【文章內(nèi)容簡介】 上述四個方程式中待測點坐標(biāo)x、 y、 z 和Vto為未知參數(shù)，其中di=c△ti (i=4)?！　i (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?！　　鱰i (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(jīng)歷的時間?！　為GPS信號的傳播速度（即光速）?！　∷膫€方程式中各個參數(shù)意義如下：　　x、y、z 為待測點坐標(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時刻的空間直角坐標(biāo)，　　可由衛(wèi)星導(dǎo)航電文求得?！　t i (i=4) 分別為衛(wèi)星衛(wèi)星衛(wèi)星衛(wèi)星4的衛(wèi)星鐘的鐘差，由衛(wèi)星星歷提供?！　to為接收機的鐘差。由以上四個方程即可解算出待測點的坐標(biāo)x、y、z 和接收機的鐘差Vto 。 GPS系統(tǒng)組成GPS衛(wèi)星星座組成GPS工作衛(wèi)星及其星座 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。 24顆衛(wèi)星均勻分布在6個軌道平面內(nèi)，軌道傾角為55度，各個軌道平面之間相距60度， 即軌道的升交點赤經(jīng)各相差60度。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。 在兩萬公里高空的GPS衛(wèi)星，當(dāng)?shù)厍驅(qū)阈莵碚f自轉(zhuǎn)一周時，它們繞地球運行二周， 即繞地球一周的時間為12恒星時。這樣，對于地面觀測者來說，每天將提前4分鐘見到同一顆GPS 衛(wèi)星。位于地平線以上的衛(wèi)星顆數(shù)隨著時間和地點的不同而不同，最少可見到4顆， 最多可見到11顆。在用GPS信號導(dǎo)航定位時，為了結(jié)算測站的三維坐標(biāo)，必須觀測4顆 GPS衛(wèi)星，稱為定位星座。這4顆衛(wèi)星在觀測過程中的幾何位置分布對定位精度有一定的影響。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”。但這種 時間間隙段是很短暫的，并不影響全球絕大多數(shù)地方的全天候、高精度。GPS工作衛(wèi)星的編號和試驗衛(wèi)星基本相同。地面監(jiān)控系統(tǒng) 對于導(dǎo)航定位來說，GPS衛(wèi)星是一動態(tài)已知點。星的位置是依據(jù)衛(wèi)星發(fā)射的星歷—描述衛(wèi)星運動及其軌道的 的參數(shù)算得的。每顆GPS衛(wèi)星所播發(fā)的星歷，是由地面監(jiān)控系統(tǒng)提供的。衛(wèi)星上的各種設(shè)備是否正常 工作，以及衛(wèi)星是否一直沿著預(yù)定軌道運行，都要由地面設(shè)備進行監(jiān)測和控制。地面監(jiān)控系統(tǒng) 另一重要作用是保持各顆衛(wèi)星處于同一時間標(biāo)準(zhǔn)—GPS時間系統(tǒng)。這就需要地面站監(jiān)測 各顆衛(wèi)星的時間，求出鐘差。然后由地面注入站發(fā)給衛(wèi)星，衛(wèi)星再由導(dǎo)航電文發(fā)給用戶設(shè)備。 GPS工作衛(wèi)星的地面監(jiān)控系統(tǒng)包括一個主控站、三個注入站和五個監(jiān)測站。GPS信號接收機 GPS 信號接收機的任務(wù)是：能夠捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測衛(wèi)星的信號， 并跟蹤這些衛(wèi)星的運行，對所接收到的GPS信號進行變換、放大和處理，以便測量出GPS信號從衛(wèi)星 到接收機天線的傳播時間，解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文，實時地計算出測站的三維位置， 位置，甚至三維速度和時間。 