GPS定位专业系统设计.docx

本科毕业设计论文

题目：基于GPS和GPRS远程定位系统设计和实现

作者姓名
指导老师
专业班级 自动化1003
学 院 信息工程学院

提交日期 6月9日

浙江工业大学本科毕业设计论文

基于GPS和GPRS远程定位系统设计和实现

作者姓名：
指导老师： 教授

浙江工业大学信息工程学院
6月

Dissertation Submitted to Zhejiang University of Technology
for the Degree of Bachelor

Design and Implementation of GPS- and GPRS- Based Positioning Systems

Student: Pan Wenxiang
Advisor: Yu Li

College of Information Engineering
Zhejiang University of Technology
June

浙 江 工 业 大 学
毕业设计（论文）任务书

专 业 自动化 班 级 自动化1003 学生姓名 潘文祥

一．设计（论文）题目： 基于GPS和GPRS远程定位系统设计和实现

二．原始资料：1.李艳晴等,《基于GPRS/GPS车辆监控系统设计》，微计算机信息，第4期。 2.钟章队. GPRS通用分组无线业务. 人民邮电出版社, 。 3. 李宁编著。《基于MDKSTM32处理器开发应用》，北京航空航天大学出版社。4. 邵世祥，林 刚，戴美泰 GSM移动通信网络优化 北京：人民邮电出版社 5. 李 龙,李广侠,朱德生 基于GSM短消息平台数据传输及其在物流管理中应用《军事通信技术》.1
三．设计（论文）要求： 1. 分析整个电路工作原理，2. 控制电路设计，
3. 编写控制程序和实现，4. 电路、程序调试分析
四．毕业设计（论文）内容：
1设计（论文）说明书（依据纲领要求） 万字论文
2 设计（论文）图纸 电路原理图，电路仿真图，程序步骤图

五．毕业设计（论文）工作期限：
任务书发给日期 年 12 月 12 日
设计（论文）工作自 年 12 月 12日 至 年 6 月 2 日
设计（论文）指导老师

系主任
主管院长

基于GPS和GPRS远程定位系统设计和实现
摘 要
本文以“基于GPS和GPRS远程定位系统设计和实现”为关键内容，利用U_blox企业U_blox Neo 6M GPS芯片和含有GPRS通信功效SIM300芯片，和STC系列STC12C5A60S2单片机，制作一个GPS数据接收和发送定位终端。文章给出了系统总体设计方案和控制终端设计方法及开发步骤。
首先叙述相关理论知识，关键包含：研究背景，研究现实状况，GPS定位原理、GPS组成部分、GPS技术特点等。从该定位系统功效和结构出发，6分析比较多种设计方案，最终选定最适宜设计方案。在系统设计分析基础上，对所需硬件模块选择作简单介绍和分析。
然后从系统硬件电路设计、软件功效设计、和软件硬件相结合调试等方面进行分析和说明。硬件电路设计关键包含：单片机电路设计、串口连接电路设计、电源模块设计、LED显示、SIM300电路设计和GPS模块电路设计。关键经过C语言来进行软件编写。软件程序关键包含：单片机、SIM300、GPS等模块初始化程序、LED显示程序和主控程序。
最终叙述了系统测试过程，并给出测试过程中所碰到问题处理方案。

关键词：GPS，GPRS，单片机，远程，定位系统

Design and Implementation of GPS- and GPRS- Based Positioning Systems
ABSTRACT
The main content of this thesis is the topic of design and implementation of GPS- and GPRS- based positioning systems. Using the U_blox Neo 6M GPS module which from the U_blox Company, the SIM300 module which has the function of GPRS, the STC12 to design a GPS receiver. And this thesis will describe all the plane of the remote position systems design.
Firstly this thesis describes the research relevant theoretical knowledge which included background, present situation, theories of GPS and the feature of GPS. Comparing the idea of every design which from the function and the structure of the position systems .Then selecting the most suitable plane from the whole. In the system design based on the analysis, will briefly introduce and analyses of selecting hardware module.
Then analysis from the part of systems hardware design, software design, as well as a combination of software and hardware debugging. Hardware circuit design includes: Microcontroller circuit design; serial connection circuit design; Power module circuit design; LCD display; SIM300 circuit design; GPS module circuit design. The function of software design mainly uses the C language. Software design includes: MCU, SIM300, GPS, etc. of each module initialization design, LED display program, and the main design.
Finally, describes the testing of the system and solutions which encountered during the testing.

