【正文】 如下圖）。 中國科學技術大學畢業(yè)論文 26 圖中，紅色表示該衛(wèi)星未捕獲，藍色表示衛(wèi)星處于捕獲狀態(tài)，綠色表示衛(wèi)星處于跟蹤狀態(tài)。 第六節(jié) 相對位置移動軌跡的跟蹤研究 一旦有 4 顆以上的衛(wèi)星處于捕獲狀態(tài)，那么接收機就可以得出用戶的當前地理位置，即經度緯度信息。 在實際應用中，用戶經常希望了解自己的行動軌跡以及運動距離，這就需要將接收機所接受到的經緯度信息加以整理，并以其中的某個時間點的數據作為原點（用戶規(guī)定），將其他數據以該原點換算為相對坐標（與原點經緯度相減），即可在經緯度坐標系上得到用戶的相對位置移動軌跡。 下面為一段 NMEA0183 碼數據（僅提取了 GPGGA 數據幀）： $GPGGA,N,E,1,05,M,M,0000*5B $GPGGA,N,E,1,05,M,M,0000*5B $GPGGA,N,E,1,05,M,M,0000*5F $GPGGA,N,E,1,05,M,M,0000*5E $GPGGA,N,E,1,06,M,M,0000*5C 以第一幀的坐標為原點可以得到相對位置坐標（原點為東經 度，北緯 度）。 緯度 經度 相對緯度 相對經度 中國科學技術大學畢業(yè)論文 27 根據相對經緯度信息，求得距離標尺。 以當前圓的緯度計算地球緯度半徑 ： )180_c o s (__ ???? La t i t u d eO r i g i nE a r t hRLa tR ， 式中 EarthR_ 為地球赤道半徑， Lat itudeOrigin _ 為原點緯度。 然后就可得到經度方向上的距離尺度： )180_(__ ???? RLon gt i t ud eLatRLonX ， 式中 RLongtitude _ 為相對經度。 如果固定了用戶位置，相對位置移動軌跡就可以 當作 對同一經緯度的統(tǒng)計測量結果 ，即靜態(tài)位置偏移軌跡 。它在一定程度上反映了 GPS 接收機的測量精度。通過統(tǒng)計運算，可以分別求出測量經度和緯度的 期望 和 均 方差， 期望是 對當前位置 經緯度 的最佳估計，而 均 方差可以體現(xiàn) GPS 接收機的精度信息 。 第七節(jié) 本章小結 在本章中，介紹了 GPS 接收機運用最為廣泛的 NMEA0183 協(xié)議 。 解讀NMEA0183 碼中的數據幀，可以對 GPS 信號進行多種方式的研究。 NMEA0183 協(xié)議是一種基于串口的傳輸協(xié)議，通過計算機配置與接收機之間的串口連接，是研究 NMEA 碼的基礎。而 使用 Windows API 是最為靈活、移植性最強的 串口連接方式。 NMEA 碼給出了 UTC 時間、日期、用戶所在經緯度、速度及可見衛(wèi)星 PRN、仰角、方位角、信噪比等諸多信息數據。使用 GARMIN 接收機， 除了能夠獲得標準 NMEA 碼數據幀， 還可以 從自身特有的數據幀中 獲得 時間精度因子（ TDOP）等 信息。這些數據在定位精度因子（ GDOP）分析、衛(wèi)星天空視圖實現(xiàn)、多通道衛(wèi)星信號 質量 分析及 相對位置偏移 軌跡跟蹤研究上都扮演這重 要的角色。 定位精度因子（ GDOP）和靜態(tài)位置偏移軌跡都從側面反應了 GPS 定位精度。靜態(tài)位置偏移軌跡直觀的給出了接收機對同一位置的統(tǒng)計測量結果，從統(tǒng)計中國科學技術大學畢業(yè)論文 28 點的方差給出了接收機的測量精度。而定位精度因子（ GDOP）則從解算衛(wèi)星的幾何結構上分析出當前測量值的精度（可用性）。從總體上講，優(yōu)化用于解算的衛(wèi)星幾何結構，可以降低定位精度因子（ GDOP），提高每一次測量的定位精度，從而 優(yōu)化 GPS 系統(tǒng)的整體定位精度，形成更精確的相對位置移動軌跡信息，為用戶提供更為高效準確的 位置服務（ LBS） 。 中國科學技術大學畢業(yè)論文 29 第四章 實驗與結果分析 第一節(jié) 基于 NMEA0183 碼應用軟件的程序實現(xiàn) 本文所設計的 GPS 應用分析軟件除了要實現(xiàn)定位的基本功能外，還要實現(xiàn)第三章中所提及的各項數據分析功能以及 NMEA0183 碼的儲存回放，所以在整體框架 結構 上采用了 SDMV單文檔多視圖（ Single Document Multiply View)方式 。