靜態(tài)定位中，GPS接收機在捕獲和跟蹤GPS衛(wèi)星的過程中固定不變，接收機高精度 地測量GPS信號的傳播時間，利用GPS衛(wèi)星在軌的已知位置，解算出接收機天線所在位置的 三維坐標(biāo)。而動態(tài)定位則是用GPS接收機測定一個運動物體的運行軌跡。GPS信號接收機 所位于的運動物體叫做載體（如航行中的船艦，空中的飛機，行走的車輛等）。載體上 的GPS接收機天線在跟蹤GPS衛(wèi)星的過程中相對地球而運動，接收機用GPS信號實時地 測得運動載體的狀態(tài)參數(shù)（瞬間三維位置和三維速度）。 GPS 輸入輸出語句說明NMEA協(xié)議是為了在不同的GPS（全球定位系統(tǒng)）導(dǎo)航設(shè)備中建立統(tǒng)一的BTCM（海事無線電技術(shù)委員會）標(biāo)準(zhǔn)，由美國國家海洋電子協(xié)會（NMEAThe National Marine Electronics Association）制定的一套通訊協(xié)議。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。NMEA0183協(xié)議是GPS接收機應(yīng)當(dāng)遵守的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，也是目前GPS接收機上使用最廣泛的協(xié)議，大多數(shù)常見的GPS接收機、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協(xié)議。NMEA0183協(xié)議定義的語句非常多，但是常用的或者說兼容性最廣的語句只有$GPGGA、$GPGSA、$GPGSV、$GPRMC、$GPVTG、$GPGLL等（）。下面給出這些常用NMEA0183語句的字段定義解釋。 信息簡稱序號命令說明最大幀長1$GPGGA全球定位數(shù)據(jù)722$GPGSA衛(wèi)星PRN數(shù)據(jù)653$GPGSV衛(wèi)星狀態(tài)信息2104$GPRMC運輸定位數(shù)據(jù)705$GPVTG地面速度信息346$GPGLL大地坐標(biāo)信息7$GPZDAUTC時間和日期注：發(fā)送次序$PZDA、$GPGGA、$GPGLL、$GPVTG、$GPGSA、$GPGSV*$GPRMC協(xié)議幀總說明：該協(xié)議采用ASCII碼，其串行通信默認(rèn)參數(shù)為：波特率=4800bps，數(shù)據(jù)位=8bit，開始位=1bit，停止位=1bit，無奇偶校驗。幀格式形如：$aaccc,ddd,ddd,…,ddd*hhCRLF“$”——幀命令起始位aaccc——地址域，前兩位為識別符，后三位為語句名ddd…ddd——數(shù)據(jù)“*”——校驗和前綴hh——校驗和（check sum），$與*之間所有字符ASCII碼的校驗和（各字節(jié)做異或運算，得到校驗和后，再轉(zhuǎn)換16進制格式的ASCII字符。）CRLF——CR（Carriage Return） + LF（Line Feed）幀結(jié)束，回車和換行①、位置信息（GGA） $GPGGA、M, 112*hhCRLF 1UTC時間，hh mm ss格式（定位它的） 2經(jīng)度dd mm mmmm 格式（非0） 3經(jīng)度方向 N或S 4緯度ddd mm mmmm 格式（非0） 5緯度方向E或W 6GPS狀態(tài)批示0—未定位 1—無差分定位信息 2—帶差分定位信息 7使用衛(wèi)星號（00~08） 8精度百分比 9海平面高度 10*大地隨球面相對海平面的高度 11差分GPS信息 12差分站ID號 0000123②、GPS DOP 和活動衛(wèi)星 $GPGSA、*hhCRLF 1模式M—手動，A—自動 2當(dāng)前狀態(tài) 1—無定位信息，2—2D 3—3D 3PRN號01~32 4位置精度 5垂直精度 6水平精度③、當(dāng)前GPS衛(wèi)星狀態(tài)（GSV） $GPGSV、77*hhCRLF 1GSV語句的總數(shù)目 2當(dāng)前GSV語句數(shù)目 3顯示衛(wèi)星的總數(shù)目00~12 4衛(wèi)星的PRV號星號 5衛(wèi)星 仰角 6衛(wèi)星 旋角 7信噪比 語句共兩條，第條最多包括4顆星的處所。