【正文】 平面上（每個平面 4 顆），軌道傾斜角為 55176。 ，各軌道平面升交點的赤徑相差 60度。 此外 ， 還有 4顆有源備份 衛(wèi)星在軌運行。衛(wèi)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(wèi)星 ， 并能保持良好定位解算精度的幾何圖象 ， 這就提供了在時間上連續(xù)的全球導航能力。 GPS 衛(wèi)星產生兩組電碼 , 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 ， 并設有密碼 ， 一般民間無法解讀 ， 主要為美國軍方服務 。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： ★ 接受和存儲有地面監(jiān)控站發(fā)來的導航信息，接受并執(zhí)行監(jiān)控站的控制命令。 ★ 借組與衛(wèi)星上設有的微處理機進行必要的數據處理工作。 四川師范大學成都學院電子工程系課程設計報告 6 ★ 通過星載的高精度銫原子鐘和銣原子鐘提供精密的時間標準。 ★ 向用戶發(fā)送定位信息。 ★ 在地面監(jiān)控站的指令下，通過推進器調整衛(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 個主控站、 5個監(jiān)測站和 3 個地面控制站組成。檢測站是主控站直接控制下的數據自動采集中心，站內配有雙頻的 GPS 接收機和高精度原子鐘。檢測站將衛(wèi)星 觀測數據 ,包括電離層和氣象數 據 ， 經過初步處理后 ， 傳送到主控站 。 主控站從各監(jiān)測站收集跟蹤數據 ， 計算出衛(wèi)星的軌道和時鐘參數 ， 然后將結果送到 3 個地面控制站。地面控制站在每顆衛(wèi)星運行至上空時 ， 把這些導航數據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)星中預存的導航信息還可用一段時間 ， 但導航精度會逐漸降低。 用戶設備部分 用戶設備即為 GPS接收機本設計主要是設計該部分，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 用已經設計好的 GPS 接收模塊接收衛(wèi)星發(fā)送的定位信息，通過 MCU 處理采集到的數據，并將數據轉換成字符，顯示定位信息。 GPS 接收機的硬件，一般包括主機（包括 GPS數據采集芯片）、天線和電源，接收機中的微處理機算機是用戶設備的核心部分，它可以按照定位解算方法進行定位計算，計算出用戶所在位置的經度、緯度、海拔高度、速度和日期時間信息。 GPS 工作原理 GPS 定位的基本原理是根據高速運動的衛(wèi)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。本設計采用 GPS 絕對定位原理，參照坐標系為 WGS— 84 坐標系。假設 t時間在地面安置 GPS 接收機，測得 GPS 信號到達 GPS 接收機的時間為△ t，再根據 GPS 接收機上接收到的從 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： 四川師范大學成都學院電子工程系課程設計報告 7 圖 6 測偽距觀測方程圖 上述四個方程式中待測點坐標 X、 Y、 Z 和 Vt0 為未知參數，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= 4）分別為衛(wèi)星 衛(wèi)星 衛(wèi)星 衛(wèi)星 4 在 t 時刻的空間直角坐標，可由衛(wèi)星導航電文求得。 Vti（ i= 4）分別為衛(wèi)星 衛(wèi)星 衛(wèi)星 衛(wèi)星 4的衛(wèi)星時鐘差它由衛(wèi)星星歷提供。 Vt0 為接收機的時鐘差。 由以上四個方程即可解算出待測點的坐標 X、 Y、 Z和接收機的時鐘差 Vt0。 GPS 數據解析 本設計的 GPS 接收機根據 NMEA0183 協議的標準規(guī)范，將位置、速度等信息 通過串口傳送到單片機系統。 NMEA0183 協議是 GPS 接收機應當遵守的標準協議，也是目前 GPS四川師范大學成都學院電子工程系課程設計報告 8 接收機上使用最廣泛的協議，大多數常見的 GPS 接收機、 GPS 數據處理軟件、導航軟件都遵守或者至少兼容這個協議。 NMEA 通訊協議所規(guī)定的通訊語句都已是以 ASCII 碼為基礎的， NMEA0183 協議語句的數據格式如下：“ $”為語句起始標志；“，”為域分隔符；“ *”為校驗和識別符，其后面的兩位數為校驗和，代表了“ $”和“ *”之間所有字符的按位異或值（不包括這兩個字符）；“ CR／ LF”為終止符，所有的語 句必須以“ CR” 或“ LF”來結束，也就是 ASCII 字符的“回車”（十六進制的 0D）和“換行”（十六進制的 0A）。所有的信息由‘ $’開始，以換行結束，緊跟著‘ $’后的五個字符解釋了信息的基本類型，多個參數之間用逗號隔開。 NMEA0183 協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。 在設計中我們只對 GPRMC 數據和 GPRMC數據進行了解析。 GPRMC 數據詳解 $GPRMC,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12*hh 1 UTC 時間， hhmmss(時分秒 )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 經度 (度分 )格式 (前面的 0也將被傳輸 ) 6 經度半球 E(東經 )或 W(西經 ) 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，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=數據無效 ) ★ 解析內容： 1. 時間，這個是格林威治時間，是世界時間（ UTC），我們需要把它轉換成北京時間（ BTC）， BTC 和 UTC 差了 8個小時，要在這個時間基礎上加 8 個小時。 四川師范大學成都學院電子工程系課程設計報告 9 2. 定位狀態(tài)，在接收到有效數據前，這個位是‘ V’，后面的數據都為空，接到有效數據后，這個位是‘ A’，后面才開始有數據。 3. 緯度，我們需要把它轉換成度分秒的格式，計算方法： 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，這個位有兩種值‘ N’（北緯）和‘ S’（南緯） 5. 經度的計算方法和緯度的計算方法一樣 6. 東西經，這個位有兩種值‘ E’（東經）和‘ W’（西經） 7. 速率，這個速率值是 海里 /時，單位是節(jié)，要把它轉換成千米 /時，根據： 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，這個日期是準確的，不需要轉換 GPGGA 數據詳解 $GPGGA,12,3,4,5,6,7,8,9,M,10,M,11,12*xxCRLF $GPGGA：起始引導符及語句格式說明 (本句為 GPS 定位數據 ) 1 UTC 時間，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 經度，格式為 (第一位零也將傳送 ) 5 經度半球， E 或 W(東經或西經 ) 6 定位質量指示， 0=定位無效， 1=定位有效 7 使用衛(wèi)星數量，從 00 到 12(第一個零也將傳送 ) 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 大地水準面高度， 到 米 M 指單位米 11 差分 GPS 數據期限 (RTCM SC104)，最后設立 RTCM 傳送的秒數量 12 差分參考基站標號，從 0000 到 1023(首位 0也將傳送 ) 四川師范大學成都學院電子工程系課程設計報告 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，內部含有國標一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊，其顯示分辨率為 128 64，內置 8192個16*16點漢字和 128個 16*8點 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，可構成全中文人機交互圖形界面?？梢燥@示 8 4行 16 16點陣的漢字。也可完成圖形顯示，低電壓低功耗是它的又一顯著特點。由該模塊構成的液晶顯示方案與同類型的圖形點陣液晶顯示模塊相比，不但硬件電路結構和顯示程序簡單，該模塊的價格也略低于相同點陣的圖形液晶模塊。 LCD12864 的基本特性 ★ 低電源電壓（ VDD:+— +） ★ 顯示分辨率 :128 64點 ★ 內置漢字字庫，提供 8192個 16 16點陣漢字 (