【正文】 天線的選取 天線選用 3V 供電的有源天線，其外觀和內(nèi)核結(jié)構(gòu) (如圖 4 一所示 )。 , 22, I/0 口， GPS 模式引腳，不用時(shí)懸空 。 系統(tǒng)部分 : 12. BOOT INT 輸入端 ，啟動模式 。串口部分 : 3, TXD1 輸出端，串口輸出， VDDIO 串口輸出，不用時(shí)懸空 。 19. V ANT 輸入端，天線偏置電壓，如使用的是無源天線，則接地。 24. VDDes USB 輸入端， USB 電源，使用 USB 接口將次引腳連到 ，不用 USB 時(shí)接地 。 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。捕獲到的信號將被傳遞到搜索引擎。運(yùn)行溫度范圍為一 40 到 850。采用模塊化設(shè) 計(jì)可以使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰，不僅容易設(shè)計(jì)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。TO235 小型封裝，故可高密度安裝 }139。為了使負(fù)載電流不超過輸出晶體管的電流容量，內(nèi)置了過載電流保護(hù)電路。考慮到其數(shù)字內(nèi)存的大小和實(shí)際需要，外擴(kuò)了一片容量 為 8K 的數(shù)據(jù)存貯器芯片 62640 1, RS232C 串口模塊設(shè)計(jì) RS232C 串口模塊采用 SIPEX公司的 SP3223E. SP3223E主要功能是連接單片機(jī)與 PC 機(jī)實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。 其次，使用 JTAG 接口。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。其功能結(jié)構(gòu) (如圖 42 所示 ): 圖 42 GPS 接收板功能結(jié)構(gòu)圖 單片機(jī)控制模塊設(shè)計(jì) 單片機(jī)一方面與 GPS 接收機(jī)通信提取地位信息，另一方又要保留與 PC 機(jī)通信的接口。本 系統(tǒng)選用的 GPS 衛(wèi)星數(shù)據(jù)采集模塊是 LEA5W `l o 液晶顯示模塊的選取 顯示面板的選擇目前多利用是 LCD 液晶顯示或者 LED 發(fā)光二級管顯示，本系統(tǒng)出于亮度和動態(tài)性能的要求，選擇的是 OCM128641 點(diǎn)陣液晶顯示模塊，它是一款 128 列 64 行的點(diǎn)陣單色字符圖形顯示模塊，它有 8 位并行數(shù)據(jù)接口，模塊內(nèi)藏 64X64 的顯示數(shù)據(jù) RAM，其中的每位數(shù)據(jù)都對應(yīng)于 LCD 屏上一個(gè)點(diǎn)的亮、暗狀態(tài)。 C8051F020 通過串口與 GPS 接收機(jī)通信，將 GPS 串口輸出的字節(jié)流進(jìn)行處理，提取出測試點(diǎn)的地理信息 (經(jīng)度、緯度、時(shí)間值 )。但是選用具有功能強(qiáng)大的 C8051F 系列單片機(jī)就彌補(bǔ)了以上不足。目前多數(shù)定位導(dǎo)航采用基于單片機(jī)的實(shí)現(xiàn)方案。對于大多數(shù)開發(fā)人員來說，在單板機(jī)上進(jìn)行應(yīng)用程序開發(fā)比較容易掌握，而且開發(fā)難度小。單板機(jī)以各種工業(yè)控制機(jī)為代表，主要是針對工業(yè)應(yīng)用進(jìn)行了特殊的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)各種抗干擾、以及小型化的工作。軟件部分包括操作系統(tǒng)軟件和應(yīng)用程序編程。系統(tǒng) 采用串口通信，利用 GPS 定位技術(shù)信息處理等手段，結(jié)合運(yùn)用自制簡易電子地圖，對被測點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測和跟蹤，獲取相應(yīng)地理信息并在顯示屏上加以顯示，以達(dá)到動態(tài)跟蹤顯示的效果。 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 MarinElectronics Association)制定的一套通訊協(xié)議。 2)被動式全天候?qū)Ш蕉ㄎ? 由 GPS 導(dǎo)航定位時(shí)，用戶設(shè)備只需接收機(jī) GPS 信號就可進(jìn)行導(dǎo)航定位，而不需用戶發(fā)射任何信號。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(yàn)證階段，離實(shí)用還有一段距離。