常多，但是常用的或者兼容性最廣的語句有 $GPGGA、$GPGSA、 $GPGSV、 $GPRMC、 $GPVTG、 $GPGLL 等。 在設(shè)計(jì)中我們只對 GPRMC 數(shù)據(jù)和 GPRMC數(shù)據(jù)進(jìn)行了解析。 GPRMC 數(shù)據(jù)詳解 $GPRMC,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12*hh 1 UTC 時(shí)間， hhmmss(時(shí)分秒 )格式 2 定位狀態(tài)， ‘ A’ =有效定位， ‘ V’ =無效定位 3 緯度 (度分 )格式 (前面的 0 也將被傳輸 ) 4 緯度半球 N(北半球 )或 S(南半球 ) 5 經(jīng)度 (度分 )格式 (前面的 0也將被傳輸 ) 6 經(jīng)度半球 E(東經(jīng) )或 W(西經(jīng) ) 7 地面速率 (— 節(jié)，前面的 0也將被傳輸 ) 8 地面航 向 (— 度，以真北為參考基準(zhǔn)，前面的 0 也將被傳輸 ) 9 UTC 日期， ddmmyy(日月年 )格式 10 磁偏角 (— 度，前面的 0 也將被傳輸 ) 11 磁偏角方向， E(東 )或 W(西 ) 12 模式指示 (僅 NMEA0183 版本輸出， A=自主定位， D=差分， E=估算， N=數(shù)據(jù)無效 ) ★ 解析內(nèi)容： 1. 時(shí)間，這個(gè)是格林威治時(shí)間，是世界時(shí)間（ UTC），我們需要把它轉(zhuǎn)換成北京時(shí)間（ BTC）， BTC 和 UTC 差了 8個(gè)小時(shí)，要在這個(gè)時(shí)間基礎(chǔ)上加 8 個(gè)小時(shí)。 四川師范大學(xué)成都學(xué)院電子工程系課程設(shè)計(jì)報(bào)告 9 2. 定位狀態(tài)，在接收到有效數(shù)據(jù)前，這個(gè)位是‘ V’，后面的數(shù)據(jù)都為空，接到有效數(shù)據(jù)后，這個(gè)位是‘ A’，后面才開始有數(shù)據(jù)。 3. 緯度，我們需要把它轉(zhuǎn)換成度分秒的格式，計(jì)算方法： 如接收到的緯度是： – 45 * 100 = 可以直接讀出 46 分 – 46 = * 60 = 讀出 24 秒 所以緯度是： 45 度 46 分 24 秒。 4. 南北緯，這個(gè)位有兩種值‘ N’（北緯）和‘ S’（南緯） 5. 經(jīng)度的計(jì)算方法和緯度的計(jì)算方法一樣 6. 東西經(jīng)，這個(gè)位有兩種值‘ E’（東經(jīng)）和‘ W’（西經(jīng)） 7. 速率，這個(gè)速率值是 海里 /時(shí)，單位是節(jié)，要把它轉(zhuǎn)換成千米 /時(shí)，根據(jù)： 1 海里 = 公里，把得到的速率乘以 。 8. 航向，指的是偏離正北的角度 9. 日期，這個(gè)日期是準(zhǔn)確的，不需要轉(zhuǎn)換 GPGGA 數(shù)據(jù)詳解 $GPGGA,12,3,4,5,6,7,8,9,M,10,M,11,12*xxCRLF $GPGGA：起始引導(dǎo)符及語句格式說明 (本句為 GPS 定位數(shù)據(jù) ) 1 UTC 時(shí)間，格式為 2 緯度，格式為 (第一位是零也將傳送 ) 3 緯度半球， N 或 S(北緯或南緯 ) 4 經(jīng)度，格式為 (第一位零也將傳送 ) 5 經(jīng)度半球， E 或 W(東經(jīng)或西經(jīng) ) 6 定位質(zhì)量指示， 0=定位無效， 1=定位有效 7 使用衛(wèi)星數(shù)量，從 00 到 12(第一個(gè)零也將傳送 ) 8 水平精確度， 到 9 天線離海平面的高 度， 到 米 M指單位米 10 大地水準(zhǔn)面高度， 到 米 M 指單位米 11 差分 GPS 數(shù)據(jù)期限 (RTCM SC104)，最后設(shè)立 RTCM 傳送的秒數(shù)量 12 差分參考基站標(biāo)號，從 0000 到 1023(首位 0也將傳送 ) 四川師范大學(xué)成都學(xué)院電子工程系課程設(shè)計(jì)報(bào)告 10 LCD12864 液晶顯示原理 LCD12864是一種具有 4/8位并行、 2線或 3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標(biāo)一級、二級簡體中文字庫的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊，其顯示分辨率為 128 64，內(nèi)置 8192個(gè)16*16點(diǎn)漢字和 128個(gè) 16*8點(diǎn) ASCII字符集。利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面?？梢燥@示 8 4行 16 16點(diǎn)陣的漢字。也可完成圖形顯示，低電壓低功耗是它的又一顯著特點(diǎn)。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比，不但硬件電路結(jié)構(gòu)和顯示程序簡單，該模塊的價(jià)格也略低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊。 LCD12864 的基本特性 ★ 低電源電壓（ VDD:+— +） ★ 顯示分辨率 :128 64點(diǎn) ★ 內(nèi)置漢字字庫，提供 8192個(gè) 16 16點(diǎn)陣漢字 (