每個星有4個數(shù)據(jù)，即4—星號 5—仰角④、最簡特性（RMC）推薦最小數(shù)據(jù)量的GPS信息（Remended Minimum Specific GPS/TRANSIT Data） $GPRMC、1*hhCRLF 1定位時UTC時間hhmmss 格式 2狀態(tài)A=定位V=導(dǎo)航 3 格式 4經(jīng)度方向N 或S 5 6緯度方向E或W 7速率 8方位敬愛（二維方向指向，相當(dāng)于二維羅盤） 9當(dāng)前UTC日期ddmmyy 格式 10太陽方位 11太陽方向⑤、VTG速度相對正北的方向 $GPVTG、T、M、N、4K*hhCRLF 1真實方向相對方向3步長4速率例：$GPVTG,T,M,N,K*5F字段0：$GPVTG，語句ID，表明該語句為Track Made Good and Ground Speed（VTG）地面速度信息字段1：運動角度，000 359，（前導(dǎo)位數(shù)不足則補0）字段2：T=真北參照系字段3：運動角度，000 359，（前導(dǎo)位數(shù)不足則補0）字段4：M=磁北參照系字段5：水平運動速度（）（前導(dǎo)位數(shù)不足則補0）字段6：N=節(jié)，Knots字段7：水平運動速度（）（前導(dǎo)位數(shù)不足則補0）字段8：K=公里/時，km/h字段9：校驗值 ⑥、$GPGLL例：$GPGLL,S,E,A*2D字段0：$GPGLL，語句ID，表明該語句為Geographic Position（GLL）地理定位信息字段1：，度分格式（前導(dǎo)位數(shù)不足則補0） 字段2：緯度N（北緯）或S（南緯）字段3：，度分格式（前導(dǎo)位數(shù)不足則補0）字段4：經(jīng)度E（東經(jīng)）或W（西經(jīng)）字段5：UTC時間，字段6：狀態(tài)，A=定位，V=未定位字段7：校驗值⑦、ALM（歷書信息）格式$GPALM、11111*hhCRLF如果板上的備用電池耗完，用此語句初始化信息1在歷書下傳時能將歷書總數(shù)傳至GPS板上，當(dāng)發(fā)送歷書到GPS板上此字段可空或任意數(shù)。 2當(dāng)前歷書數(shù)20這個字段可為空或任意值； 3衛(wèi)星PRN數(shù)不清0到32 4GPS星歷數(shù) 5SV狀態(tài)，每個歷書的1724位 6離心率 7星歷參考時間 8傾角 9上升速率 10半軸 11近地點的末端 12節(jié)經(jīng)度 13近點離角 14Afo 時間參數(shù) 15 Af1 時間參數(shù) hh：語句末端的hh為該語句的校檢符，應(yīng)由用戶計算送給GPS 25板，計算規(guī)則為：“S”后的所有字節(jié)的8個計，每4個組成一個BCD碼（A、B、C等應(yīng)用大寫）。GPS 25輸出，語句后均有校驗位，用戶可通過它，驗證結(jié)果。 GPS型號選擇本系統(tǒng)采用GPS模塊GS87，GPS模塊GS87是一個高效能、低耗電的智能型衛(wèi)星接收模塊或稱做衛(wèi)星接收引擎，它采用美國瑟孚SiRF star III 公司所設(shè)計的第三代衛(wèi)星定位接收芯片，是一個完整的衛(wèi)星定位接收器具備全方位功能，能滿足專業(yè)定位的嚴(yán)格要求與個人消費需求。產(chǎn)品特色：采用SiRF第三代高效能芯片高靈敏度、低耗電量芯片STAR III。具有6個針腳，內(nèi)建ARM7TDMI CPU 可符合客制需求，具備快速定位及追蹤20顆衛(wèi)星的能力，體積超小，257公厘，芯片內(nèi)建200,000個衛(wèi)星追蹤運算器，大幅提高搜尋及運算衛(wèi)星訊號能力，內(nèi)建RTCM SC104 DGPS和WASS/EGNOS解調(diào)器，低耗電量，具備有省電模式（TricklePower）功能，以及在設(shè)定的時間才啟動的定時定位（Push–to–Fix）功能支持NMEA0183 GPGGA, GPGSA, GPGSV, GPRMC, GPVTG,GPGLL可選。應(yīng)用范圍：車用導(dǎo)航、航海導(dǎo)航、艦隊管理、基地服務(wù)、自動駕駛、個人導(dǎo)航、