【文章內(nèi)容簡介】 ging/ Global Positioning System)是美國國防部 . Department of Defence 為滿足軍事部門對海上、陸地和空中進(jìn)行高精度導(dǎo)航和定位要求而建立的,系統(tǒng)始建于 1973 年，1994 年全部建成。它是新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。它具有全球性、全天候、連續(xù)的三維導(dǎo)航和定位能力，以及良好的抗干擾性和保密性。它己成為美國導(dǎo)航技術(shù)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。全球定位系統(tǒng)的迅速發(fā)展，引起各國軍事部門和廣大民用部門的普遍關(guān)注。GPS 定位技術(shù)的高度自動化及其所達(dá)到的高精度和具有的巨大潛力，為測繪行業(yè)帶來了巨大的變革。十多年來，由于理論研究、新應(yīng)用領(lǐng)域的開拓、軟、硬件的開發(fā)等方面的迅速發(fā)展，己使 GPS 定位技術(shù)廣泛滲透到經(jīng)濟(jì)建設(shè)的科學(xué)技術(shù)的諸多領(lǐng)域，尤其是對測繪學(xué)的各個方面都產(chǎn)生了極其深刻的影響從 1978 年發(fā)射第一顆 GPS 衛(wèi)星以來，利用該系統(tǒng)進(jìn)行定位的研究、開發(fā)和實(shí)驗(yàn)工作發(fā)展迅速。GPS 接收機(jī)可接收到可用于授時的準(zhǔn)確至納秒級的時間信息；用于預(yù)報未來幾個月內(nèi)衛(wèi)星所處概略位置的預(yù)報星歷；用于計算定位時所需衛(wèi)星坐標(biāo)的廣播星歷，精度為幾米至幾十米（各個衛(wèi)星不同，隨時變化） ；以及 GPS 系統(tǒng)信息，如衛(wèi)星狀況等。GPS 接收機(jī)對碼的量測就可得到衛(wèi)星到接收機(jī)的距離，由于含有接收機(jī)衛(wèi)星鐘的誤差及大氣傳播誤 差，故稱為偽距。對 0A 碼測得的偽距稱為 UA碼偽距，精度約為 20 米左右，對 P 碼測得的偽距稱為 P 碼偽距，精度約為 2 米左右。 GPS 接收機(jī)對收到的衛(wèi)星信號，進(jìn)行解碼或采用其它技術(shù)，將調(diào)制在載波上的信息去掉后，就可以恢復(fù)載波。嚴(yán)格而言，載波相位應(yīng)被稱為載波拍頻相位，它是收到的受多普勒頻 移影響的衛(wèi)星信號載波相位與接收機(jī)本機(jī)振蕩產(chǎn)生信號相位之差。一般在接收機(jī)鐘確定的歷元時刻量測，保持對衛(wèi)星信號的跟蹤，就可記錄下相位的變化值，但開始觀測時的接收機(jī)和衛(wèi)星振蕩器的相位初值是不知道的，起始?xì)v元的相位整數(shù)也是不知道的，即整周模糊度，只能在數(shù)據(jù)處理中作為參數(shù)解算。相位觀測值的精度高至毫米，但前提是解出整周模糊度，因此只電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文6有在相對定位、并有一段連續(xù)觀測值時才能使用相位觀測值，而要達(dá)到優(yōu)于米級的定位 精度也只能采用相位觀測值。 按定位方式，GPS 定位分為單點(diǎn)定位和相對定位（差分定位） 。單點(diǎn)定位就是根據(jù)一臺接收機(jī)的觀測數(shù)據(jù)來確定接收機(jī)位置的方式，它只能采用偽距觀測量，可用于車船等的概略導(dǎo)航定位。相對定位（差分定位）是根據(jù)兩臺以上接收機(jī)的觀測數(shù)據(jù)來確定觀測點(diǎn)之間的相對位置的方法，它既可采用偽距觀測量也可采用相位觀測量，大地測量或工程測量均應(yīng)采用相位觀測值進(jìn)行相對定位。在 GPS 觀測量中包含了衛(wèi)星和接收機(jī)的鐘差、大氣傳播延遲、多路徑效應(yīng)等誤差，在定位計算時還要受到衛(wèi)星廣播星歷誤差的影響，在進(jìn)行相對定位時大部分公共誤差被抵消或削弱，因此定位精度將大大提高，雙頻接收機(jī)可以根據(jù)兩個頻率的觀測量抵消大氣中電離層誤差的主要部分，在精度要求高，接收機(jī)間距離較遠(yuǎn)時（大氣有明顯差別） ，應(yīng)選用雙頻接收機(jī)。