Key Words: GPS, GPRS, MCU, Remote, Positioning Systems

目 录
摘要 I
ABSTRACT II
第1章 绪论 1
1.1 课题研究背景及研究意义 1
1.1.1 研究背景 1
1.1.2 研究意义 1
1.2 中国外发展情况 2
1.2.1 中国发展情况 2
1.2.2 国外发展情况 3
1.3 本课题研究内容 3
1.4 文章整体结构 4
1.5 本章小结 5
第2章 定位系统相关技术 6
2.1. 美国GPS定位系统 6
2.1.1 GPS系统组成 6
2.1.2 GPS技术特点 8
2.1.3 GPS定位原理 8
2.2 四大系统比较 10
2.3 GPS定位系统相对优势 11
2.4 GPS定位系统通信协议——NMEA-0183 11
2.4.1 NMEA-0183通讯协议硬件接口 12
2.4.2 NMEA-0183语句解析 12
2.5 GPRS技术介绍 13
2.6 本章小结 13
第3章 系统总体设计 14
3.1 系统功效和组成 14
3.2 系统设计方案选择 14
3.3 该系统定位终端硬件模块选择 15
3.3.1 主控制模块 15
3.3.2 定位模块 16
3.3.3 SIM300通信模块 16
3.3.4 LCD液晶显示器 17
3.4 本章小结 17
第4章 系统硬件设计 18
4.1 定位系统总体硬件结构 18
4.2 单片机控制模块设计 18
4.3 GPS接收模块设计 19
4.4 SIM300模块设计 20
4.4.1 产品概念 20
4.4.2 SIM卡接口及电路设计 20
4.4.3 SIM300模块电路设计 21
4.5 电源模块设计 22
4.6 串口设计模块 23
4.7 LCD液晶模块设计 24
4.8 本章小结 24
第5章 系统软件设计 25
5.1 MCU控制模块关键功效及步骤设计 25
5.2 GPS模块关键功效及步骤设计 26
5.2.1 GPRMC数据详解 27
5.2.2 软件功效设计 27
5.3 SIM300模块关键功效和设计 28
5.4 LCD显示模块功效和设计 30
5.5 串口操作模块设计 30
5.6 本章小结 33
第6章 系统测试过程 34
6.1 系统测试软件介绍 34
6.2 模块联合测试 36
6.3 本章小结 38
第7章 总结和展望 39
7.1 总结 39
7.2 展望 39
参考文件 40
附录 42
致谢 45

