【正文】 信息；用于預(yù)報未來幾個月內(nèi)衛(wèi)星 所處概略位置的預(yù)報星歷；用于計算定位時所需衛(wèi)星坐標(biāo)的 廣播 星歷，精度為幾米至幾十米（各個 衛(wèi)星 不同，隨時變化）；以及 GPS 系統(tǒng)信息 ，如衛(wèi)星狀況等。對 CA 碼測得的偽距稱為 CA 碼偽距，精度約為 20 米左右，對 P 碼測得的偽距稱為 P 碼偽距，精度約為 2 米左右。嚴(yán)格而言， 載波相位 應(yīng)被稱為載波拍頻相位，它是收到的受多普勒頻 移影響的 衛(wèi)星 信號載波相位與接收機本機振蕩產(chǎn)生信號相位之差。相位觀測值的精度高至毫米，但前提是解出 整周模糊度 ，因此只有在 相對定位 、并有一段連續(xù)觀測值時才能使用相位觀測值，而要達(dá)到優(yōu)于米級的定位 精度也只能采用相位觀測值 [17]。單點定位就是根據(jù)一臺接收機的觀測數(shù)據(jù)來確定接收機位置的方式，它只能采用 偽距 觀測量，可用于車船等的概略導(dǎo)航定位。 在 GPS 觀測量中包含了 衛(wèi)星 和接收機的 鐘差 、大氣 傳播 延遲、 多路徑效應(yīng) 等誤差，在定位計算時還要受到衛(wèi)星 廣播 星歷誤差的影響，在進(jìn)行 相對定位 時大部分公共誤差被 抵消或削弱，因此定位精度將大大提高， 雙頻接收機 可以根據(jù)兩個頻率的觀測量抵消大氣中電離層誤差的主要部分，在精度要求高，接收機間距離較遠(yuǎn)時（大氣有明顯差別），應(yīng)選用 雙頻接收機 。如圖所示，假設(shè) t 時刻在地面待測點上安置GPS 接收機，可以測定 GPS 信號到達(dá)接收機的時間 △ t，再加上接收機所接收到的 衛(wèi)星 星歷等其它數(shù)據(jù)可以確定以下四個方程式。 ⑵ 從導(dǎo)航電文中獲取計算位置所需的信息，這些信息應(yīng)該包括時鐘信息和星歷等數(shù)據(jù)。 ⑷ 計算偽距，并進(jìn)行電離層校正等。 ⑹ 進(jìn)行其他必要的校正，例如根據(jù)衛(wèi)星信號到達(dá) GPS 接收機的時間 ，校正地球旋轉(zhuǎn)所造成的衛(wèi)星位置的偏差。 ⑻ 加入閏秒和 UTC（標(biāo)準(zhǔn)世界時）時間補償計算當(dāng)前精確的時間。 GPS 特點 ⑴ 全球全天候定位 GPS 衛(wèi)星 的數(shù)目較多，且分布均勻，保證了 地球 上任何地方任何時間至少可以同時觀測到 4 顆 GPS 衛(wèi)星，確保實現(xiàn)全球全天候連續(xù)的導(dǎo)航定位服務(wù)（除打雷閃電不宜觀測外）。在 3001500m 工程精密定位中， 1 小時以上觀測時解其平面位置誤差小于 1mm，與 ME5000 電磁波測距儀測定的邊長比較，其邊長較差最大為 ，校差中誤差為 。 靜態(tài) 相對定位 ： 50km 之內(nèi)誤差為幾 mm+(1~2ppm*D)； 50km 以上可達(dá) ~。 實時相位差分 (RTK)：精度達(dá) 1~2cm。 因而使用 GPS 技術(shù)建立控制網(wǎng)，可以大大提高作業(yè)效率。這一優(yōu)點既可大大減少測量工作的經(jīng)費和時間（一般造標(biāo)費用約占總經(jīng)費的 30%～ 50%），同時也使選點工作變得非常靈活，也可省去經(jīng)典測量中的傳算點、過渡點的測量工作。在觀測中測量員只需安置儀器，連接電纜線，量取天線高，監(jiān)視儀器的工作狀態(tài)，而其它觀測工作，如 衛(wèi)星 的捕獲，跟蹤觀測和記錄等均由儀器自動完成。 如果在一個測站上需作長時間的連續(xù)觀測，還可以通過 數(shù)據(jù)通訊 方式，將所采集的 數(shù)據(jù)傳送 到數(shù)據(jù)處理中心，實現(xiàn)全自動化的 數(shù)據(jù)采集與處理 。 ⑹ 可提供全球統(tǒng)一的三維地心坐標(biāo) GPS 測量可同時精確測定測站平面位置和大地高程。 ⑺ 應(yīng)用廣泛 總方案的設(shè)計 本次設(shè)計要求通過單片機控制 GPS 器件實現(xiàn)定位信息顯示功能。