其特點是 利用唯一的文檔類對程序的所有公用數據進行統(tǒng)一管理，并以多視圖的形式對文檔類中的數據進行可視化。這種方法在極大程度上保證了數據同步性，并簡化了數據傳輸的過程，只需要在數據改變處使用 UpdateAllViews()函數，所有的視圖就會相應的調用自身定義的 OnUpdate()函數來完成數據更新。 SDMV 應用程序本身是 MFC 的 MDI 應用程序的擴展型。他繼承了 MDI 中的應用類 CWinApp，主框架類 MDIMainFrame 和子框架類 MDIChildFrame。不同之處 SDMV 在于文檔類 CDocument 唯一。在應用類中，程序要為每一個子窗口以自身的子框架類和唯一的文檔類 來 建立模板 ，而在主框架類用要完成工具欄、菜單欄的創(chuàng)建。 由于添加了 NMEA 碼的存儲及回放，軟件的在運行中分為 NormalMode、RecordMode 和 ReplayMode 三種模式。 NormalMode 為一般模式，即不對 NMEA碼進行記錄； RecordMode 為記錄模式，在對串口讀取 NMEA 碼的同時，對其進行外部備份，存儲于 文件中； ReplayMode 為回放模式， 通過打開先前建立的外部存儲文件，獲取 NMEA 碼進行數據處理。 軟件的總體 數據流程 圖如下所示： 中國科學技術大學畢業(yè)論文 30 窗 口 、 框 架 、工 具 欄 、 菜 單的 初 始 化模 式 串 口 模 式回 放 模 式打 開 串 口讀 取 數 據打 開N M E A 0 1 8 3 . t x t文 件N M E A 碼記 錄數 據在 N M E A 0 1 8 3 . t x t中 記 錄 N M E A 碼停 止 記 錄 ，關 閉 文 件從 N M E A 0 1 8 3 碼中 提 取 信 息文 檔 類 中 更新 公 用 數 據D a t a V i e w數 據 更 新N M E A數 據 更 新S k y V i e w數 據 更 新T r a c k i n g數 據 更 新S N R數 據 更 新D O P數 據 更 新R e p l a y M o d e N o r m a l M o d eR e c o r d M o d eN o r m a l M o d eS t o p R e c o r dR e p l a y M o d e 從上圖中，可以看出 NormalMode 和 ReplayMode僅在數據來源上存在區(qū)別。軟件的重要環(huán)節(jié)在 于數據更新系統(tǒng)，通過將 NMEA0183 碼中的有用數據（即第三章中所涉及的數據）提取出來后，存入文檔類中，通過 SDMV 的數據更新機制，更新子窗口中視圖顯示數據。 六個子窗口分別實現(xiàn)了上圖中所示的數據分析功能，下面將對各子窗口的實現(xiàn)方式加以說明。 1) DataView 窗口的實現(xiàn) DataView 子窗口用于顯示 UTC 時間、經緯度、海拔、 DOP、定位狀態(tài)及質量等基本定位導航數據， 采用 CFormView 類作為窗口的基類 。由于顯示數據較多，使用列表視圖控件（ List Control）可以大大的減少工作量。在窗體初始化過程中 ，完成列表中的各數據的名稱的創(chuàng)建，再在數據更新過程中（ OnUpdate()函數） 通過調用 GetDocument()函數讀取文檔中的相關公用數據 ，向列表中填寫。 CDataView 類框架圖如下： 中國科學技術大學畢業(yè)論文 31 C D a t a V i e wO n I n i t i a l U p d a t e ( )初 始 化O n S i z e ( )窗 體 大 小 控 制O n U p d a t e ( )數 據 更 新O n D e s t r o y ( )窗 體 銷 毀 DataView 窗體效果： 2) NMEA 窗口的實現(xiàn) NMEA窗口用來復現(xiàn)正在從串口接受或從外部文檔中讀取的 NMEA碼 以及當前使用的串口名和波特率 。 同樣采用了 CFormView 類作為基類，數據顯示采用了編輯框控件（ Edit Box）。程序結構上與 DataView 窗口大體一致。 