【正文】 28, TIMEPULSE 輸入端，時間脈沖信號，默認(rèn)值為每秒一個脈沖 。 8. VDD 180UT 輸出端，提供 的輸出電壓，不用時懸空 。具有超輕、超薄、亮度高、可視角度大，功耗低、響應(yīng)速度快等特點。這兩個串口的波特率產(chǎn)生是獨立的，使用起來相當(dāng)靈活。 定位導(dǎo)航終端的硬件模塊的選取 單片機的選取 綜合考慮目前常見定位導(dǎo)航終端的實現(xiàn)方案，本設(shè)計采用基于 SoC 單片機 (C8051F020)的實現(xiàn)方案，即采用 GPS 接收機與 C8051F020 單片機構(gòu)成定位導(dǎo)航終端。開發(fā)嵌入式系統(tǒng)成本較高，對于以定位導(dǎo)航為主的來說，使用嵌入式系統(tǒng)容易造成資源浪費。與其他導(dǎo)航系統(tǒng)相比，主要特點有如下幾個方面 : 1)定位精度高，觀測時間短 GPS 定位技術(shù)定位精度高，理論上可以達到五到十米 。 Oti (i=1, 2, 3, 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(jīng)歷的時間。每個 GPS 衛(wèi)星在兩個頻率波段上發(fā)布獨立信號。主控站主要任務(wù)是收集各監(jiān)控站對 GPS 衛(wèi)星的全部觀測數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)計算每顆 GPS 衛(wèi)星的軌道和衛(wèi)星鐘改正值。 1)空間部分一 GPS 衛(wèi)星星座 :由 21顆工作衛(wèi)星和 3 顆在軌備用衛(wèi)星組成 GPS衛(wèi)星星座，記作 ((21+3)GPS 星座。 RI, R2,R3 分別表示用戶機到衛(wèi)星 1, 2 和地球質(zhì)心的距離。 20xx 年 10 月 31 日和 12 月 21 日，我國發(fā)射了兩顆北斗一號衛(wèi)星，并由其構(gòu)成獨特的“雙星有源定位系統(tǒng)”。垂直精度 :士 75m。該系統(tǒng)與美國的 GPS 系統(tǒng)同屬于第二代衛(wèi)星定位系統(tǒng) (3]a .1 系統(tǒng)組成 1)衛(wèi)星星座 :全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)的空間衛(wèi)星星座，由分布在三個獨立橢圓軌道的 24 顆 GLONASS 衛(wèi)星組成 (另加 1顆備用衛(wèi)星 )，平均每個軌道上分布 8顆衛(wèi)星，各軌道升交點的赤經(jīng)相差 120 度 。系統(tǒng)通過串口實現(xiàn)和 GPS 接收機通信，實時提取相關(guān)的定位數(shù)據(jù) (經(jīng)度、緯度、高度等 )并通過自制的電子地圖，由液晶屏顯示用戶位置，實現(xiàn)導(dǎo)航定位的目的。具有與 80C51 系列單片機相同的指令系統(tǒng)，并且功能更加全面。 國內(nèi)也有許多公司和機構(gòu)參與導(dǎo)航定位系統(tǒng)的研制，各家正在研制和已推出的系統(tǒng)之間，應(yīng)該說各有優(yōu)缺點。 目前國外己有兩大衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)在運行 :一是美國的全球定位系統(tǒng)(GPS ),二是俄羅斯的“格魯納斯” (GLONASS )定位系統(tǒng)。 關(guān)鍵詞 :GPS。 然后針對系統(tǒng)的硬件設(shè)計、軟件設(shè)計和軟硬件聯(lián)合調(diào)試等方面展開論述。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷進步，導(dǎo)航定位相關(guān)產(chǎn)品的成本在不斷下降，可以預(yù)言，導(dǎo)航與定位系統(tǒng)將向著小型化，智能化，多功能化方向發(fā)展。這將標(biāo)志著我國將擁有自主研發(fā)的第一代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。利用 GPS 進行定位是個不錯的選擇。