【正文】 著人們對 GPS 認(rèn)識(shí)的加深， GPS 不僅在測量，導(dǎo)航，測速，測時(shí)等方面得到更廣泛 的應(yīng)用，而且其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。如圖所示，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 △ t，再加上接收機(jī)所接收到的衛(wèi)星星歷等其它數(shù)據(jù)可以確定以 下四個(gè)方程式： 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=c△ ti (i= 4)。 △ ti (i= 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。 四個(gè)方程式中各個(gè)參數(shù)意義如下： x、 y、 z 為待測點(diǎn)坐標(biāo)的空間直角坐標(biāo)。 Vt i (i= 4) 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。 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 Vto 。 24 顆衛(wèi)星均勻分布在 6 個(gè)軌道平面內(nèi)，軌道傾角為 55度，各個(gè)軌道平面之間相距 60 度， 即軌道的升交點(diǎn)赤經(jīng)各相差 60度。 在兩萬公里高空的 GPS 衛(wèi)星，當(dāng)?shù)厍驅(qū)阈莵碚f自轉(zhuǎn)一周時(shí)，它們繞地球運(yùn)行二周， 即繞地球一周的時(shí)間為 12 恒星時(shí)。位于地平線以上的衛(wèi)星顆數(shù)隨著時(shí)間和地點(diǎn)的不同而不同，最少可見到 4顆， 最多可見到 11 顆。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。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。 地面監(jiān)控系統(tǒng) 對于導(dǎo)航定位來說， GPS 衛(wèi)星 是一動(dòng)態(tài)已知點(diǎn)。每顆 GPS 衛(wèi)星所播發(fā)的星歷，是由地面監(jiān)控系統(tǒng)提供的。地面監(jiān)控系統(tǒng) 另一重要作用是保持各顆衛(wèi)星處于同一時(shí)間標(biāo)準(zhǔn) — GPS 時(shí)間系統(tǒng)。然后由地面注入站發(fā)給衛(wèi)星，衛(wèi)星再由導(dǎo)航電文發(fā)給用戶設(shè)備。 GPS信號(hào)接收機(jī) GPS 信號(hào)接收機(jī)的任務(wù)是：能夠捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測衛(wèi)星的信號(hào)， 并跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行，對所接收到的 GPS 信號(hào)進(jìn)行變換、放大和處理，以便測量出 GPS信號(hào)從衛(wèi)星 到接收機(jī)天線的傳播時(shí)間，解譯出 GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文，實(shí)時(shí)地計(jì)算出測站的三維位置， 位置，甚至三維速度和時(shí)間。而動(dòng)態(tài)定位則是用 GPS接收機(jī)測定一個(gè)運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)行軌 跡。載體上 的 GPS 接收機(jī)天線在跟蹤 GPS 衛(wèi)星的過程中相對地球而運(yùn)動(dòng)，接收機(jī)用 GPS 信號(hào)實(shí)時(shí)地 測得運(yùn)動(dòng)載體的狀態(tài)參數(shù)（瞬間三維位置和三維速度）。 GPS 接收機(jī)根據(jù) NMEA0183 協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，將位置、速度等信息通過串口傳送到 PC 機(jī)、 PDA 等設(shè)備。 