在定位觀測時，若接收機(jī)相對于地球表面運(yùn)動，則稱為動態(tài)定位，如用于車船等概略導(dǎo)航定位的精度為 30 一 100 米的偽距單點(diǎn)定位，或用于城市車輛導(dǎo)航定位的米級精度的偽距差分定位，或用于測量放樣等的厘米級 的相位差分定位（RTK） ，實(shí)時差分定位需要數(shù)據(jù)鏈將 兩個或多個站的觀測數(shù)據(jù)實(shí)時傳輸?shù)揭黄鹩嬎恪?在定位觀測時，若接收機(jī)相對于地球表面靜止，則稱為靜態(tài)定位，在進(jìn)行控制網(wǎng)觀測時，一般均采用這種 方式由幾臺接收機(jī)同時觀測，它能最太限度地發(fā)揮 GPS 的定位精度，專用于 這種目的的接收機(jī)被稱為大地型接 收機(jī)，是接收機(jī)中性能最好的一類。 [13] GPS 高空氣象探測系統(tǒng)原理GPS 高空探測系統(tǒng)由 GPS 高空氣象探測系統(tǒng)與地面接收處理系統(tǒng)組成。其探空的基本工作原理是：利用 GPS 衛(wèi)星信號實(shí)時確定探空氣球飛行軌跡所在位置的三維坐標(biāo)，從而得到任意高度上的風(fēng)矢量。高空氣象探測系統(tǒng)上的 TPU 傳感器進(jìn)行溫、壓、濕氣象要素測量。地面接收機(jī)將接收到的高空氣象探測系統(tǒng)調(diào)制在射頻信號上的 TPU 和 GPS 模塊的數(shù)字信號傳送給計算機(jī)，計算機(jī)收集到這些信息和地面溫度、氣壓、濕度與風(fēng)資料，完成數(shù)據(jù)校驗(yàn)及對溫、壓、濕、測風(fēng)的處理結(jié)果。GPS 高空探測系統(tǒng)的特點(diǎn)十分明顯，主要呈現(xiàn)設(shè)備簡單，使用方便，自動化程度高；測風(fēng)精度優(yōu)于 m/s，測風(fēng)和測高精度明顯得到提高；被動接收體制使地面接收系統(tǒng)處于電磁的隱蔽狀態(tài)，避免測站受到電磁對抗和襲擊；機(jī)動性能好。第二章 GPS 高空氣象探測系統(tǒng)軟件需求分析及概要設(shè)計7GPS 探測設(shè)備可用于陸地，也可用于活動平臺( 如船艦、飛機(jī)及車輛等)，可以隨時隨地完成氣象保障任務(wù)。 GPS 高空氣象探測系統(tǒng)設(shè)計GPS 探空系統(tǒng)主要由 GPS 高空氣象探測系統(tǒng)、地面數(shù)據(jù)接收設(shè)備、本地DGPS 接收處理系統(tǒng)及數(shù)據(jù)終端等部分組成。首先我們介紹高空氣象探測系統(tǒng)的原理。圖 21 GPS 高空氣象探測系統(tǒng)系統(tǒng)框架圖地面接收處 GPS 高空氣象探測系統(tǒng)主要將接收到的 GPS 信號、溫度濕度壓力傳感器測量到的 PTU 數(shù)據(jù)通過采集和編碼部件進(jìn)行編碼，利用發(fā)射機(jī)發(fā)送到地面設(shè)備。GPS 信號接收處理器采用并行碼相關(guān)技術(shù)，衛(wèi)星信號跟蹤通道數(shù)不少于8 個，數(shù)據(jù)采集部件預(yù)留了兩個數(shù)字或模擬通道。高空氣象探測系統(tǒng)的難點(diǎn)主要涉及到各傳感器的特性的尋找，如何利用軟件來對傳感器進(jìn)行標(biāo)定和算法的確定，同時需要注意的就是發(fā)射機(jī)功率控制的問題，既要保證功率發(fā)射達(dá)到正常值又要盡量的降低功耗，這也要利用軟件很好的加以控制。理系統(tǒng)包括 GPS 天線和 UHF 天線、地面站 GPS 接收機(jī)、差分 GPS 數(shù)據(jù)處理機(jī)、高空氣象探測系統(tǒng)遙測接收機(jī)、解調(diào)器、數(shù)據(jù)終端、基測箱及電源等組成。溫度傳感器 濕度傳感器 氣壓傳感器編 碼 發(fā)射機(jī)數(shù)字測量其它傳感器GPS 信號接收、變換電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文8報文 I/O 用 戶探空接收機(jī) 解調(diào)器 數(shù)據(jù)終端市 電 UPS 電源 基測箱圖 22 GPS 探空系統(tǒng)地面接收處理設(shè)備框架圖地面接收處理系統(tǒng)對高空氣象探測系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時的跟蹤以保證接收到實(shí)時的高空氣象探測系統(tǒng)數(shù)據(jù)，接收到的數(shù)據(jù)通過解調(diào)設(shè)備進(jìn)行處理。