毕业-基于软件无线电gps接收机的技术分析与定位信号的应用研究(完整版)资料.doc

毕业-基于软件无线电gps接收机的技术分析与定位信号的应用研究（完整版）资料(可以直接使用，可编辑 优秀版资料，欢迎下载）目 录目 录2摘 要4ABSTRACT5第一章绪论6第一节 GPS的概念及发展概况6第二节 软件无线电技术的发展概况7第三节 本文的主要研究内容及意义9一、 课题背景9二、 主要研究内容9一、 课题意义10第二章基于软件无线电技术的GPS接收机研究10第一节 基于软件无线电技术的系统设计构架10第二节 软件无线电设计的关键技术分析11一、 射频转换（RF到IF）11二、 中频AD/DA11三、 数字信号处理模块12四、 算法软件实现12第三节 GPS软件接收机的设计原理12第四节 软件接收机中频数据处理的核心算法14一、 C/A码信号捕获14二、 C/A码信号跟踪15第五节 本章小结16第三章基于NMEA-0183码的分析与研究17第一节 GPS定位数据NMEA-0183码的介绍17第二节 基于WINDOWS API的串口通信研究20第三节 定位精度因子的分析21第四节 多通道信号的接收质量分析23第五节 天空卫星视图的分析24第六节 相对位置移动轨迹的跟踪研究26第七节 本章小结27第四章实验与结果分析28第一节 基于NMEA-0183码应用软件的程序实现28第二节 实验结果分析36第三节 本章小结45第五章结论与展望45参 考 文 献47摘 要全球定位系统（GPS）在定位导航和地球空间测绘上都有着极其广泛的应用，用户通过GPS终端设备获取GPS定位数据，实现导航定位的应用。软件无线电（SDR）作为无线通信领域的一项突破性关键技术，被称为二十一世纪“无线电世界的个人计算机”。它是无线通信领域继模拟到数字、固定到移动的第三次技术革命。使用软件无线电思想构建的GPS软件接收机，在开放性和可重配置性上有着传统接收机所无法比拟的优势，对接收算法研究和后续优化有着重大研究意义。本文的研究工作涉及GPS软件接收的关键技术研究、捕获跟踪算法与研究分析，以及基于NMEA-0183数据帧的实时采集软件设计与研究。通过实时采集的数据帧，来分析和评估定位精度因子、信号质量、卫星几何特征以及定位应用中的相对位置移动轨迹等，实现GPS接收应用的定量研究。研究过程中，形成了高精度相对定位轨迹的创新实现方法。实验证明：本文的研究结果可以拓展到多模式多系统的增强定位系统研究和区域位置服务的应用研究。关键词：软件无线电（SDR）；GPS；NMEA-0183；基于位置服务（LBS）AbstractGlobal Positioning System (GPS) is widely applied in navigation and earth mapping. The customers use GPS devices to achieve navigation and positioning by getting the GPS data.As a key technology breakthrough in the field of wireless communication, Software Defined Radio (SDR) is known as “the PC in wireless world” in the 21st century. Following the revolution from analog to digital, fixed to mobile, SDR is the third technological revolution in this field. The software GPS receiver, based on the theory of SDR, has incomparable advantages over the traditional GPS receiver in openness and re-configuration. It also has great significance in the follow-up researching and optimizing.In this paper, some key technologies of software GPS receiver ware researched and the real-time NMEA-0183 data acquisition software was realized. The GPS positioning