【正文】 將被傳遞到搜索引擎。 SBAS GPS協(xié)議NMEA, UBX二進(jìn)制 一捕獲冷啟動(dòng)29s 輔助啟動(dòng):1s(露天)los(室內(nèi)) 熱啟動(dòng):1s(露天)los(室內(nèi)) 重捕獲時(shí)間:1s(露天)los(室內(nèi)) 接口: USB 12Mbit/s 一串口1個(gè)UART端口 一數(shù)字1/0可配置的時(shí)間脈沖，1個(gè)EXTINT輸入 一串口和I/0電壓3V電平，最大5V輸入電平 電氣特性: ，典型值25uA 一天線供電方式外部或內(nèi)部VCC RF LEA模塊具有包含50個(gè)通道的ublox5定位引擎，通過無與倫比的捕獲與導(dǎo)航性。運(yùn)行溫度范圍為一40到850。以下各節(jié)將詳細(xì)敘述各模塊接口的設(shè)計(jì)情況[161a4. 2 GPS接收板設(shè)計(jì)4. 2. 1 GPS模塊LEA5H介紹 LEA5H模塊的尺寸非常小(17**3mm )，具有高度的功能集成，從某種程度上減少了占板空間，擁有32通道捕獲引擎，18通道GPS+Galileo跟蹤引擎，帶有節(jié)能模式，支持無源天線和有源天線并具備天線短路和開路檢測和保護(hù)。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。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(diǎn)。TO235小型封裝，故可高密度安裝}139。和以往CMOS工藝電壓穩(wěn)壓器相比，所能使用的電容器種類得以增多，也能使用小型的陶瓷電容器。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。S1112系列是使用CMOS技術(shù)開發(fā)的低壓差、高精度輸出電壓、低消耗電流的正電壓型電壓穩(wěn)壓器?？紤]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。 再次，使用64K字節(jié)大容量閃速存儲(chǔ)器和4352字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)RAM (4K+256). 64Kflash ROM可以滿足本次開發(fā)的需要，不需要另外擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器。 其次，使用JTAG接口。這兩個(gè)串口的波特率產(chǎn)生是獨(dú)立的，使用起來相當(dāng)靈活。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。在本次設(shè)計(jì)中，采用Cygnal公司的C8051F020作為數(shù)據(jù)終端的主控芯片。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)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。結(jié)構(gòu)圖(如圖41所示): 圖41總體設(shè)計(jì)框圖 GPS接收板接收GPS衛(wèi)星發(fā)來的原始導(dǎo)航電文，如:經(jīng)度、緯度、高度、時(shí)間、速度、航向等數(shù)據(jù)，送給微處理器處理并存儲(chǔ)，以便隨時(shí)在顯示屏上顯示定位點(diǎn)。本系統(tǒng)選用的GPS衛(wèi)星數(shù)據(jù)采集模塊是LEA5W `l o 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(jí)管顯示，本系統(tǒng)出于亮度和動(dòng)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)。3. 4. 2 GPS模塊的選取 對于GPS模塊的選擇而言，通常從技術(shù)參數(shù)，支持通信協(xié)議，控制接口和成本幾個(gè)方面考慮。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)。 綜合考慮目前常見定位導(dǎo)航終端的實(shí)現(xiàn)方案，本設(shè)計(jì)采用基于SoC單片機(jī)(C8051F020)的實(shí)現(xiàn)方案，即采用GPS接收機(jī)與C8051F020單片機(jī)構(gòu)成定位導(dǎo)航終端。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。因此，必須擴(kuò)展可掉電保存數(shù)據(jù)的FLASH ROM芯片來增加存儲(chǔ)空間，這樣，不僅提高了開發(fā)成本，還降低了系統(tǒng)的抗干擾性。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。 (3)基于單片機(jī)的實(shí)現(xiàn)方案 單片機(jī)又稱嵌入式微控制器，它在一塊芯片上集成了CPU, RAM, ROM (EPROM或EEPROM )、時(shí)鐘、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、多種功能的串行和并行I/0口。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。通常來講，單板機(jī)的處理能力強(qiáng)于嵌入式系統(tǒng)，而且單板機(jī)的外圍接口豐富，所以開發(fā)西南石油大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文時(shí)不需要進(jìn)行外圍電路設(shè)計(jì)。