【正文】 點，是迄今最好的導(dǎo)航定位系統(tǒng)。衛(wèi)星的分布使得在全球的任何地方，任何時間都可觀測到 4 顆以上的衛(wèi)星，并能保持良好定位解算精度的幾何圖形。按目前的方案， 全球定位系統(tǒng)的空間部分使用 24 顆高度約 20200 千米的衛(wèi)星組成衛(wèi)星星座。并且，信息處理中心具有定時和短報文通信功能 [al0 2. 4 GPS 衛(wèi)星定位系統(tǒng) 全球定位系統(tǒng) (Global Positioning System)是美國從本世紀(jì) 70 年代由美國國防部批準(zhǔn)開始研制，歷時 20 年，耗資 200 億美元，于 1994 年全面建成，是具有在海、陸、空，進(jìn)行全方位實時三維導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。北斗定位系統(tǒng)與 GPS 系統(tǒng)的主要區(qū)別在于 :GPS 采用的是非同步多衛(wèi)星定位原理，一般要求獲取 4 顆以上衛(wèi)星位置和到用戶的距離，才可以得到用戶的經(jīng)緯度和高程數(shù)據(jù)，其定位處理部分分散到各個用戶 機來完成。兩顆衛(wèi)星的坐標(biāo)、地球質(zhì)心的坐標(biāo)以及衛(wèi)星到用戶的距離、地心到用戶的距離都可以測出，所以可以解算出用戶坐標(biāo)。2,i=1,2,3 (21)式中，(xi, yi, zi) (i=1, 2, 3)分別表示衛(wèi)星 1, 2 和地球質(zhì)心的坐標(biāo)。 北斗定位系統(tǒng)采用三球交會測量原理進(jìn)行定位，即分別以兩顆衛(wèi)星為球心、到用戶的距離為半徑作兩個球面，再以地球質(zhì)心為球心，到用戶的距離為半徑作一個球面，三個球面的交會點就是用戶的位置 (計算時要排除其鏡像點 )。而兩個定位球又和地面相交產(chǎn)生兩個定位圓，用戶必定位于兩個定位圓相交的兩個點上 (這兩個交點一定是以赤道為對稱軸南北對稱的 )。 3)定位精度 :平面精度士 20m,垂直精度士 l Or n. 定位原理 北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)的定位原理為 :地面中心站通過 2 顆同步靜止定位衛(wèi)星傳送測距問詢信號，如果用戶需要定位則馬上回復(fù)應(yīng)答信號。 技術(shù)特點 1)服務(wù)區(qū)域 :東經(jīng) 70 度 ~145 度，北緯 50 度 ~55 度 。定位標(biāo)校站為差分定位提供基準(zhǔn)測量數(shù)據(jù) 。 3)標(biāo)校系統(tǒng) :有測軌、定位、測高三類標(biāo)校站。第三顆北斗一號衛(wèi)星于 20xx 年 5 月 25 日發(fā)射升空，它是導(dǎo)航定位系統(tǒng)的備份星，與前兩顆工作衛(wèi)星組成我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的第一代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng) [(}10 系統(tǒng)組成 1)衛(wèi)星星座 :由 3 顆同步靜止衛(wèi)星組成 (其中 1 顆在軌備用 )，分別定位于東經(jīng)80 度和東經(jīng) 140 度，軌道 傾角 i=0 度，公轉(zhuǎn)周期 T=24 小時，軌道高度 H=36000km。在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展過程中，出于軍事需要的考慮，中國必須發(fā)展自己獨立的系統(tǒng)。例如，美國在 20 世紀(jì) 90 年代的海灣戰(zhàn)爭期間，不僅中斷了全球定位系統(tǒng)，而且給 P 碼加密，使對方無法使用。 4)定位精度 :導(dǎo)航定位精度比目前任何系統(tǒng)都高。 2)地面系統(tǒng) :在歐洲建立 2 個控制中心，在全球構(gòu)建監(jiān)控網(wǎng) 。 20xx 年 10月，中歐 Galileo 計劃技術(shù)合作協(xié)議在北京正式簽署，中國投入 2 億歐元參與了這項計劃 (9l0 系統(tǒng)組成 1)衛(wèi)星星座 :由 3 個獨立的圓形軌道， 30 顆中等高度衛(wèi)星 (MEOMiddle Earth Orbit)衛(wèi)星組成 ((27 顆工作衛(wèi)星， 3 顆備用衛(wèi)星 )。伽利略衛(wèi)星定位系統(tǒng)是歐洲空間局 (ESA)主導(dǎo)的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系 統(tǒng)，由 27+3 顆衛(wèi)星分布在3 個軌道平面上，計劃于 20xx 年運行，目前己經(jīng)推遲到 20xx 年。 伽利略衛(wèi)星定位系統(tǒng) 為了打破美國 GPS 在衛(wèi)星導(dǎo)航定位領(lǐng)域的壟斷， 1999 年歐洲提出了建立伽利略 (Galileo)導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的計劃，這是歐洲開發(fā)的最重要的航天計劃。測速精度 :士 15cm/s。 2)定位精度 水平精度 :士 50^70m。 GLONASS 衛(wèi)星之間的識別方法采用頻分復(fù)用 (FDMA)技術(shù)， L1載波信號的頻道間隔為 , L2 載波信號的頻道間隔為 GLONASS 衛(wèi)星測距粗碼 (C/A 碼 )的頻率為 MHz，碼長為 511 比特，重復(fù)周期為 lms。LZ 載波信號的頻率為 1246^ 1256MHz。 技術(shù)特點 1)衛(wèi)星信號 每顆 GLONASS 衛(wèi)星配有艷原子鐘，以便為所有星載設(shè)備提供高穩(wěn)定的時標(biāo)信號。CTS 跟蹤遙控著所有 GLONASS 可視衛(wèi)星，對其進(jìn)行測距數(shù)據(jù)的采集和處理，并向各衛(wèi)星發(fā)送控制指令和導(dǎo)航信息。