該 GPS定位信息顯示系統(tǒng)硬件部分主要由以下幾個部分組成： ⑴ 接收部分：以 GPS 接收模塊為核心的 GPS 接收機； ⑵ 控制電路：由 52 單片機 為微處理器控制 GPS 信號； ⑶ 顯示部分： 12864LCD 液晶顯示模塊； ⑷ 電源電路部分 :用以提供系統(tǒng)工作時所必須的電壓。利用其串行接口接收 GPS 接收模塊輸出的數(shù)據(jù)，并將接收到的數(shù)據(jù)經(jīng)過篩選和處理后發(fā)送到 12864 液晶顯示器上顯示。 GPS 接收模塊主要由變頻器、信號通 道、存儲器、中央處理器和輸入輸出接口構(gòu)成。 單片機控制程序：編寫程序，實現(xiàn)單片機控制系統(tǒng)的初始化，控制 GPS 器件完成數(shù)據(jù)的采集，進(jìn)行相應(yīng)的信號處理，并通過單片機接口輸出至液晶顯示模塊顯示必要的數(shù)據(jù)。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 9 頁 共 50 頁 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖 課題要求研制的 GPS 接收機要具有接受、處理、顯示信息的功能。由于單片機集成度高，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，同時技術(shù)成熟，處理器部分使用單片機實現(xiàn)。如圖 所示： 圖 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖 按照上面的 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖制作硬件電路，基本上能夠?qū)崿F(xiàn)我們想要達(dá)到的任務(wù)，硬件的核心控制任務(wù)是由單片機完成的，單片機的采用使硬件電路設(shè)計大大簡化； GPS 模塊完成數(shù)據(jù)信息的采集，通過室外天線，將信息、數(shù)據(jù)傳達(dá)到 GPS 模塊， GPS 模塊接收到衛(wèi)星信號后，通過全球系統(tǒng)導(dǎo)航，計算、定位和確定時間信息，通過串口移植到 STC89C52 單片機。電源部分是為單片機提供能使其正常工作的電壓，電壓值為 +5V；晶 振電路、復(fù)位電路和單片機組成單片機的最小系統(tǒng)，是整個系統(tǒng)工作的最主要動力。 GPS 接收機基本原理 接收機主機主要由變頻器、信號通道、微處理器、存儲器及顯示器組成，基本結(jié)構(gòu)如下圖 ： 單片機模塊 GPS 模塊 電 源模塊 液晶顯示模塊 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 10 頁 共 50 頁 圖 GPS 接收機原理圖 單片機最小系統(tǒng) 一個最小的單片機應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)包括單片機、復(fù)位電路和振蕩電路三個部分，其中，單片機是系統(tǒng)的核心部件，復(fù)位電路給單片機提供 復(fù)位信號以供單片機進(jìn)行完整的復(fù)位操作，振蕩電路則為單片機提供工作所必需的振蕩源。盡管它的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個完整計算機所需要的大部分部件： CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會具有外存。而現(xiàn)在最強大的單片機系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。 在本設(shè)計中，最小系 統(tǒng)應(yīng)該包括：單片機、晶振電路、復(fù)位電路等。它的速度就是單片機的工作速率。并在晶振的兩個引腳處接入兩個 10pF50pF 的瓷片電容接地來消減諧波對電路的穩(wěn)定性的影響。如果 RST 持續(xù)高電平，單片機就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。 