第1章 绪 论
1.1 课题研究背景及研究意义
曾经风靡全球定位系统[1]（Global Positioning System）,缩写GPS。现在定位技术发展相当成熟年代，GPS定位技术[2]仍然是一块不朽丰碑，其研究意义仍然含有代表性。对GPS定位系统不停研究能够使定位系统不停向小型化，智能化和多功效化发展。
1.1.1 研究背景
信息革命时代，高精度卫星导航定位技术[3]发展快速，应用范围愈来愈广。GPS定位系统能够比比方成一个在太空中设置无线导航台，该系统是由24颗定位卫星组成[4]，不管在什么时候，全部可为地球上多种用户确定其所在地地理位置经纬度和海拔高度等数据信息。
全球卫星定位系统，即一个按对应分布原理分布在地球上空24颗卫星组成卫星系统。这么卫星系统，确保了在地球上任何一个地面位置上在同一时刻全部能够同时检测到4颗或4颗以上卫星,从而确保卫星能够正确采集到该观察点经度、纬度、高度、速度等信息,快速实现卫星导航、定位、授时等功效[5]。还可用于飞机、船舶、车辆和个人导航，按指定路线正确抵达目标地。有效降低了用户为了寻求目标地而付出资源浪费，从一定程度上提升了作业效率、科学水平和大家生活质量[2]。
1.1.2 研究意义
课题研究基于GPS和GPRS定位系统应用领域相当广泛，基于不一样领域全部是有其相适应研究意义，下面简单介绍一下课题研究几点意义：
Ø 车船防盗系统：GPS定位技术能够应用于汽车、轮船等交通设备防盗系统[6]。安装该防盗系统终端在汽车、船只等设备上面，该终端能够自由获取GPS定位信息，在该设备被盗情况下就能够向终端发送定位请求，这么就能够经过接收到由终端传来GPS定位信息，寻求丢失车辆和船只等。
Ø 导航系统：凭借GPS定位系统含有全球、全天候工作、高精度定位、观察时间短等特点，在海上作业、陆路运输、野外勘测等其它行业全部负担着导航定位重担。
Ø 其它领域：除了防盗系统，导航定位系统在其它领域也一样饰演者关键角色。比如，该定位系统为游客们在出门旅游时也提供了相当便捷和安全。在测绘领域也大有作为[7]，为工程师们提供便捷服务。
Ø 市场价值：伴随互联网技术[8]不停发展，大家对高品质生活质量不停提升，高精度定位电子产品和相关技术将不停应用在大家日常生活必需产品中。伴随相关电子产品（比如：智能手机）普及，该技术也将拥有巨大市场价值。
1.2 中国外发展情况
美国GPS：GPS是由美国国防部在1970年代初开始设计和研发，直到1993年才基础全部建成[9]。美国政府在1994年宣告在未来内会无偿向世界各国提供GPS使用权限，因为军事原因，美国也只会提供精度相对较低定位信息[10]。这么定位系统也等价于为美国设计了一个退路，假如发生了军事战争，美国军方为了自己安全，完全能够关闭对该地域使用权。GPS导航定位技术研究，中国外水平全部是参差不齐,下面简单从中国、国外两个方面进行介绍。
1.2.1 中国发展情况
中国卫星定位技术相对于部分发达国家来说起步较晚，从上个世纪八十年代早期才开始从国外引进卫星导航技术，但中国卫星定位技术发展却很快速。现基础已经处于国际领先水平。早期时候，我们引进定位技术关键用于工程测量，石油勘测等大型项目上面[11]。在80年代末期时候中国又再次引进GPS定位技术，并开始自己研发基于GPS定位系统，该技术还只是作用于小部分部分产业，不过带来相当可观经济效益。到上个世纪末期，中国就开始研发属于中国人自己卫星定位系统，并在6月份，已经成功发射了覆盖整个亚洲3个同时卫星，该定位卫星关键用于国家安全领域，还没有发展到民用领域。这三颗卫星就标着属于中国人自己卫星定位系统诞生，“北斗”导航系统[12]诞生。