衛(wèi)星設(shè)計的使用壽命為 年，直至 1995 年衛(wèi)星星座布成，經(jīng)過數(shù)據(jù)加載、調(diào)整和檢驗，已于 19%年 1 月 18 日整個系統(tǒng)正式運轉(zhuǎn) 。衛(wèi)星運行周期 T=11 時 15 分 (恒星時 小時 )。軌道偏心率 e=。 第 2 章衛(wèi)星定位系統(tǒng)相關(guān)技術(shù) GLONASS(格魯納斯 )衛(wèi)星定位系統(tǒng) 該系統(tǒng)是 1982 年底由前蘇聯(lián)開始建設(shè)，期間因蘇聯(lián)解體，幾經(jīng)周折最后由俄羅斯于 1996 年建成全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng) (Global Navigation Satellite System GLONASS )。第六章為系統(tǒng)調(diào)試總結(jié)，闡述了在調(diào)試過程中所遇到的問題及解決方法。第四章提出了系統(tǒng)硬件設(shè)計，根據(jù)各模塊功能進(jìn)行硬件電路芯片的選擇和線路連接 。 論文的組織 論文的第一章為緒論，介紹了論文研究的背景以及國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀和研究意義等內(nèi)容 :第二章對 GPS 全球定位系統(tǒng)各方面作簡單介紹和進(jìn)行一般性的論述 。實現(xiàn)簡單的自制電子地圖顯示。 (4)通過核心控制器 C805IF020 與 GPS 接收機進(jìn)行通信，提取定位數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理和定位顯示，實現(xiàn)定位導(dǎo)航終端的基本功能。 (3)設(shè)計了 GPS 接收板電路和控制板電路并制作 PCB 板。 課題完成的工作 4點 : (1)研究了目前國內(nèi)外 GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀、 GPS 技術(shù)，討論了定位導(dǎo)航終端的設(shè)計以及先進(jìn)的 SOC 單片機技術(shù)。 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)計出控制、顯示的硬件電路，并通過自制的 GPS 接收機接收來自 GPS 定位衛(wèi)星的定位信息 。選擇合適 CPU 內(nèi)核和 IP 模塊構(gòu)架成具有特定功能的 SOC 單片機，使得其滿足位導(dǎo)航終端功能所需。如今，高性能、高可靠性、低價位的 SOC 單片機己經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，使用 SOC 單片機不僅可以優(yōu)化系統(tǒng)性能，而且節(jié)約了資源和成本。單板機開發(fā)成本較高，體積大， 一般適用于大型基于單片機的 GPS 導(dǎo)航裝置的設(shè)計監(jiān)控系統(tǒng)。目前，定位導(dǎo)航終端一般采用基于嵌入式、單板機或單片機的實現(xiàn)方案。因此如何根據(jù)用戶實際需要，開發(fā)出一套價格低廉且適合于用戶工作環(huán)境的導(dǎo)航地圖尤為重要。如果利用專業(yè)電子地圖開發(fā)軟件，其開發(fā)成本昂貴。因此將C8051F020 單片機運用于本次設(shè)計，也是一種新的嘗試，也加深了對 C8051F 系列的掌握。其內(nèi)部電路包括 CIP51微控制器內(nèi)核及 RAM, ROM, I/0 口、定時 /計數(shù)器、 ADC, DAC, PCA, SPI 和 SMBus 等部件，即把計算機的基本組成單元以及模擬和數(shù)字外設(shè)集成在一個芯片上，構(gòu)成一 個完整的片上系統(tǒng)(SOC )。也是對導(dǎo)航定位技術(shù)運用的一種初步嘗試。昂貴的費用 不僅讓眾多消費者望而卻步，而且定位精度的落差時常使得他們怨聲載道。利用 GPS 進(jìn)行定位是個不錯的選擇。本課題的研究意義主要有如下 幾個方面 : (1)隨著中國經(jīng)濟的飛速發(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用價值和市場前景，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)展的時期。本文提出的導(dǎo)航定位終端設(shè)計方案，將終端設(shè)計為一個基于單片機 C8051F020 的簡易導(dǎo)航定位系統(tǒng)，可實現(xiàn) GPS 導(dǎo)航、電子地圖實時定位等功能。后 PC 時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遇。由于現(xiàn)在可用于系統(tǒng)的技術(shù)選擇比較多，每個公司都在根據(jù)自己最熟悉的技術(shù)，或依據(jù)自己對市場和現(xiàn)有以及未來技術(shù)發(fā)展方向的理解，構(gòu)建自己的系統(tǒng)。但是，由于導(dǎo)航定位系統(tǒng)有強烈的本地特色，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。運用現(xiàn)代信息技術(shù)、通信技術(shù)、定位技術(shù)、控制技術(shù)，大大提高了人們的出行安全和工作效率，為現(xiàn)代信息社會提供了準(zhǔn)確、迅速的出行服務(wù)。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) 。這將標(biāo)志著我國將擁有自主研發(fā)的第一代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)是全天候、全天時提供衛(wèi)星導(dǎo) 航信息的區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)。