LCD12864 顯示電路 帶中文字庫的 128X64 是一種具有 4 位 /8 位并行、 2 線或 3 線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標(biāo)一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為 12864, 內(nèi)置8192 個 16*16 點漢字，和 128 個 16*8 點 ASCII 字符集?？梢燥@示 84 行 1616 點陣的漢 字 也可完成圖形顯 示。根據(jù)寫入內(nèi)容的不同，可分別在液晶屏上顯示 CGROM（中文字庫）、 HCGROM（ ASCII 碼字庫）及CGRAM（自定義字形）的內(nèi)容。字符顯示 RAM 在液晶模塊GPS 天線 前置放大器 電源 頻率放 大 頻率綜合 基準(zhǔn)頻率 信號解擴調(diào)頻 C/A 碼 發(fā)生 器 P 碼 發(fā)生器 D(t) 偽碼測量 載波相位測量 存儲器 CPU 顯示器 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 11 頁 共 50 頁 中的地址 80H～ 9FH。由該模塊構(gòu) 成的液晶顯示方案與同類型的圖形點陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價格也略低于相同點陣的圖形液晶模塊。 基本特性： (1)低電源電壓：（ VDD:+~+）。 (3)內(nèi)置漢字字庫，提供 8192 個 1616 點陣漢字 (簡繁體可選 )。 (5)2MHZ 時鐘頻率。 (7)驅(qū)動式： 1/32DUTY， 1/5BIAS。 (9)背光方式：側(cè)部 亮白色 LED，功耗僅為普通 LED 的 1/5~1/10。 (11)內(nèi)置 DC 轉(zhuǎn)換電路，無需外加負(fù)壓。 (13)工作溫度： 0℃ ~+55℃ ；存儲溫度： 20℃ ~+60℃ 。 *注釋 2:模塊內(nèi)部接有上電復(fù)位電路，因此在不需要經(jīng)常復(fù)位的場合可將該端懸空。 GPS 接收模塊 GPS 接收模塊是接收機的關(guān)鍵部分，而且型號很多，功能各異，一般組成結(jié)構(gòu)主要由低噪聲下變 頻器、并行信號通道、 CPU、存儲器等組成。在獲取了衛(wèi)星的位置信息和測算出衛(wèi)星信號傳播時間之后，即可計算出天線的位置。 圖 GPS 模塊實物 上圖為 GPS 模塊電路， TXD 腳和 RXD 腳分別為串口接收和發(fā)送腳， GPS 衛(wèi)星接收下來的數(shù)據(jù)就 是通過腳輸出的，我們到時候也是從這兩個腳來解析數(shù)據(jù)，獲得地理信息。發(fā)光管 D1 為 GPS 模塊的電源指示燈，通電常亮。低噪聲下變頻器 前置放大 本 振 并 行信號通道 CPU I/O 端口 RAM ROM 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 14 頁 共 50 頁 由于 GPS 模塊從衛(wèi)星上收到的數(shù)據(jù)量很大，他要進(jìn)行大量計算操作，因此，一些數(shù)據(jù)要進(jìn)行保存，所以我們得給模塊提供電源，電源電壓為 5V,和單片機供電電壓一樣，為 GPS 模塊提供能夠工作的電量。最左上腳連接天線，外置的天線長達(dá) 4 米，可以讓使用者在室內(nèi)進(jìn)行試驗，把天線拖在窗外即 可接收。ttff （時間先定）熱起動 1S 的（ 50 % ， 130dbm ，自動的）的熱啟動，暖啟動 30s，冷啟動 :33s。動態(tài)條件 海拔高度 萬米（ 60,000 英尺） 。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 15 頁 共 50 頁 4. 系統(tǒng)軟件設(shè)計 數(shù)據(jù)格式和輸入輸出語句 NMEA01831 格式 也就 是美國國家 的 海洋電子協(xié)會（ National Marine Electronics Association ）為海用電子設(shè)備 所 制定的 一套 標(biāo)準(zhǔn)格式。