发展中国自己导航定位系统，10月31日和同年12月21日，中国成功发射了两颗北斗一号卫星，由这两颗北斗卫星组成独特“双星有源定位系统”。第三颗北斗卫星成功发射和5月25日。它是北斗导航定位系统备用卫星，这三颗卫星组成了含有中国自主知识产权第一代卫星导航系统。
1.2.2 国外发展情况
世界上第一个实用卫星导航系统,是美国研制子午仪(Transit)卫星导航系统,又称为海军导航卫星系统(Navy Nva1gation Satellite System[13]),于1964年正式投入使用,关键为美国海军服务,子午仪系统有4-6颗卫星组成导航卫星网[14]。卫星轨道是近似圆形极轨道,每个轨道上有一颗卫星,卫星沿南北方向运行,轨道高约1100公里,卫星绕地球一周运行周期约为107分钟,子午仪系统能在全球范围内,全天候实现二维(经度、纬度)定位,航行定位精度0.1-0.3海里,缺点是不能连续定位,一次定位时间又较长,且不能确定用户位置高度,所以限制了飞机等用户使用。
为愈加好地为军方和人民提供高质量定位信息，最终美国决定于1973年开始研制一个新型卫星定位系统[15]，而且命名为全球定位系统( Global Positioning System)，简称GPS。1978年以后,部分北大西洋组织国家和澳大利亚也参与了GPS计划，并于1993年全部建成[16]。
为不受美国限制，1999年欧洲空间局提出并计划，准备发射30颗卫星，为满足欧洲海陆空导航系统等作用定位系统，该系统就组成“伽利略”卫星定位系统[17]。
日本研究了一个区域性卫星导航和气象导航双重功效导航系统[18]。该系统用两颗同时卫星：一颗是通信卫星，保持飞机或船舰和地面站通信联络；另一颗是气象卫星，用户及地面站可接收其信号，用来帮助选择最好航线。经过两颗卫星发出信号应答，可实现正确定位。
1.3 本课题研究内容
一款定位系统终端性能设计关键决定于GPS定位芯片选择，和主控中心器材性能选择。现在大部分定位终端设计基础全部是基于嵌入式方案实现。对于本课题研究，为了降低开发成本，关键是采取一款传统51内核STC12单片机作为控制芯片。采取这么STC12单片机不仅克服了使用一般单片机功效单一，资源分配不合理，或避免使用更高端单片机资源浪费，从而能够降低成本和节省资源，还能够使系统资源得到合理优化。本课题研究内容：设计时GPS定位系统采取是STC12C5A60S单片机作为主控器，U_Blox Neo 6M作为定位信息接收模块，SIM300作为通信模块芯片，这么搭配节省了成本缩短了开发周期。实现功效是经过U_Blox接收GPS定位信息，单片机经过串口接收而且处理来自GPS信息数据，处理好数据然后经过单片机另一个串口发送给SIM300模块，该模块就能够将接收到定位数据以短信形式发送给手机。这么就实现了定位及定位信息发送功效。
1.4 文章整体结构
本文共分为7章，各章关键内容以下：
第1章：绪论。关键介绍课题研究背景和研究意义，中国外发展情况和应用现实状况，和论文所需要完成关键内容和文章整个组织结构。
第2章：定位系统相关技术介绍。本章是论文第一个关键，关键是全方位介绍和定位系统相关技术，简单分析了现在最流行GPS卫星定位系统相关定位技术，分别从多个方面对这四个定位系统作简单比较分析，完成份析过后然后再列出课题选择GPS定位系统相对优势。章节最终对GPS定位系统通信协议进行介绍和学习。
第3章：系统总体设计。对第2章GPS定位系统展开全方位介绍，本章将继续围绕课题第2个关键：定位系统总体设计框架和思绪。了解系统需求，基于系统设计标准对系统整体结构进行具体说明。这一章从系统功效、系统组成部分、系统设计方案选择及定位终端硬件模块选择这四个方面为突破口进行突破。
第4章：系统硬件设计。充足了解系统功效及组成部分后，本章关键叙述了定位终端硬件设计和实现过程。这一章关键从系统终端总体硬件结构图、单片机控制模块选材和电路设计、GPS接收模块选材和电路设计、SIM300模块选材和电路设计、电源模块设计、串口模块设计、LCD显示模块设计等，全方面介绍定位终端硬件结构设计。