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 （見表 ） 。 表 信息簡稱 序號(hào) 命令 說明 最大幀長 1 $GPGGA 全球定位數(shù)據(jù) 72 2 $GPGSA 衛(wèi)星 PRN 數(shù)據(jù) 65 3 $GPGSV 衛(wèi)星狀態(tài)信息 210 4 $GPRMC 運(yùn)輸定位數(shù)據(jù) 70 5 $GPVTG 地面速度信息 34 6 $GPGLL 大地坐標(biāo)信息 7 $GPZDA UTC 時(shí)間和日期 注：發(fā)送次序 $PZDA、 $GPGGA、 $GPGLL、 $GPVTG、 $GPGSA、 $GPGSV* $GPRMC 協(xié)議幀總說明： 該協(xié)議采用 ASCII 碼，其串行通信默 認(rèn)參數(shù)為：波特率 =4800bps，數(shù)據(jù)位 =8bit，開始位 =1bit，停止位 =1bit，無奇偶校驗(yàn)。） CRLF——CR（ Carriage Return） + LF（ Line Feed）幀結(jié)束，回車和換行 ① 、 位置信息（ GGA） $GPGGA、 M, 1 12*hhCRLF 1UTC 時(shí)間， hh mm ss 格式（定位它的） 2經(jīng)度 dd mm mmmm 格式（非 0） 3經(jīng)度方向 N或 S 4緯度 ddd mm mmmm 格式（非 0） 5緯度方向 E或 W 6GPS 狀態(tài)批示 0— 未定位 1— 無 差分定位信息 2— 帶差分定位信息 7使用衛(wèi)星號(hào)（ 00~08） 8精度百分比 9海平面高度 10*大地隨球面相對海平面的高度 11差分 GPS 信息 12差分站 ID號(hào) 0000123 ② 、 GPS DOP 和活動(dòng)衛(wèi)星 $GPGSA、 *hhCRLF 1模式 M— 手動(dòng)， A— 自動(dòng) 2當(dāng)前狀態(tài) 1— 無定位信息， 2— 2D 3— 3D 3PRN 號(hào) 01~32 4位置精度 5垂直精度 6水平精度 ③ 、當(dāng)前 GPS 衛(wèi)星狀態(tài)（ GSV） $GPGSV、 7 7*hhCRLF 1GSV 語句的總數(shù)目 2當(dāng)前 GSV 語句數(shù)目 3顯示衛(wèi)星的總數(shù)目 00~12 4衛(wèi)星的 PRV 號(hào)星號(hào) 5衛(wèi)星 仰角 6衛(wèi)星 旋角 7信噪 比 語句共兩條，第條最多包括 4 顆星的處所。 2當(dāng)前歷書數(shù) 20 這個(gè)字段可為空或任意值； 3衛(wèi)星 PRN 數(shù)不清 0 到 32 4GPS 星歷數(shù) 5SV狀態(tài)，每個(gè)歷 書的 1724 位 6離心率 7星歷參考時(shí)間 8傾角 9上升速率 10半軸 11近地點(diǎn)的末端 12節(jié)經(jīng)度 13近點(diǎn)離角 14Afo 時(shí)間參數(shù) 15 Af1 時(shí)間參數(shù) hh：語句末端的 hh 為該語句的校檢符，應(yīng)由用戶計(jì)算送給 GPS 25板，計(jì)算規(guī)則為：“ S”后的所有字節(jié)的 8 個(gè)計(jì)，每 4 個(gè)組成一個(gè) BCD 碼（ A、 B、 C 等應(yīng)用大寫）。 GPS 型號(hào)選擇 本 系統(tǒng)采用 GPS模塊 GS87， GPS 模塊 GS87 是一個(gè)高效能、低耗電的智能型衛(wèi)星接收模塊或稱做衛(wèi)星接收引擎，它采用美國瑟孚 SiRF star III 公司所設(shè)計(jì)的第三代衛(wèi)星定位接收芯片，是一個(gè)完整的衛(wèi)星定位接收器具備全方位功能，能滿足專業(yè)定位的嚴(yán)格要求與個(gè)人消費(fèi)需求 。