CGPSReceiverView 類框架圖如下： C G P S R e c e i v e r V i e wO n I n i t i a l U p d a t e ( )初 始 化O n S i z e ( )窗 體 大 小 控 制O n U p d a t e ( )數 據 更 新O n D e s t r o y ( )窗 體 銷 毀 NMEA 窗體效果： 中國科學技術大學畢業(yè)論文 32 3) SNR 窗口的實現(xiàn) SNR窗口用于實現(xiàn) 中提到的 多通道信號的接收質量分析 。 以 CFormView類 作 為基類，運用進度條控件 TextProgressCtrl來實現(xiàn)信噪比的柱狀圖顯示。 CSatelliteSNR 類框架圖如下： C S a t e l l i t e S N RO n I n i t i a l U p d a t e ( )初 始 化O n S i z e ( )窗 體 大 小 控 制O n U p d a t e ( )數 據 更 新O n D e s t r o y ( )窗 體 銷 毀 SNR 窗體效果： 4) SkyView 窗口的實現(xiàn) 中國科學技術大學畢業(yè)論文 33 SkyView 窗口用于實現(xiàn) 中提到的 天空衛(wèi)星視圖的分析 。 本文中軟件是以基于 MFC 的 OpenGL 語言來實現(xiàn)圖形顯示的。 由于 OpenGL 與 MFC GDI 繪圖的機制不同，所以在窗體初始化時首先要建立設備句柄（ Device Context）到繪制環(huán)境（ Rendering Context 簡稱 RC）的映射 ，并將其設定為當前 RC。 這將分為三個步驟：設置窗口像素格式；產生 RC；設置為當前 RC。 之后 執(zhí)行 OnDraw()函數實現(xiàn)顯示內容的 繪制 。 在數據更新時， OnUpdata()函數通過 GetDocument()獲取文檔中更新的數據，并使用 InvalidateRect(NULL,FALSE)函數調用 OnDraw()完成新數據的重繪。 CSkyView 類框架圖如下： C S k y V i e wP r e C r e a t e W i n d o ( )重 載 ， 添 加 O p e n G L必 要 信 息O n S i z e ( )窗 體 大 小 控 制O n U p d a t e ( )數 據 更 新O n D e s t r o y ( )窗 體 銷 毀S e t W i n d o w P i x e l F o r m a t ( )設 置 像 素 格 式C r e a t e V i e w G L C o n t e x t ( )生 成 當 前 R CI n i t G L ( )O p e n G L 初 始 化O n C r e a t e ( )創(chuàng) 建 基 于 O p e n G L 的窗 體O n E r a s e B k g n d ( )設 定 背 景 重 繪 機 制O n D r a w ( )圖 像 繪 制 SkyView 窗體效果： 中國科學技術大學畢業(yè)論文 34 5) Tracking Map 窗口的實現(xiàn) TrackingView 窗口用于實現(xiàn) 相對位置移動軌跡的跟蹤 分析。 和 SkyView窗口一樣運用了 OpenGL 語言進行繪圖。此外， TrackingView 窗口加入了設置選項，可在窗口上點擊右鍵進行原點、顯示尺度的設置 ，開啟統(tǒng)計功能。 CTrackingView 類框架圖如 下： C T r a c k i n g V i e wP r e C r e a t e W i n d o ( )重 載 ， 添 加 O p e n G L必 要 信 息O n S i z e ( )窗 體 大 小 控 制O n U p d a t e ( )數 據 更 新O n D e s t r o y ( )窗 體 銷 毀S e t W i n d o w P i x e l F o r m a t ( )設 置 像 素 格 式C r e a t e V i e w G L C o n t e x t ( )生 成 當 前 R CI n i t G L ( )O p e n G L 初 始 化O n C r e a t e ( )創(chuàng) 建 基