第5章：系统软件设计。基于硬件电路设计基础上，下面关键任务就是经过单片机编写主控制程序。主控制程序编写设计模块分别从定位系统总体软件结构设计、MCU控制模块关键功效及步骤设计、GPS模块关键功效及步骤设计、SIM300模块关键功效和设计、LCD显示模块功效和设计、串口操作模块设计来进行主控程序说明和实现。
第6章：系统测试过程。整个系统设计和和最终调试全部是关键步骤。调试和测试在整个系统设计过程中占有很大比重，只有在不停调试当中才会发觉错误并立即修改程序以达成最好效果。此次调试分为硬件和软件调试两大部分。
第7章：此次毕业设计工作总结、不足之处和以后继续研究问题。
1.5 本章小结
本章关键围绕着设计课题研究背景和意义，中国外发展现实状况，论文整体结构和各章节所包含内容，为后续章节完成打下良好基础。
第2章 定位系统相关技术
2.1. 美国GPS定位系统
GPS全球定位系统（Global Position System），美国国防部在上个世纪70年代制订研究计划，该计划耗资200多亿美元且历时20年，于1994年正式完成了该计划。也就是宣告了一个含有在海陆空全部能全方位、全天候、高效进行定位导航空间卫星系统诞生。该定位系统不是凭空而建，而是基于美国当初军方使用海军导航卫星系统(Navy Nva1gation Satellite System)又重新研制愈加全方位定位卫星系统。根据现在GPS定位系统数据资料显示，该定位系统在地球上空0公里空间分布了24颗定位卫星。这24颗卫星群还包含了3颗备用卫星，它们全部是绕组地球以近似圆形轨道运行，24颗定位卫星平均分布在6个空间轨道上面，每个轨道倾角大约为55度，每颗卫星运行周期大约为11小时58分钟。这24颗卫星分布准则是确保我们在地球上面任何地方全部能够同时观察到4颗或4颗以上定时卫星，这么才能确保定位正确性、全方位及全天候性。伴随GPS定位系统日益完善，互联网技术日益普及，应用领域也不停扩大，成为大家日常生活中不可或缺技术。
2.1.1 GPS系统组成
GPS系统由三个部分组成：空间组成部分、地面监控部分、GPS接收用户部分。下面简单从这三个部分作简明说明。
（1）空间组成部分：这部分即是由空间分布24颗卫星群组成，通常记为（21+3）GPS卫星群。24颗卫星群还包含了3颗备用卫星，它们全部是绕组地球以近似圆形轨道运行，24颗定位卫星平均分布在6个空间轨道上面，每个空间轨道倾角大约为55度左右，每颗卫星运行周期大约为11小时58分钟。站在地球表面周围观察者,每次大约时隔4分钟就会见到同一颗定位卫星。处于地球表面以上可观察到卫星数量会伴随时间或地点不一样而不尽相同,不过最少可观察到4颗,最多甚至可到11颗卫星。3颗备用卫星，会在卫星发生故障时候，依据指挥部指令和发生故障卫星进行替换,这就为GPS空间部分能够正常高效工作提供了有力保障。
（2）地面监控部分：GPS工作卫星地面监控系统关键由主控站、注入站和监测站组成。GPS地面监控站关键由一个主控站、三个注入站和五个监测站[19]组成，具体图2-1所表示。主控站关键是管理、协调地面监控系统各部分工作，采集各监测站数据信息，编制导航电文数据，并送往注入站。注入站再将卫星星历注入GPS卫星，监控该卫星运行状态，并向该卫星发送控制指令信息；卫星维护和异常情况处理。主控站依据各监测站对GPS卫星观察数据，计算各卫星轨道参数、钟差参数等，并将这些数据编制成导航电文，传送到注入站，再由注入站将主控站发来导航电文注入到对应卫星存放器中去。假如某地面站发生故障，那么在卫星中预存导航信息还可用一段时间，不过导航精度会降低。