information such as geometric dilution of precision (GDOP), Signal to Noise Ratio (SNR) of GPS signals, geometric characteristic of GPS satellites and trajectory of relative position was quantitatively analyzed. A new method to form a high-precision shift trajectory was presented. All these works described above can be used in the further research on the enhanced positioning in multi-mode system and location based services (LBS).Key words: Software Defined Radio (SDR); GPS; NMEA-0183;Location Based Services (LBS)第一章 绪论第一节 GPS的概念及发展概况GPS是全球定位系统（Global Positioning System）的英文缩写，它可以用来实现连续的实时三维导航。所谓导航（navigation），在这里的定义是实时的测定运动载体在途行进时的位置和速度，引导运动载体沿一定的航线经济而安全的到达目的地1。完成高精度的导航定位，需要导航装置作为辅助手段。其中有一类导航装置，发射无线电信号，使用户能够通过终端设备接受多个该类导航装置的无线电信号计算出其位置，我们称这类导航装置为无线电导航装置。无线电导航装置通常可分为路基和星基两大类。路基无线电导航基于较少的无线电标台站，不但精度和范围有限，而且易受无线电干扰。50年代末，前苏联发射了第一颗人造卫星，美国科学家通过跟踪研究，发现了多普勒频移现象，并利用该原理促成了多普勒卫星导航定位系统TRANSIT的建立，开创了陆海空卫星无线电导航的新时代，这是第一代星基无线电导航装置。但由于多普勒卫星轨道高度低，系统含星座较少，所以存在这轨道精度难以提高，定位时间间隔过长等明显缺点。正是这些缺陷，促使了美国的全球定位系统（GPS）和俄罗斯的全球导航卫星系统（GLONASS）的快速发展。美国的全球卫星定位系统（GPS）计划自1973年起步，1978年发射首颗导航卫星，1994年完成24颗中等高度圆轨道（MEO）卫星组网，历时16年，耗资120亿美元。至今，已先后发展了3代卫星。整个GPS系统由空间星座部分、地面监控部分和用户设备部分组成。空间星座部分主要由24颗GPS卫星（21颗卫星加3颗轨道备用卫星）组成，卫星高度20210km，轨道周期11小时58分，有6个轨道面，每个轨道至少4颗卫星，轨道倾角55。这样的设计保证了地球上及近地空间在任何时间都至少可见4颗卫星满足最基本的定位要求。地面监控部分包括卫星监控站、主控台和信息注入站。监控站是在主控站的直接控制下的数据自动采集中心，对GPS卫星进行连续监测；主控站设在美国本土的科罗拉多（Colorado）的法尔孔（Falcon）空军基地，协调和管理地面监控系统，同时计算各卫星的星历、时钟误差和大气修正参数并送到注入站，控制卫星，使卫星正常运转；注入站的主要工作是将卫星轨道、时钟纠正信息，控制命令上行注入卫星。用户设备部分就是用户进行导航定位的终端设备，由接收机硬件、数据处理软件及微处理器构成2。GPS卫星采用码分多址（CDMA）技术在两个频率上广播测距码和导航。这两个载波频率分别是L波段的（1575.42MHz）和（1227.60MHz）。测距码有C/A码和P码，分别用于民用的标准定位服务（SPS）和军用的精密定位服务（PPS），两者在定位精度上有着较大差异。导航数据主要是卫星轨道坐标、卫星钟差方程式参数、电离层现时修正等广播星历，它向用户提供了定位一直参考点（信号发射卫星）的起算坐标和系统参考时间及相关传播误差修正3。“GPS的应用，仅受人们的想象力制约。”GPS问世以来，已充分显示了其在导航定位领域的霸主地位。许多领域也由于GPS的出现而产生革命性变化。目前，几乎全世界所有需要导航定位的用户，都被GPS的高精度，全天候，全球覆盖，方便灵活和优质价廉的特点所吸引。按其作用，GPS的应用可分为以下三类：1. 导航，主要是为船舶、汽车、飞机等运动物体进行定位导航。例如：船舶远洋导航和进港引水；飞机航路引导和进场降落；汽车自主导航；地面车辆跟踪和城市智能交通管理；紧急救生；个人旅游及野外探险；个人通讯终端。