具有 6個(gè)針腳 ， 內(nèi)建 ARM7TDMI CPU 可符合客制需求 ， 具備快速定位及追蹤 20 顆衛(wèi)星的能力 ， 體積超小，僅 25 7 公厘 ， 芯片內(nèi)建 200,000 個(gè) 衛(wèi)星追蹤運(yùn)算器，大幅提高搜尋及運(yùn)算衛(wèi)星訊號(hào)能力 ， 內(nèi)建 RTCM SC104 DGPS 和 WASS/EGNOS 解調(diào)器 ，低耗電量 ， 具備有省電模式（ TricklePower）功能，以及在設(shè)定的時(shí)間才啟動(dòng)的定時(shí)定位（ Push– to– Fix）功能 。 應(yīng)用范圍：車用導(dǎo)航、航海導(dǎo)航、艦隊(duì)管理、基地服務(wù)、自動(dòng)駕駛、個(gè)人導(dǎo)航、旅游設(shè)備、 軌跡設(shè)備、系統(tǒng)及繪圖應(yīng)用程序 。 RXA 串行數(shù)據(jù)輸入端口 A（ CMOS 3V Level： Vih≧ *VCC Vil≦ *VCC） 。 RESET：復(fù)位輸入（低電平有效） GPS 接口電路模塊 由于電源電壓要求為 +177。由于該模塊無需初始化，上電后模塊即可自動(dòng)接收和發(fā)送定位數(shù)據(jù)，故不需要對其進(jìn)行控制操作，即系統(tǒng)不必向 GPS 模塊發(fā)出控制指令。具體硬件接口電路如圖 C810 4C510 0uV S SIOB5IOB6IOB7IOB8IOB9IOB10VDDHV C C1T X A2R X A3R X B4G N D5R E S E T6G S _8 7+ 5VIO B 7IO B 1 027 K27 K 圖 GPS 接口電路 原理圖 按鍵模塊 由于凌陽 SPCE061A 單片機(jī) 具有可編程的 I/O 口，所以只需將要接按鍵的 I/O 口設(shè)置為帶下拉電阻的輸入口，按鍵的另一端接到高電平上即可。 K2K3K4 K5 K6 K7K8K1V D D HIOB3IOB4IOB5IOB6 IOB8IOB9IOB11IOB12 圖 按鍵電路原理圖 各按鍵的功能定義如下： 1． 在公交車報(bào)站狀態(tài)： K1：逐次播放上行各站提示語，每按一次按順序播放一個(gè)。 K3：播放警告用語 “ 車輛拐彎，請注意安全 ” 。 K5：播放娛樂音樂或廣告。 K7：啟用 GPS 自動(dòng)報(bào)站控制。 2． 在時(shí)間設(shè)置狀態(tài)： K K K K4：無效。 K7：增加。 在啟用 GPS 自動(dòng)報(bào)站控制時(shí)，按 K1～ K K8 任意鍵，執(zhí)行該鍵的操作，并關(guān)閉串口接收 GPS數(shù)據(jù)，啟用手動(dòng)報(bào)站方式。 第四章 數(shù)據(jù) 壓縮與語音 處理 由于本系統(tǒng)需要存儲(chǔ)大量站點(diǎn)信息、廣告、提示語和相應(yīng)的語音信息。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與壓縮 在 GPS 自動(dòng)公交車報(bào)站器的系統(tǒng)中，識(shí)別車輛到達(dá)的 位置以及播報(bào)站名和顯示信息時(shí)，需要對播報(bào)點(diǎn)的語音編碼、文字信息、經(jīng)緯度坐標(biāo)、方向、運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行預(yù)存 儲(chǔ) 。 語音壓縮與處理 SPCE061A 單片機(jī)的性能適合數(shù)字語音處理，內(nèi)置 10位 ADC 和 10 位 DAC、內(nèi)置 MIC放大器和自動(dòng)增益功能 2個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器 CPU 時(shí)鐘最高達(dá) 49MHz， 16 位乘法器和內(nèi)積運(yùn)算，有能力執(zhí)行復(fù)雜壓縮算法，備運(yùn)算速度高的優(yōu)勢等。 凌陽常用的音頻形式和壓縮算法： 1． 波形編碼： subband 即 SACM_A2020。本方案采用該編碼方式。如：SACM_S240。 3． 混合編碼： CELP 即 SACM_S480。 除此之外 ,還具有 FM 音樂合成方式即 SACM_MS01。