目前廣泛采用的 版本 是 版本。 這個 協(xié)議是為了 將不同的 GPS 導(dǎo)航設(shè)備建立成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)RTCM 標(biāo)準(zhǔn)。目前， GPS 導(dǎo)航設(shè)備已使用統(tǒng)一的 RTCM 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。 它的 串口通信參數(shù) 值默認(rèn) 為：數(shù)據(jù)位 =8bit, 波特率=9600bps； 開始位 =1bit,沒有 奇偶校驗位。 ㈠ 輸入語句 NMEA0183 輸入語句是指 GPS 接收模塊可以接收的的語句。這些語句是 GPS 接收機可以接收的語句。 ㈡ 輸出語句 SiRF StarII 的輸出語句有十余種 ,其主要語句有 GPALM（歷書數(shù)據(jù)）、 GPGGA(GPS 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù) ,定位數(shù)據(jù) )、 GPGSV（衛(wèi)星狀態(tài)）、 GPGSA、 GPRMC、 GPVTG、 PGRME、 PGRMF、 PGRMT、 PGRMV（ GARMIN 定義的語句 ,3D 速度信息）、 LCGLL、 LCVTG（ NMEA 標(biāo)準(zhǔn)語句）等。 （ 2）可視衛(wèi)星狀態(tài)輸出語句（ GPGSV），其結(jié)構(gòu)為： $GPGSV,1,2,3,4,5,6,7,...,4,5,6,7*8CRLF 1總的 GSV 語句電文數(shù)； 2當(dāng)前 GSV 語句號； 3可視衛(wèi)星總數(shù)， 00 至 12； 4衛(wèi)星編號， 01 至 32； 5衛(wèi)星仰角， 00 至 90 度； 6衛(wèi)星方位角， 000 至 359 度 ,實際值； 7信噪比（ C/No）， 00 至 99dB；無表未接收到訊號； 8校驗和。 $GPRMC 語句數(shù)據(jù)區(qū)的內(nèi)容為： 1定位點的協(xié)調(diào)世界時間（ UTC）， hhmmss（時分秒）格式； 2定位狀態(tài)， A＝有效定位， V＝無效定位； 3定位點緯度， （度分）格式； 4緯度半球， N（北半球）或 S（南半球）； 5定位點經(jīng)度， （度分）格式 。 GPS 定位系統(tǒng)軟件開發(fā)環(huán)境 ㈠ 8051 開發(fā)工具 Keil uVision2是美國 Keil Software公司出品的 51系列兼容單片機 C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，使用接近于傳統(tǒng) C 語言的語法來開發(fā)，與匯編相比， C 語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上 有明顯的優(yōu)勢，它還能嵌入?yún)R編，您可以在關(guān)鍵的位置嵌入。 C51 編譯器功能的不斷增強，使我們可以更加貼近 CPU 本身及其他的衍生品。 uVision2 IDE 可為它們提供單一而靈活的開發(fā)環(huán)境。 ㈡ uVision2 集成開發(fā)環(huán)境 ⑴ 項目管理 工程（ project）是由源文件、開發(fā)工具選項以及編程說明三部分組成的。產(chǎn)生目標(biāo)程序的源文件構(gòu)成 “組 ”。 uVision2 包含一個器件數(shù)據(jù)庫 (device database)，可以自動設(shè)置匯編器、編譯器、連接定位器及調(diào)試器選項，來滿足用戶充分利用特定 微控制器的要求。uVision2 可以為片外存儲器產(chǎn)生必要的連接選項：確定起始地址和規(guī)模。集成源極瀏覽器利用符號數(shù)據(jù)庫使用戶可以快速瀏覽