图2-1 GPS地面监控中心
（3）GPS接收用户部分：即GPS 信号接收机。其关键功效是能够捕捉到按一定卫星截止角所选择待测卫星，并跟踪这些卫星运行。当接收机捕捉到跟踪卫星信号后，就可测量出接收天线至卫星伪距离和距离改变率,解调出卫星轨道参数等数据。依据这些数据，接收机中微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算，计算出用户所在地理位置经纬度、高度、速度、时间等信息。接收机硬件和机内软件和GPS 数据后处理软件包组成完整GPS 用户设备。GPS 接收机结构分为天线单元和接收单元两部分。接收机通常采取机内和机外两种直流电源。设置机内电源目标在于更换外电源时不中止连续观察。在用机外电源时机内电池自动充电。关机后，机内电池为RAM存放器供电，以预防数据丢失。现在多种类型接收机体积越来越小，重量越来越轻，便于野外观察使用[20]。
2.1.2 GPS技术特点
（1）定轨精度：由美国大陆基地和美国海外军事基地上5个监测中心观察数据计算得到广播星历。但因检测中心数量少,故该系统卫星定轨精度不高。这么计算卫星定位位置切向误差范围±5m；径向误差范围±3m；法向误差范围±3m。除了广播星历，美国国防制图局依据全球20多个卫星跟踪站观察资料计算还有一套精密星历，因检测中心数量多且分布范围广，故该定轨精度较5个检测中心道德数据高出一个数量级。由国际GPS地球动力学服务组织(IGS)所测算预报精密星历比美国军方测定精密星历精度要高得多,卫星位置精度可达±3厘米[21]。
（2）信号分量：GPS信号包含了三种信号分量，即载波、测距码和数据码。这些信号分量全部是在同一个基础频率F0=10.23MHz控制下产生。每个GPS卫星在两个频率波段上公布独立信号。GPS卫星测距和数据码是采取调相技术调制到载波上，即在两个波段(L1=1575.42MHz和L2=1227.6MHz)载波信号中[22]。C/A码是一个短码，用于跟踪、锁定测量伪随机码，码率为1.023Mb/s，波长约为300米，周期为1Ms。P码是GPS精测码，码率10.23Mb/s。
（3）定位精度：利用伪随机码信号单机测量，理论上根据现在测距码对齐精度约为测距码波长1/l00计算，C/A码测距精度约为±3m；而P码测距精度约为±0.3m。消除公共误差提升定位精度，可利用2台以上载波相位GPS定位仪实施联测定位，对于载波信号单频机相对定位精度可达：±(5mm+2ppm ×D)其中D为两台仪器相对距离；对于载波信号双频机，它能有效消除电离层延时误差，其相对定位精度可达：±( 1mm+1ppm×D )[23]。
2.1.3 GPS定位原理
（1）单点动态定位：就是将一个GPS用户接收机放在一个运动着载体上，而且该载体能够自动地测得自己动态实时位置，然后就经过这些实时位置取得数据处理得到运动载体具体运行轨迹。该定位原理又称为“绝对动态定位”。
单点动态定位基础方程（2-1）。
(2-1)
式中，Xu、Yu、Zu为动态用户组在Tk时刻瞬态位置情况；式中Xj、Yj、Zj也是描述第j颗GPS卫星在其运行轨迹上瞬时位置坐标，这些坐标可依据星历计算而得到。ρj’为GPS信号接收机接收天线和第j颗GPS定位卫星之间距离，又称为“星站距离”。d是卫星距离偏差，是由GPS信号接收机时钟误差及其它误差原因所造成距离偏差。
利用（2-1）计算用户位置时，不能直接计算出它们三维坐标，而是只求出了每个坐标分量修正量，即假设用户初始三维坐标值为（Xu0,Yu0,Zu0），而计算出三维坐标更正值则为△Xu,△Yu,△Zu和距离偏差d。然后对（2-1）式中Xu，Yu，Zu分别微分处理，便可得出一组线性方程（2-2）:
(2-2)
其中，矩阵为
(2-3)
ρj’为对应于第j颗GPS卫星伪距观察值。
利用式（2-3）计算运动载体实时点位坐标时，因以后面每一个点位初坐标全部能够依据前一个点位坐标来进行设定，所以关键是要确定第一个点位坐标初始值，才能正确求第一个点位三维坐标。
（2）实时差分动态定位：就是将一个GPS用户接收机放在一个运动着载体上，而且将另一台GPS接收机放在一个基准站之间，这么协作测量该运动载体实时位置，然后就经过这些实时位置取得数据处理得到运动载体具体运行轨迹，故差分动态定位原理又称为“相对动态定位”。
所谓实时差分动态定位（DGPS），就是用两台接收机在两个测站上同时测量来自相同GPS卫星导航定位信号，用以联合测得动态用户精密位置。其中一个检测站坐标信息是已知，基准接收机就是设在该基准点GPS信号接收机。动态接收机，即GPS信号接收机安设在运动载体上，基准接收机和动态接收机同时测量来自相同GPS卫星定位信号。利用基准接收机所测得三维位置信息并和该点已知三维位置信息进行比较，便可得到该GPS定位三维坐标信息更正值。立即将GPS三维坐标信息更正值发送给其它用户动态接收机组，立即更正后面所检测实时坐标位置信息，这就被称为实时差分动态定位。图2-2为实时差分动态定位[24]原理框图。