為滿足國內(nèi)衛(wèi)星導(dǎo)航需求，我國自行建立了第一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)一雙星導(dǎo)航定位系統(tǒng) (北斗一號 )。該計劃還在實施當(dāng)中。但是這兩個系統(tǒng)都受到美、俄兩國軍方的嚴(yán)密控制，其信號的可靠性無法得到保證。隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展， GPS 的應(yīng)用己經(jīng)深入到國民經(jīng)濟的各個領(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。它可用于引導(dǎo)飛機、船舶、車輛以及個人，安全、準(zhǔn)確地沿著選定的路線準(zhǔn)時到達(dá)目的地。它是一個由覆蓋全球的 24顆衛(wèi)星組成的衛(wèi)星系統(tǒng) {11。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，導(dǎo)航定位相關(guān)產(chǎn)品的成本在不斷下降，可以預(yù)言，導(dǎo)航與定位系統(tǒng)將向著小型化，智能化，多功能化方向發(fā)展。由于 GPS 導(dǎo)航定位系統(tǒng)作為一個新興的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，技術(shù)含量相當(dāng)高。目前許多國家已經(jīng)批量生產(chǎn)各種 GPS終端模塊，俄羅斯的 GLONASS系統(tǒng)應(yīng)用已經(jīng)有幾年的歷史，我國的北斗系統(tǒng)也開始進(jìn)入了應(yīng)用階段，歐洲的伽利略計劃己經(jīng)啟動。OCM12864。 C8051F020。并在此基礎(chǔ)上提出了下一步的研究方向和工作。本系統(tǒng)的軟件設(shè)計，采用 C51 語言編程，完成了單片機初 始化程序、主程序 (定位數(shù)據(jù)接收、處理 )、液晶屏 (OCM12864)初始化和顯示程序的設(shè)計。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)計以及電源模塊的設(shè)計等都在本文中作了詳細(xì)闡述。 然后針對系統(tǒng)的硬件設(shè)計、軟件設(shè)計和軟硬件聯(lián)合調(diào)試等方面展開論述。 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。 常州機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 作 者： 印 坤 學(xué) 號： 51350234 系 部： 信息工程系 專 業(yè)： 應(yīng)用電子技術(shù) 題 目： 基于單片機的 GPS 導(dǎo)航裝置設(shè)計 指導(dǎo)者： 左亞旻 評閱者： 20xx 年 7 月 畢業(yè)設(shè)計（論文）中文摘要 本文以基于單片機的 GPS 導(dǎo)航裝置設(shè)計為主要內(nèi)容，圍繞“單片機控制 GPS模塊實現(xiàn)定位導(dǎo)航功能”這一熱點課題，利用 ublox公司的 GPS模塊和美國 Cygnal公司的 C8051F020 單片機，制作了 GPS 接收板和相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理、控制終端。給出了系統(tǒng)的總體設(shè)計方案并闡述了終端設(shè)計方法、開發(fā)方法和開發(fā)過程。并從系統(tǒng)功能和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)出發(fā)，通過分析比較選出合適的實現(xiàn)方案，在此基礎(chǔ) 上對系統(tǒng)所需硬件模塊的選取作了簡要介紹。本系統(tǒng)硬件設(shè)計分為兩部分 .: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)的外圍電路實現(xiàn)。第二部分，作為導(dǎo)航數(shù)據(jù)處理，定位控制以及顯示部分的設(shè)計，對單片機、液晶屏 (OCM12864)以及相關(guān)串口設(shè)計等也做了相應(yīng)介紹。 最后文中詳細(xì)描述了系統(tǒng)的實驗調(diào)試過程、所遇到的問題以及解決方法，通過調(diào)試、修改，成功實現(xiàn)小范圍的定位導(dǎo)航，完成課題設(shè)計的要求。 關(guān)鍵詞 :GPS。阻抗匹配 。 目錄 第 1 章 緒論 .................................................................................................................. 5 論文的研究背景 ............................................................................................. 6 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及研究意義 ......................................................................... 7 本文的研究內(nèi)容 ............................................................................................. 8 論文的組織 ................