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。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(fèi)。軟件部分包括操作系統(tǒng)軟件和應(yīng)用程序編程。從總體上，該系統(tǒng)可分為三大功能模塊，GPS接收模塊、信息處理模塊與顯示模塊。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(dòng)態(tài)跟蹤顯示的效果。 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f+1。 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(huì))標(biāo)準(zhǔn)，由美國國家海洋電子協(xié)會(huì)(NMEAThe National MarinElectronics Association)制定的一套通訊協(xié)議。 3)全球覆蓋連續(xù)導(dǎo)航定位 由于GPS有24顆衛(wèi)星，且分布合理，軌道高達(dá)20200km，所以在地球上和近地空間上任何一點(diǎn)，均可連續(xù)同頻地觀測4顆以上衛(wèi)星、實(shí)現(xiàn)全球、全天候連續(xù)導(dǎo)航定位。 2)被動(dòng)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(hào)就可進(jìn)行導(dǎo)航定位，而不需用戶發(fā)射任何信號(hào)。與其他導(dǎo)航系統(tǒng)相比，主要特點(diǎn)有如下幾個(gè)方面: 1)定位精度高，觀測時(shí)間短 GPS定位技術(shù)定位精度高，理論上可以達(dá)到五到十米。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。此外我國的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)定位速度較慢，不能連續(xù)導(dǎo)航，無法適應(yīng)高動(dòng)態(tài)環(huán)境，只能提供低動(dòng)態(tài)和靜態(tài)定位服務(wù)。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)。但隨著19%年俄羅斯GLONAS S全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的組建完畢和歐洲GALILEO導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)計(jì)劃的啟動(dòng)，使美國政府迫于競爭壓力于2000年5月1日撤銷對GPS的SA干擾，使位置精度提升到20米，授時(shí)精度提高到40納秒，并承諾加速星座改善，增加兩個(gè)民用頻率。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 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。 Vti (i=1, 2, 3, 4)一分別為衛(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。 式中: x, y, z待測點(diǎn)坐標(biāo)的空間直角坐標(biāo)。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(hào)到達(dá)接收機(jī)所經(jīng)歷的時(shí)間。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(hào)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,全球定位技術(shù)不但精度高，而且定位速度快，可以滿足飛機(jī)、導(dǎo)彈、火箭、衛(wèi)星等高速運(yùn)動(dòng)載體的導(dǎo)航定位的需要【131a GPS系統(tǒng)定位的基本原理是根據(jù)高速運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星瞬間位置作為己知的起算數(shù)據(jù)，采用空間距離后方交會(huì)的方法確定待測點(diǎn)的位置，即如果能夠知道到幾個(gè)已知點(diǎn)的距離那么就可以求出所處的位置[]a GPS定位系統(tǒng)的己知點(diǎn)就是空中運(yùn)行的GPS工作衛(wèi)星。為了消除公共誤差提高定位精度，可利用2臺(tái)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(hào)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(tái)儀器的相對距離。 3)定位精度:利用偽隨機(jī)碼(測距碼)的信號(hào)單機(jī)測量，理論上按照目前測距碼的對齊精度約為測距碼波長的1/100計(jì)算，測距粗碼(C/A碼)的測距精度約為士3m。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(huì)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。這種采用SA技術(shù)的C/A碼定位技術(shù)稱為標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)精度(SPS, Standard Positioning Service). SA的實(shí)施有兩種技術(shù)，一種是降低了衛(wèi)星鐘的短期穩(wěn)定性，另一種是使衛(wèi)星廣播星歷的精確性降低。