图2-2 差分动态定位原理框图
（3）后处理差分动态定位[25]：后处理差分动态定位和实时差分动态定位关键差异在于：在运动载体和基准站之间，无须像实时动态定位那样要建立实时数据传输，而该定位原理则是在定位检测以后才对动态接收机和基准接收机所采集定位信息进行测后处理，而测出接收机所在载体在对应时刻位置坐标信息。
2.2 四大系统比较
伴随世界上面全球定位不停发展和应用不停更新，现在卫星导航技术比过去无线电导航技术、天文导航技术等传统技术愈加优异和正确，现在已经成为一个普遍导航技术，而且应用于很多领域。至于上面所提到四种卫星定位系统，现在使用最广也就是美国GPS全球定位系统，在GPS刚刚完成计划早期，美国军方全部不会直接把GPS正确地定位信息共享出来够大家使用，而是被美国军方在其基础上施加了一个干扰信号，使得除了美军自己以外全部用户只能得到定位精度在100m，授时精度340ns服务。伴随后面俄罗斯格鲁纳斯和欧洲伽利略这两个导航定位系统建立和开启服务，使得控制GPS定位系统美国军方压力很大，最终决定于5月全方面撤销对GPS人为干扰，这使得GPS定位精度提升到20m，授时精度提升到了40ns，而且承诺会加紧对GPS完善，还会增加两个民用频率。尽管俄罗斯格鲁纳斯定位系统没有像美军一样人为加部分干扰信号，不过因为俄罗斯当初政府经济处于一片萧条状态，这一经济情况造成了俄罗斯无法立即更新部分已经快到服务年限定位卫星，因为卫星得不到立即更新和替换，造成了格鲁纳斯定位精度也一直处于老状态，没有得到巨大提升。所以，格鲁纳斯想在由GPS统治导航市场上面站稳脚跟也是极难。对于中国北斗导航系统，相对于前面多个卫星定位系统来说，关键是定位时间较慢，平均每次定位时间大于等于0.6s，不能连续导航，且无法适应高速运动环境，只能运行在低速运行或则提供静态定位服务。除此之外，北斗定位系统不仅需要地面中心站提供数字高程图信息，还需要用户接收机发送上行，因为这么原因才使得该系统受到了很多方面限制。至于欧洲伽利略卫星定位系统，该系统即使关键应用于民用，不过现在该系统还有很多技术不是很成熟，离我们实用性还是有很多差距，综合上面全部信息，现在中国现在应用最多导航定位系统还是美国GPS全球定位系统。
2.3 GPS定位系统相对优势
美国全球定位系统含有全球、全天候工作、定位精度高、功效多，应用广等特点。相对于其它多个定位系统，这里总结了部分GPS相对优势：
（1）高精度，时效快：GPS定位精度相对较高，根据理论计算能够达成5m左右；且时效快，平均1秒就能够进行一次定位，这个时间对于高速运动物体定位尤其关键。
（2）被动式工作原理：GPS导航定位时候，用户设备只需要接收GPS发送信号就能够了，直接对其信号进行处理就能够了，更不需要像北斗一样还要发送用户信号，GPS这种原理能够容纳更多用户，且隐蔽性比很好。
（3）全球连续导航定位：GPS空间部分是由24颗卫星组成，合理分布在6个轨道上面，轨道高达0km，所以在地球表面或近空空间任何一点，均可同一时间观察到4颗以上卫星，从而能够实现全球、全天候连续导航定位。
2.4 GPS定位系统通信协议——NMEA-0183
NMEA-0183协议，接触过GPS设备或用过GPS设备研发全部了解，这是一个很常见GPS通讯协议。简单介绍一下GPS定位系统NMEA-0183通信协议。