目前 GLONASS 系統(tǒng) 19 顆在軌衛(wèi)星中只有 12 顆處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，這些衛(wèi)星中只有 7 顆是改進(jìn)型衛(wèi)星，而其他的都達(dá)到或接近服務(wù)壽命終結(jié)。 由以上四個(gè)方程即可解算出待測點(diǎn)的坐標(biāo) x, y, z和接收機(jī)的鐘差 Vt0 0 目前各種衛(wèi)星定位系統(tǒng)的比較 隨著衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用，衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)現(xiàn)已基本取代 了無線電導(dǎo)航、天文導(dǎo)航等傳統(tǒng)導(dǎo)航技術(shù)，己成為一種普遍采用的導(dǎo)航定位技術(shù)，并在精度、實(shí)時(shí)性、全天候等方面取得進(jìn)步。 式中 : x, y, z待 測點(diǎn)坐標(biāo)的空間直角坐標(biāo)。同時(shí)收集到至少四顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)時(shí)就可以解算出三維坐標(biāo)、速度和時(shí)間 (如圖 21 所示 )[301a 假設(shè) t 時(shí)刻在地面待測點(diǎn)上安置 GPS 接收機(jī)，可以測定 GPS 信號到 達(dá)接收機(jī)的時(shí)間，再加上接收機(jī)所接收到的衛(wèi)星星歷等其它數(shù)據(jù)可以確定四個(gè)方程式(如公式 22 所 示 ): 上述四個(gè)方程式中待測點(diǎn)坐標(biāo) x, y, z和 vto 為未知參數(shù)，其中 di=cAti Q I, 2, 3, 4), di (i=1, 2, 3, 4)分別為衛(wèi)星 衛(wèi)星 衛(wèi)星 3,為了消除公共誤差提高定位精度，可利用 2 臺以上的載波相位 GPS 定位儀實(shí)行聯(lián)測定位，對于載波信號單頻機(jī)的相對定位精度可達(dá) :士 ((5mm+2ppm X D)其中 D 為兩臺儀器的相對距離 。由 于美國 SA 政策 (雖然美國己經(jīng)宣布取消了 SA，但是美國政府隨時(shí)可能起用 SA 政策 )，民用的定位精度，這樣的精度在車輛導(dǎo)航系統(tǒng)中，往往會出現(xiàn)車子在 A 道路上，在監(jiān)控中心的電子地圖上卻顯示出車輛在 B 道路上行駛的問題。粗獲碼 (C/A碼 )是一種短碼，用于跟蹤、鎖定測量的偽隨機(jī)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。 2) GPS 信號包含有三種信號分量，即載波、測距碼和數(shù)據(jù)碼。徑向誤差士 3m。根據(jù)使用目的的不同，用戶要求的 GPS 信號接收機(jī)也各有差異。這種注入每天對每顆 GPS 衛(wèi)星進(jìn)行一次，并在衛(wèi)星離開注入站作用范圍之前進(jìn)行最后的注入。監(jiān)控站的主要任務(wù)是取得衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)并將這些數(shù)據(jù)傳送至主控站。但這種時(shí)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、連續(xù)實(shí)時(shí)的導(dǎo)航定位測量。空間部分的三顆備用衛(wèi)星，可在必要時(shí)根據(jù)指令代替發(fā)生故障的衛(wèi)星，這對于保障 GPS空間部分的正常高效的工作極為重要。每個(gè)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。地面控制部分一地面監(jiān)控系統(tǒng) 。這就提供了在時(shí)間上連續(xù)的全球?qū)Ш侥芰?。全球定位系統(tǒng)是在子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，采納了子午儀系統(tǒng)的成功經(jīng)驗(yàn)，是美國第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。當(dāng) 然，在實(shí)際中要考慮到各種誤差對測距的影響，以便對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行修正。衛(wèi)星到用戶的距離可以用定位信號的傳播延時(shí)計(jì)算出來，而地心到用戶的距離則可用中心站的數(shù)字地形圖查出或用氣壓高度表測量出來，于是求解如下方程可以計(jì)算出用戶坐標(biāo) (x0, y0, z0):(xi一 xo)2 +(Yr 一 Yo)2 +(Z，一 Zo)2=R。