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，波長約為300米，周期為1Mso P碼是GPS的精測碼，[39。每個(gè)GPS衛(wèi)星在兩個(gè)頻率波段上發(fā)布獨(dú)立信號(hào)。 2) GPS信號(hào)包含有三種信號(hào)分量，即載波、測距碼和數(shù)據(jù)碼。精密星歷是由美國國防制圖局根據(jù)全球20多個(gè)衛(wèi)星跟蹤站的觀測資料解算的，因測站數(shù)量多且分布范圍廣故衛(wèi)星定軌精度較廣播星歷高一個(gè)數(shù)量級(jí)。徑向誤差士3m。因測站數(shù)量少，故衛(wèi)星定軌精度不高。根據(jù)使用目的的不同，用戶要求的GPS信號(hào)接收機(jī)也各有差異。GPS衛(wèi)星發(fā)送的導(dǎo)航定位信號(hào)是一種可供無數(shù)用戶共享的信息資源。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。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(jì)算每顆GPS衛(wèi)星的軌道和衛(wèi)星鐘改正值。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。 2)地面控制部分一地面監(jiān)控系統(tǒng):GPS工作衛(wèi)星的地面監(jiān)控系統(tǒng)包括一個(gè)主控站、三個(gè)注入站和五個(gè)監(jiān)測站。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。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?？臻g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。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。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。 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。地面控制部分一地面監(jiān)控系統(tǒng)。隨著全球定位系統(tǒng)的不斷改進(jìn)，硬、軟件的不斷完善，應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷地開拓，目前己遍及國民經(jīng)濟(jì)各部門，并開始逐步深入人們的日常生活。這就提供了在時(shí)間上連續(xù)的全球?qū)Ш侥芰Α?4顆衛(wèi)星(其中3顆為備用衛(wèi)星)均為近圓形軌道，運(yùn)行周期約為11小時(shí)58分，分布在六個(gè)軌道面上(每軌道面4顆)，軌道傾角為55度。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)。在雙星系統(tǒng)中，高程值由數(shù)字地圖或氣壓測高站提供。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。RI, R2,R3分別表示用戶機(jī)到衛(wèi)星1, 2和地球質(zhì)心的距離。衛(wèi)星到用戶的距離可以用定位信號(hào)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。地面中心站求出用戶坐標(biāo)后，再根據(jù)坐標(biāo)在地面數(shù)字高程模型讀出用戶高程一進(jìn)而讓衛(wèi)星轉(zhuǎn)告用戶。地面中心站可根據(jù)用戶的應(yīng)答信號(hào)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。2)用戶設(shè)備:定位收發(fā)機(jī)的瞬間發(fā)射功率較大。測高標(biāo)校站為氣壓測高法提供基準(zhǔn)測量數(shù)據(jù)。測軌標(biāo)校站為精確測量衛(wèi)星的位置提供基準(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(hào)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。 2000年10月31日和12月21日，我國發(fā)射了兩顆北斗一號(hào)衛(wèi)星，并由其構(gòu)成獨(dú)特的“雙星有源定位系統(tǒng)”。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(huì)遭到控制，特別是美國會(huì)直接插手“伽利略”?！氨倍贰睂?dǎo)航系統(tǒng) GPS和“格魯納斯”都是為軍事應(yīng)用而發(fā)展起來的，完全由軍方控制，無法保證服務(wù)信息始終保持不中斷。 3)定位原理:與GPS相同。衛(wèi)星的軌道傾角為56度，公轉(zhuǎn)周期T=14小時(shí)23分14秒，軌道高度H=23616km。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。2005年12月27日，第一顆伽利略衛(wèi)星GLOVEA發(fā)射升空，第二顆衛(wèi)星GLOVEB于20%年發(fā)射，這標(biāo)志著伽利略衛(wèi)星定位系統(tǒng)正式進(jìn)入實(shí)施論證階段。 3)定位原理 與GPS相同。垂直精度:士75m。 GL