最后利用凌陽 ResWriter工具將其燒錄到 SPR4096 存儲(chǔ)單元中。 本系統(tǒng)采用的是 DM（ Dot Matrix） Tool工具。 DM Tool工具的主要功能如下： 1， 字符（漢字、 ASCII碼）導(dǎo)入； 2， 字符（漢字、 ASCII碼）編輯； 3， 單色 BMP圖像（小于或等于 240X240點(diǎn)）導(dǎo)入； 4， 單色 BMP圖像編輯； 5， 圖像、字符的字模數(shù)據(jù)生成； 6， 字模數(shù)據(jù)文件導(dǎo)出。如圖 所示 圖 Edit Window 進(jìn)行轉(zhuǎn)換的字模輸入完畢后，需要生成字模數(shù)據(jù)的文件，這是在字模數(shù)據(jù)生成窗口（ Edit and Export Cchart file）完成的。字模數(shù)據(jù)導(dǎo)出時(shí)，可以導(dǎo)出一個(gè) .C 文件和一個(gè) .h 的頭文件，用戶可以直接把這兩個(gè)文件加載到用戶的工程中，供漢字顯示、位圖顯示使用。對經(jīng)緯度值的預(yù)存可以使用存儲(chǔ)每次的增量值的辦法，這樣可使數(shù)據(jù)長度變短，但處理 起來要麻煩一些，并且可能產(chǎn)生誤差積累；另外一種方法就是存儲(chǔ)變換后的絕對經(jīng)緯度值，這樣雖然數(shù)據(jù)略長一些，但處理起來比較簡單。 GPS 提供的經(jīng)緯度為 1/10000 分，實(shí)際上它的最低位值，是不穩(wěn)定的，所以現(xiàn)只取到 1/1000 分。以 1/1000分為單位，經(jīng)度的最大值為 63 60 1000=3780000。經(jīng)緯度共需要 6 個(gè)字節(jié)即可。 第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與研究 在自動(dòng)報(bào)站 器 系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)之后，還需要配合設(shè)計(jì)完善的程序才能完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)的各項(xiàng)功能。 系統(tǒng)軟件部分主要是針對系統(tǒng)控制核心 SPCE061A 單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)，采用匯編語言和 C 語言兩種語言進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)，使用凌陽自行研發(fā)設(shè)計(jì)的 16 位單片機(jī)開發(fā)環(huán)境IDE，此工具支持 Windows 環(huán)境下操作，支持標(biāo)準(zhǔn) C 語言和匯編語言，集編譯、編程、鏈接、調(diào)試和仿真于一體，應(yīng)用方便簡單易學(xué)，同時(shí)還提供大量的編程函數(shù)庫，大大加快了軟件開發(fā)的進(jìn)程。 文件：此文件中包含有與鍵盤操作有關(guān)的函數(shù)，包括鍵盤初始化、掃描鍵盤與得到鍵盤程序。 文件：與 SPR4096 存儲(chǔ)器相關(guān)的操作函數(shù)，包括初始化，讀、寫、擦除操作等。在 FIQ_TimerA 中斷中調(diào)用語音播放服務(wù)函數(shù)完成，在 IRQ4_4KHz 中斷中調(diào)用 LED 點(diǎn)陣顯示函數(shù)驅(qū)動(dòng) LED 點(diǎn)陣顯示，在 IRQ5_2Hz 中斷中調(diào)用更新時(shí)間函數(shù)更新時(shí)間，在 IRQ5_4Hz 中斷中完成設(shè)置時(shí)間的閃爍效果，在 IRQ6_TMB 中斷中調(diào)用 128Hz 中斷完成鍵盤掃描作用， IRQ7 中斷中接收 GPS 的數(shù)據(jù)，并對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，如果判斷為進(jìn)行播報(bào)，則調(diào)用顯示程序和語音播放程序。 GPS 接收數(shù)據(jù)程序在 中， GPS 自動(dòng)報(bào)站程序在