單板機開發(fā)成本較高，體積大， 一般適用于大型基于單片機的 GPS 導(dǎo)航裝置的設(shè)計監(jiān)控系統(tǒng)。 論文的組織 論文的第一章為緒論，介紹了論文研究的背景以及國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀和研究意義等內(nèi)容 :第二章對 GPS 全球定位系統(tǒng)各方面作簡單介紹和進行一般性的論述 。 技術(shù)特點 1)衛(wèi)星信號 每顆 GLONASS 衛(wèi)星配有艷原子鐘，以便為所有星載設(shè)備提供高穩(wěn)定的時標(biāo)信號。 2)地面系統(tǒng) :在歐洲建立 2 個控制中心，在全球構(gòu)建監(jiān)控網(wǎng) 。 3)定位精度 :平面精度士 20m,垂直精度士 l Or n. 定位原理 北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)的定位原理為 :地面中心站通過 2 顆同步靜止定位衛(wèi)星傳送測距問詢信號，如果用戶需要定位則馬上回復(fù)應(yīng)答信號。衛(wèi)星的分布使得在全球的任何地方，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形。對于某地某時，甚至不能測得精確的點位坐標(biāo)，這種時間段叫做“間隙段”。廣播星歷所預(yù)報的衛(wèi)星位置的切向誤差士 5m。而測距精碼 ((P 碼 )的測距精度約為士 。盡管 GLONASS系統(tǒng)沒有進行 SA 千擾，但由于俄羅斯政府的經(jīng)濟狀況不佳，無法及時發(fā)射新的衛(wèi)星以替代達到或接近服務(wù)壽命的衛(wèi)星。要對 GPS信息進行提取首先要明白其幀結(jié)構(gòu) ( 如圖 22 所示 ):NMEA Protocol Frame$一 }Acidress仁毛 value}_「牛咋曲贖 cksum}CRLF圖 22 NMEA協(xié)議幀結(jié)構(gòu) 本課題中我們所需要的信息比如經(jīng)緯度、經(jīng)緯度方向、 GPS 定位狀態(tài)、和接收信號的時間等都可以從“ $GPRMC”幀中獲取，因此下面對“ $GPRMC”具體幀格式簡要介紹 : $GPRMC,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12*hhCRLF 1 UTC 時間， hhmmss(時分秒 )格式 2定位狀態(tài)， A=有效定位， V 二無效定位 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 舊月年 )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 二估算， N 二數(shù)據(jù)無效 第 3 章系統(tǒng)總體設(shè)計 系統(tǒng)功能 本文研究 的定位導(dǎo)航系統(tǒng)是綜合運用 soc 技術(shù)、 GPS 技術(shù)和通信技術(shù)。單片機由于具有成本低、控制系統(tǒng)組成靈活方便、調(diào)試方便和維護簡單的特點，因此獲得廣泛應(yīng)用。 4. 1. 1 GPS 接收板的設(shè)計 GPS 接收板作為衛(wèi)星導(dǎo)航電文的接收端，它通過外接的有源天線將接收來的 高頻信號送到 GPS 模塊的 RF 端口，經(jīng)過運算處理后將定位數(shù)據(jù)通過其串口傳送給上位機 [” ]。由于內(nèi)置了低導(dǎo)通電阻晶體管，因而電壓差低，且能夠獲得較大的輸出電流。由一百多萬個相關(guān)器組成的專用捕獲引擎可以在整個時間 /頻率空間內(nèi)進行搜索，即便在信號惡劣的條件下也可瞬間找到衛(wèi)星，首次定位時間小于 1秒，捕獲靈敏度可達 160dBm。 20. ADDET N 輸入端，有源天線保護，作為天線監(jiān)測電路的信號輸入端，不用時 懸空。一般選用天線的參數(shù)為增益 27dB 左右，噪聲系數(shù) 左右。如果使用的 是有源天線則在該引腳的輸入端加 100hm 電阻，連到天線偏置電壓或 VCCJ 妞，作為電路短路保護和天線監(jiān)測 。