GPS接收机和手持机之间数据交换格式通常全部由生产厂约定制，其定义内容通常见户极难知晓，而且对于不一样品牌、不一样型号GPS接收机所配置控制应用程序也因生产厂家不一样而不尽相同。所以对于通用GPS应用软件，需要定义一个标准数据格式，以处理和任意一台GPS接口问题。NMEA数据标准就是处理这类问题方案之一。为在不一样型号GPS导航设备中建立统一RTCM标准才制订了NMEA通信协议，RTCM标准最初是由美国国家海洋电子协会统一制订。NMEA[26]协议有0180、0182和0183这3种，NMEA-0183能够简单了解是前两种升级版，也是现在使用最为广泛一个。
2.4.1 NMEA-0183通讯协议硬件接口
NMEA-0183标准GPS接收机硬件接口能够兼容PC机RS-232C串口协议，严格来说NMEA标准不是RS-232C，规范推荐依据EIA-422，是一个和RS-232C不一样系统。标准RS-232C采取负逻辑，即逻辑“1”表示-5V～-15v，逻辑“0”表示+5V～+15V，利用传输信号线和信号地之间电压差进行传输。EIA-422标准是利用信号线之间压差来传输信号，每个通道全部有信号线，分别为逻辑“1”和逻辑“0”，传输驱动器和接收器关键功效是转换逻辑电平电位差，许可驱动器输出为±2V～±6V[27] 。
2.4.2 NMEA-0183语句解析
NMEA-0183通讯协议所要求通讯语句全部已是以ASCII码为基础。为了能够愈加好地提取GPS信息数据，必需了解NEMA-0183协议帧结构，其帧结构图2-4所表示。NMEA-0183协议语句数据格式[28]以下：“$”为语句起始标志；“，”为域分隔符；“ *”为校验和识别符，其后面两位数为校验和，代表了“$”和“*”之间全部字符按位异或值；“／”为终止符，也就是ASCII 字符“回车”（0X0D）和“换行”（0X0A）。经典NMEA-0183语句以下面GPRMC语句。
●当GPS正常工作时，语句如：
$GPRMC,121252.000,A,3958.3032,N,11629.6046,E,15.15,359.95,070306,,,A*54
●当GPS收不到卫星信号时，GPRMC语句输出变为：
$GPRMC,121252.000,V,3958.3032,N,11629.6046,E,15.15,359.95,070306,,,A*54
NMEA-0183规范还许可部分厂约定义私有语句格式，这些语句以“$P”开始，然后是三个字符长度厂商识别号，跟着是厂约定义数据，接下来数据格式和标准格式相同。如GarminPGRME私有格式以下：
$PGRME,4.4,M,2.5,M,11.4,M*8。
其中，“P”代表私有格式，“GRM”是Garmin代码，“E”表示语句类型。

图2-4 NMEA_0183协议帧结构
2.5 GPRS技术介绍
General Packet Radio Service英文简称GPRS，是鼎鼎有名通用分组无线业务。GPRS这个业务是在当初现有GSM网络基础上面发展一个新业务，GPRS关键功效就是为当初GSM用户提供额外数据分组服务。GPRS和大家全部很熟悉GSM全部是采取相同无线调制标准、频带、突发结构、跳频规则和 TDMA 帧结构。GPRS这么新数据分组形式和目前电路交换话音业务信道极其相同，所以现有基站子系统(BSS)从一开始就可提供全方面 GPRS覆盖。通用分组无线业务可使用户在点对点分组模式下进行数据收发，而且不需要以前交换模式下网络资源。这么无线分组服务不仅高效而且低成本。GPRS适用数据传输模式是：间断、突发性、少许和频繁、偶然大数据量传输。
2.6 本章小结
本章关键介绍了课题设计过程中关键技术。具体内容包含：全球四大定位系统介绍、四大定位系统之间差异、GPS定位系统相对优势，最终