同時地面設(shè)備也需要計算出自身的 GPS 位置信息，我們通過差分 GPS 這項技術(shù)來提供了高精度的位置信息，這要對于我們進(jìn)行后期的位置處理是很有幫助的。數(shù)據(jù)處理終端就要對接收到的 PTU 數(shù)據(jù)和 GPS 數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理了。這里主要的軟件問題就是數(shù)據(jù)接收的誤碼和抗干擾問題的處理了。數(shù)據(jù)終端使用的軟件僅指數(shù)據(jù)處理終端的專業(yè)應(yīng)用軟件，首先在后臺進(jìn)行了對原始數(shù)據(jù)系統(tǒng)誤差進(jìn)行的修正，包括 PTU 數(shù)據(jù)的訂正、誤碼的處理等；高空氣象探測系統(tǒng)、差分 GPS 數(shù)據(jù)處理機(jī)的固化軟件。系統(tǒng)軟件內(nèi)容包括了對地面設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控、系統(tǒng)自檢及信號上傳、高空氣象探測系統(tǒng)基測、施放瞬間值、TPU 及GPS 原始數(shù)據(jù)的接收及處理（包括對基測差值等數(shù)據(jù)的訂正） 、質(zhì)量檢驗(yàn)及標(biāo)準(zhǔn)化，各規(guī)定層記錄的計算，各特性層的挑選及記錄的計算，報文編發(fā)及各類數(shù)據(jù)的存檔、根據(jù)需要輸出溫、壓、濕、風(fēng)等基本要素轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)文件等功能。 [15] 系統(tǒng)開發(fā)平臺本系統(tǒng)軟件設(shè)計使用的開發(fā)平臺是 Visual C++ 。下面簡要介紹下 Visual C++ ：Visual C++ ，簡稱 VC 或者 ，是微軟推出的一款 C++編譯器，將差分 GPS 數(shù)據(jù)處理機(jī)本地 GPS 接收機(jī)第二章 GPS 高空氣象探測系統(tǒng)軟件需求分析及概要設(shè)計9“高級語言”翻譯為“機(jī)器語言（低級語言） ”的程序。Visual C++是一個功能強(qiáng)大的可視化軟件開發(fā)工具。自 1993 年 Microsoft 公司推出 Visual C++ 后，隨著其新版本的不斷問世，Visual C++已成為專業(yè)程序員進(jìn)行軟件開發(fā)的首選工具。雖然微軟公司推出了 Visual C++.NET(Visual C++)，但它的應(yīng)用的很大的局限性，只適用于 Windows 202Windows XP 和 Windows 。所以實(shí)際中，更多的是以 Visual C++ 為平臺。 Visual C++ 不僅是一個 C++編譯器，而且是一個基于 Windows 操作系統(tǒng)的可視化集成開發(fā)環(huán)境（integrated development environment,IDE） 。Visual C++由許多組件組成，包括編輯器、調(diào)試器以及程序向?qū)?AppWizard、類向?qū)?Class Wizard 等開發(fā)工具。 這些組件通過一個名為 Developer Studio 的組件集成為和諧的開發(fā)環(huán)境。Visual C++ 是一個全面的應(yīng)用程序開發(fā)環(huán)境，使用它可以充分利用具有面向?qū)ο筇匦缘?C++ 來開發(fā)出專業(yè)級的 Windows 應(yīng)用程序。為了能充分利用這些特性，必須理解 C++ 程序設(shè)計語言。掌握了 C++，必須掌握 Microsoft 基本類庫 (MFC) 的層次結(jié)構(gòu)。該層次 結(jié)構(gòu)包容了 Windows API 中的用戶界面部分，并能夠很容易地以面向?qū)ο蟮姆绞浇?Windows 應(yīng)用程序。這種層次結(jié)構(gòu)適用于所有版本的 Windows 并彼此兼容。用 MFC 所建立的代碼是完全可移植的。第 Developer Studio，這是一個集成開發(fā)環(huán)境， 我們?nèi)粘９ぷ鞯?99%都是在它上面完成的，再加上它的標(biāo)題赫然寫著“Microsoft Visual C++”，所以很多人理所當(dāng)然的認(rèn)為，那就是 Visual C++了。