其它參數(shù) 如下所示 : 性能參數(shù) : L 1 頻率， GPS C/A 碼 4Hz的定位更新速率 一精確度，定位 。 2,穩(wěn)壓電源模塊設(shè)計 穩(wěn)壓電源模塊設(shè)計，我們采用了精工穩(wěn)壓電源芯片 S1112，可以保證數(shù)據(jù)終端工作穩(wěn)定可靠。 第 4 章系統(tǒng)硬件設(shè)計 系統(tǒng)終端的總體硬件結(jié)構(gòu) 由于該系統(tǒng)不僅要實現(xiàn)導(dǎo)航數(shù)據(jù)的提取和處理，還涉及到導(dǎo) 航定位顯示的問題，其主要組成部分是 GPS 接收板， C8051F020 微處理器，時鐘芯片，穩(wěn)壓電源模塊， OCM12864 顯示屏及外接按鍵、 LED 顯示燈等。相對于單片機和嵌入式系統(tǒng)，單板機開發(fā)成本高，體積大，較適用于大型監(jiān)控系統(tǒng)中。 GPS 接收機根據(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 PC 機、 PDA等設(shè)備。應(yīng)用最廣的是美國的 GPS 全球定位系統(tǒng)，以前由于美軍人為施加了 SA干擾，使美軍之外的用戶只能得到位置精度 100 米，授時精度 340 納秒的服務(wù)。為了盡量降低 SA 政策對定位精度的影響和盡可能的消除或減少上面提到的誤差，人們提出了差分 GPS 技術(shù)，即 DGPS(Differential GPS)。目前，世界上有很多廠家生產(chǎn) GPS 接收機，產(chǎn)品數(shù)目繁多，性能差異也各有千秋 [(6](710 技術(shù)特點 1)定軌精度 :廣播星歷是由美國本土以及海外軍事基地上的 5 個衛(wèi)星監(jiān)測站的觀測數(shù)據(jù)解算的。 在用 GPS 信號導(dǎo)航定位時，為了計算測點的三維坐標(biāo)，必須觀測 4 顆 GPS 衛(wèi)星，稱為定位星座。按目前的方案， 全球定位系統(tǒng)的空間部分使用 24 顆高度約 20200 千米的衛(wèi)星組成衛(wèi)星星座。 技術(shù)特點 1)服務(wù)區(qū)域 :東經(jīng) 70 度 ~145 度，北緯 50 度 ~55 度 。 20xx 年 10月，中歐 Galileo 計劃技術(shù)合作協(xié)議在北京正式簽署，中國投入 2 億歐元參與了這項計劃 (9l0 系統(tǒng)組成 1)衛(wèi)星星座 :由 3 個獨立的圓形軌道， 30 顆中等高度衛(wèi)星 (MEOMiddle Earth Orbit)衛(wèi)星組成 ((27 顆工作衛(wèi)星， 3 顆備用衛(wèi)星 )。CTS 跟蹤遙控著所有 GLONASS 可視衛(wèi)星，對其進行測距數(shù)據(jù)的采集和處理，并向各衛(wèi)星發(fā)送控制指令和導(dǎo)航信息。實現(xiàn)簡單的自制電子地圖顯示。目前，定位導(dǎo)航終端一般采用基于嵌入式、單板機或單片機的實現(xiàn)方案。本課題的研究意義主要有如下 幾個方面 : (1)隨著中國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，人們的出行越來越頻繁， GPS 應(yīng)用也越來越廣泛， GPS 導(dǎo)航定位系統(tǒng)的研制具有很大的實用價值和市場前景，但是從系統(tǒng)的技術(shù)水平、產(chǎn)品的質(zhì)量和成熟程度來說，我國還處在往上發(fā)展的時期。該系統(tǒng)是全天候、全天時提供衛(wèi)星導(dǎo) 航信息的區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)。由于 GPS 導(dǎo)航定位系統(tǒng)作為一個新興的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，技術(shù)含量相當(dāng)高。 文中首先闡述了課題涉及的相關(guān)知識，主要包括定位導(dǎo)航的原理、系統(tǒng)組成、技術(shù)特點。阻抗匹配 。