地面中心站可根據(jù)用戶的應(yīng)答信號的時(shí)差計(jì)算出戶星距離，這樣以兩顆定位衛(wèi)星為中心以兩個(gè)戶星距離為半徑可作出兩個(gè)定位球。測高標(biāo)校站為氣壓測高法提供基準(zhǔn)測量數(shù)據(jù)。 2)地面系統(tǒng) :一個(gè)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(shí)、發(fā)送導(dǎo)航電文，監(jiān)視和控制整個(gè)系統(tǒng)的工作情況等 。雖然“伽利略”系統(tǒng)是一個(gè)民用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，一旦發(fā)生戰(zhàn)爭，這個(gè)導(dǎo)航也會 遭到控制，特別是美國會直接插手“伽利略”。 3)定位原理 :與 GPS 相同 。伽利略衛(wèi)星定位系統(tǒng)將提供高精度、全球覆蓋的導(dǎo)航定位服務(wù)，并可以與 GPS, GLONASS 互操作和兼容。 3)定位原理 與 GPS 相同。 GLONASS 衛(wèi)星也采用類似 GPS 信號的 P碼 。 GLONASS 衛(wèi)星同樣向地面發(fā)射兩種載波信號 L1 載波信號的頻率為16021616MHz。 2)地面系統(tǒng) :地面控制站組 (GCS)設(shè)有 1 個(gè)系統(tǒng)控制中心， 1 個(gè)指令跟蹤站(CTS 整個(gè)跟蹤網(wǎng)絡(luò)分布于俄羅斯境內(nèi) 。衛(wèi)星軌道傾角為 度 。第七章總結(jié)，概括了所做的工作及不足，并給出下一步的研究方向。第 三章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 。 (5)通過實(shí)際點(diǎn) 的取 樣，對道路進(jìn)行描繪。 (2)選擇合適的 GPS 模塊和 SOC 單片機(jī)，構(gòu)建基于 SOC 技術(shù)的定位導(dǎo)航終端，并進(jìn)行可行性論證。本文設(shè)計(jì)的 GPS 定位導(dǎo)航終端采用基于 SOC 技術(shù)的單片機(jī)C8051F020 作為核心控制器，優(yōu)化了系統(tǒng)性能，節(jié)約了成本，縮短了開發(fā)周期。因此，為了開發(fā)成本低、體積小、性能穩(wěn)定的定位導(dǎo)航終端，選擇一種合適的控制器至關(guān)重要。 本文 的研究內(nèi)容 GPS 定位導(dǎo)航終端中控制器的選擇直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的性能。 (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)。 (3) C8051F 系列單片機(jī)是完全集成的混合信號系統(tǒng)級芯片，具有與 8051 兼容的 CIP51微控制器內(nèi)核。 (2)縱觀國內(nèi)的 GPS 導(dǎo)航市場，成型的 GPS 導(dǎo)航定位產(chǎn)品價(jià)格各異，少則上千多則上萬，且性能差距較大。雖然與現(xiàn)階段比較成熟的定位導(dǎo)航產(chǎn)品有一定差異，但也算是對定位導(dǎo)航的一種簡單嘗試。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。由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的差異，以及 GPS 等技術(shù)都是由國外首 先擁有和使用，所以國外在 GPS 導(dǎo)航定位系統(tǒng)的研究、應(yīng)用方面都比國內(nèi)早，現(xiàn)在已經(jīng)有比較成熟的產(chǎn)品。 但是就目前運(yùn)行情況來看，俄羅斯由于 經(jīng)費(fèi)原因?qū)е略谲壭l(wèi)星數(shù)目不足 6顆無法獨(dú)立成網(wǎng)，而伽利略和北斗系統(tǒng)正在建立過程中，所以 GPS 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)無疑占據(jù)著最大的市場并有著最高的工作穩(wěn)定性。 20xx 年 12月 21 日我國成功發(fā)射第二顆“北斗導(dǎo)航試驗(yàn)衛(wèi)星”，與發(fā)射的第一顆“北斗導(dǎo)航試驗(yàn)衛(wèi)星”構(gòu)成了“雙星導(dǎo)航定位系統(tǒng)”。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(jì)劃一“伽利略” (GALILEO)計(jì)劃。從而有效的降低了用戶為了尋找目的地而付出的資源浪費(fèi)，從一定程度上提高了作業(yè)效率、科學(xué)水平以及人們的生活質(zhì)量。 