其實(shí)不然，雖然 Developer Studio 提供了一個很好的編輯器和很多 Wizard，但實(shí)際上它沒有任何編譯和鏈接程序的功能，真正完成這些工作的幕后英雄后面會介紹。我們也知道，Developer Studio 并不是專門用于 VC 的，它也同樣用于 VB，VJ，VID 等 Visual Studio 家族的其他同胞兄弟。所以不要把 Developer Studio 當(dāng)成 Visual C++， 它充其量只是 Visual C++的一個殼子而已。這一點(diǎn)請切記！ 第二、MFC,從理論上來講， MFC 也不是專用于 Visual C++，Borland C++， C++Builder 和 Symantec C++同樣可以處理 MFC。同時，用 Visual C++編寫代碼也并不意味著一定要用 MFC，只要愿意，用 Visual C++來編寫 SDK 程序，或者使用 STL，ATL，一樣沒有限制。不過，Visual C++本來就是為 MFC 打造的，Visual C++中的許多特征和語言擴(kuò)展也是為 MFC 而設(shè)計的，所以用 Visual C++而不用 MFC 就等于拋棄了 Visual C++中很大的一部分功能。但是，Visual C++也不等于 MFC。 電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文10第三、Platform SDK,這才是 Visual C++和整個 Visual Studio 的精華和靈魂，雖然我們很少能直接接觸到它。大致說來，Platform SDK 是以 Microsoft C/C++編譯器為核心（不是 Visual C++，看清楚了） ，配合 MASM，輔以其他一些工具和文檔資料。上面說到 Developer Studio 沒有編譯程序的功能，那么這項工作是由誰來完成的呢？是 CL，是 NMAKE，和其他許許多多命令行程序，這些我們看不到的程序才是構(gòu)成 Visual Studio 的基石。下面介紹如何建立一個 Windows 應(yīng)用程序？好的開端是從設(shè)計用戶界面開始。首先，要決定什么樣的用戶能使用該程序并根據(jù)需要來設(shè)置相應(yīng)的用戶界面對象。Windows 用戶界面有一些標(biāo)準(zhǔn)的控制，如按鈕、菜單、滾動條和列表等，這對那些 Windows 用戶已經(jīng)是很熟悉了。 要記住的是，作為程序員必須選擇一組控制并決定如何把它們安排到屏幕上。傳統(tǒng)上，需要在紙上做一下用戶界面的草圖，直到對各元素感到滿意為止。這對于一些比較小的項目，以及一些大項目的早期原型階段是可以的。下一步，是要實(shí)現(xiàn)代碼。為任何 Windows 平臺建立應(yīng)用程序時，程序員都有兩種選擇：C 或 C++。 使用 C，程序員是在 Windows 應(yīng)用程序界面 ( API ) 的水平上編寫代碼。該界面是由幾百個 C 函數(shù)所組成，這些函數(shù)在 Windows API 參考手冊中都有介紹。對于 Windows NT, API 被稱為 “Win32 API”，以區(qū)別于其用于 Windows 的 16 位 API。Microsoft 也提供了 C++ 庫，它位于任何 Windows API 之上，能夠使程序員的工作更容易。它就是 Microsoft 基本類庫 (MFC)，該庫的主要優(yōu)點(diǎn)是效率高。它減少了大量在建立 Windows 程序時必須編寫的代碼。同時它還提供了所有一般 C++ 編程的優(yōu)點(diǎn)，例如繼承和封裝。 MFC 是可移植的，例如，在 Windows 下編寫的代碼可以很容易地移植到 Windows NT 或 Windows 95 上。因此，MFC 很值得推薦的開發(fā) Windows 應(yīng)用程序的方法，在本教程自始至終使用的都是 MFC。當(dāng)是使用 MFC 時，編寫的代碼是用來建立必要的用戶界面控制并定制其外觀。同時還要編寫用來響應(yīng)用戶操作這些控制的代碼。例如，如果用戶單擊一個按鈕時，應(yīng)該有代碼來響應(yīng)。這就是事件驅(qū)動代碼，它構(gòu)成了所有應(yīng)用程序。一旦應(yīng)用程序正確的響應(yīng)了所有允許的控制，它的任務(wù)也就完成了?？梢钥闯?，使用 MFC 進(jìn)行 Windows 編程時