為了能在衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域中占有一席之地，因而歐盟決定啟動軍民兩用的與現(xiàn)有的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)相互兼容的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)計劃一“伽利略” (GALILEO)計劃。我國的 GPS 衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)研究起步晚，基本上處于對 國外研究的比較、學(xué)習(xí)階段。 (4)針對導(dǎo)航電子地圖，由于生產(chǎn)廠家各自為陣，電子地圖的數(shù)據(jù)質(zhì)量也參差不齊，沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。 (2)選擇合適的 GPS 模塊和 SOC 單片機，構(gòu)建基于 SOC 技術(shù)的定位導(dǎo)航終端，并進行可行性論證。衛(wèi)星軌道傾角為 度 。 3)定位原理 與 GPS 相同。 2)地面系統(tǒng) :一個中心站，負(fù)責(zé)系統(tǒng)測控、定位信號的發(fā)射與接收、用戶坐標(biāo)的解算與發(fā)布、雙向授時、發(fā)送導(dǎo)航電文，監(jiān)視和控制整個系統(tǒng)的工作情況等 。當(dāng) 然，在實際中要考慮到各種誤差對測距的影響，以便對計算結(jié)果進行修正。每個軌道平面內(nèi)各顆衛(wèi)星之間的升交角距相差 90 度，一軌道平面上的衛(wèi)星比西邊相鄰軌道平面上的相應(yīng)衛(wèi)星超前30 度。這種注入每天對每顆 GPS 衛(wèi)星進行一次，并在衛(wèi)星離開注入站作用范圍之前進行最后的注入。粗獲碼 (C/A碼 )是一種短碼，用于跟蹤、鎖定測量的偽隨機碼，碼率為 ，波長約為300 米，周期為 1Mso P 碼是 GPS 的精測碼，碼率 [39。 式中 : x, y, z待 測點坐標(biāo)的空間直角坐標(biāo)。 2)被動式全天候?qū)Ш蕉ㄎ? 由 GPS 導(dǎo)航定位時，用戶設(shè)備只需接收機 GPS 信號就可進行導(dǎo)航定位，而不需用戶發(fā)射任何信號。單板機以各種工業(yè)控制機為代表，主要是針對工業(yè)應(yīng)用進行了特殊的設(shè)計，實現(xiàn)各種抗干擾、以及小型化的工作。 C8051F020 通過串口與 GPS 接收機通信，將 GPS 串口輸出的字節(jié)流進行處理，提取出測試點的地理信息 (經(jīng)度、緯度、時間值 )。 其次，使用 JTAG 接口。采用模塊化設(shè) 計可以使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰，不僅容易設(shè)計也容易管理和修改，方便系統(tǒng)測試和調(diào)試，有助于提高系統(tǒng)的可靠性和可修改性。 24. VDDes USB 輸入端， USB 電源，使用 USB 接口將次引腳連到 ，不用 USB 時接地 。 , 22, I/0 口， GPS 模式引腳，不用時懸空 。 系統(tǒng)部分 : 12. BOOT INT 輸入端 ，啟動模式 。 其結(jié)構(gòu) (如圖 43 所示 ): 圖 43 GPS 模塊功能結(jié)構(gòu)組成 LEASH 各引腳功能介紹 : 電源部分 : 6. VCC 電源輸入，允許的最大紋波電源為 Vcc=SOmVpp。TO235 小型封裝，故可高密度安裝 }139。與普通的 8051 有相同的內(nèi)核，開發(fā)容易，而且支持 C 語言源程序調(diào)試。但是選用具有功能強大的 C8051F 系列單片機就彌補了以上不足。軟件部分包括操作系統(tǒng)軟件和應(yīng)用程序編程。雖然伽利略導(dǎo)航系統(tǒng)主要用于民用，且在導(dǎo)航精度上要優(yōu)于其他系統(tǒng)，但是目前該系統(tǒng)正處于系統(tǒng)開發(fā)以及相關(guān)技術(shù)的驗證階段，離實用還有一段距離。同時收集到至少四顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)時就可以解算出三維坐