論文的研究背景 GPS即全球定位系統(tǒng)。本課題設(shè)計(jì)正是基于此開展 GPS 自主定位系統(tǒng)的研究。阻抗匹配 。 最后文中詳細(xì)描述了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)調(diào)試過程、所遇到的問題以及解決方法，通過調(diào)試、修改，成功實(shí)現(xiàn)小范圍的定位導(dǎo)航，完成課題設(shè)計(jì)的要求。本系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)分為兩部分 .:第一部分，接收板是以 ublox 公司的 GPS 模塊為核心并結(jié)合相關(guān)的外圍電路實(shí)現(xiàn)。給出了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案并闡述了終端設(shè)計(jì)方法、開發(fā)方法和開發(fā)過程。 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(diǎn)。其中，接收天線的選取、天線座到模塊 RF 1N 端的50歐姆阻抗匹配設(shè)計(jì)以及電源模塊的設(shè)計(jì)等都在本文中作了詳細(xì)闡述。并在此基礎(chǔ)上提出了下一步的研究方向和工作。OCM12864。由于 GPS 導(dǎo)航定位系統(tǒng)作為一個(gè)新興的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，技術(shù)含量相當(dāng)高。它是一個(gè)由覆蓋全球的 24顆衛(wèi)星組成的衛(wèi)星系統(tǒng) {11。隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展， GPS 的應(yīng)用己經(jīng)深入到國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，主 要包括大地測量，工程測量，航空攝影‘線路勘測，智能交通等。該計(jì)劃還在實(shí)施當(dāng)中。該系統(tǒng)是全天候、全天時(shí)提供衛(wèi)星導(dǎo) 航信息的區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)。所以在本文所研究的課題中，所用的導(dǎo)航定位系統(tǒng)仍然是美國建立的 GPS 定位系統(tǒng) 。但是，由于導(dǎo)航定位系統(tǒng)有強(qiáng)烈的本地特色，例如當(dāng)?shù)氐木W(wǎng)絡(luò)狀況和地圖信息的不盡相同，使許多國外導(dǎo)航定位系統(tǒng)產(chǎn)品不能夠簡單的應(yīng)用于中國。后 PC 時(shí)代的來臨為我們快速拉近與發(fā)達(dá)國家的相關(guān)科技距離提供了前所未有的機(jī)遇。本課題的研究意義主要有如下 幾個(gè)方面 : (1)隨著中國經(jīng)濟(jì)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(shí)用價(jià)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(shí)期。昂貴的費(fèi)用 不僅讓眾多消費(fèi)者望而卻步，而且定位精度的落差時(shí)常使得他們怨聲載道。其內(nèi)部電路包括 CIP51微控制器內(nèi)核及 RAM, ROM, I/0 口、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、 ADC, DAC, PCA, SPI 和 SMBus 等部件，即把計(jì)算機(jī)的基本組成單元以及模擬和數(shù)字外設(shè)集成在一個(gè)芯片上，構(gòu)成一 個(gè)完整的片上系統(tǒng)(SOC )。如果利用專業(yè)電子地圖開發(fā)軟件，其開發(fā)成本昂貴。目前，定位導(dǎo)航終端一般采用基于嵌入式、單板機(jī)或單片機(jī)的實(shí)現(xiàn)方案。如今，高性能、高可靠性、低價(jià)位的 SOC 單片機(jī)己經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，使用 SOC 單片機(jī)不僅可以優(yōu)化系統(tǒng)性能，而且節(jié)約了資源和成本。 該課題主要的任務(wù)是 :以 Silicon Labs公司生產(chǎn)的 C8051F020芯片作為系統(tǒng)中心控制處理器，結(jié)合部分外圍器件設(shè)計(jì)出控制、顯示的硬件電路，并通過自制的 GPS 接收機(jī)接收來自 GPS 定位衛(wèi)星的定位信息 。