2. 授时校频。例如：电力，邮电，通讯等的时间同步；准确时间频率的授入。3. 高精度测量。例如：各种等级的大地测量，控制测量；道路和各种线路放样；水下地形测量；地壳形变测量，大坝和大型建筑物变形监测；GIS应用；工程机械（轮胎吊，推土机等）控制；精细农业。第二节 软件无线电技术的发展概况在1992年5月美国电信系统会议上，Jeo Mitola首次提出了软件无线电（Software Defined Radio）的概念。软件无线电（SDR）是指在一个开放的，标准化的、模块化的通用硬件平台上，通过软件加载实现各种无线电通信功能(如工作频段、调制解调类型、数据格式、加密模式和通信协议等)。其核心是：使宽带A/D、D/A转换器并尽可能地靠近天线；无线电功能尽可能地通过软件来实现。理想的软件无线电主要由天线、射频前端、宽带A/D和D/A转换器、通用或专用数字信号处理器以及各种软件组成。由于计算机技术，特别是微处理机在高速数字信号处理技术和通信中的应用，无线通信系统从模拟向数字转化；最近快速发展的宽带模数转换和信号处理技术、日益提高了的硬件工艺水平、日臻成熟的可编程器件和EDA 工具，使软件无线电的概念转化为实际应用成为可能。无论是从军用还是商用或是民用的要求考虑，软件无线电都是通信系统用户需求的必然产物。军用无线电系统为了实现海、陆、空、天一体化的立体战争环境，要求在不同频段、不同通信制式和不同的管理体制下均可以互联通信；商业和民用客户要求通信系统能支持多媒体服务,包括移动通信、高速 和高速的数据传输等。为了满足这些服务需求，物理层需要有高度灵活性和适应性，必须是兼容多标准操作和功能。传统数字通信系统对多标准通信解决方法并不灵活，当介质和信道特性改变时，硬件就必须完全更新。尤其是在当今无线电标准和接口种类层出不穷的时期，为了节约成本，从经济角度考虑，传统的无线电通信系统必将被每层可软件重构的软件无线电设备所取代。软件无线电的出现，使无线电技术由以硬件为主的时代走向以软件为主的时代，事实上它是继模拟通信技术、数字通信技术之后的第三代无线通信技术。软件无线电具有以下一些特点：1. 软件无线电具有完全的可编程性，可通过软件编程来实现无线电台的功能，包括对无线波段、信道调制、接入方式、数据速率的编程等，因此通过程序进行控制和操作，这是软件无线电最突出的特点之一。但是软件无线电不是不要硬件，而是把硬件作为一个基本平台来架构。2. 软件无线电的另一个重要特点是A/D、D/A变换与天线十分靠近，因而能比较迅速地将接收到的射频模拟信号转换为数字信号，比较晚地将要发送的数字信号变换为射频模拟信号，这就充分地利用了数字信号处理 （DSP）器件的功能和软件的资源。3. 软件无线电遵循开放平台的设计思想，采用了模块化的结构，因而能够方便的进行硬件模块的更换和软件的升级，并能通过运行不同的算法，实时的配置自己的信号波形，提供各种各样的通信业务。其新业务仅需在电台中加载新的软件模块即可实现，从而降低了通信设备的硬件成本。第三节 本文的主要研究内容及意义一、 课题背景LBS（Location Based Services，基于位置服务）是定位技术的应用开发，它的工作原理是：用户终端设备（一般为 、PDA、手提电脑等移动终端）采用卫星定位或其它方式获取用户位置等信息，并实时地将这些信息通过移动通信方式传至服务器，服务器根据用户的请求做出响应，并将响应回馈到用户终端。位置信息在大众生活中占据着越来越重要的地位，尤其是从服务于人的信息应用发展到借助传感器的分布式网络，再到以机器自动装置为主的网络集群，位置信息无处不在。近年来，随着电子、计算机、信息等技术的飞速发展和交叉研究，位置信息服务不再局限于运营商的一项增值业务。它已经将电子地图、车载导航、无线导航、交通信息四个领域形成了产业模式。可以预测，位置服务已经由业务的概念逐步外延到产业发展层面上。LBS的发展已经进入了黄金时期。面向数字化城市的基于位置服务的系统实现了定位、通信和GIS技术的集成以及生活指南信息的获取，为人们的生活带来了很多便利，在未来数字化工作和生活中也将发挥重要作用4。本文的研究工作受上海市国际合作基金项目“基于位置的移动信息服务关键技术研究与应用示范”的资助，项目是针对GPS定位信息在区域范围内的分布和基于地面卫星增强系统三维高精度定位系统的性能评估与验证。本文的研究正是接收系统中数据帧应用软件设计与研究，同时基于软件无线电的GPS接收机开发是本文研究的系统基础。二、 主要研究内容在本文中，主要阐述软件无线电（SDR）概念，NMEA-0183协议，以及基于软件无线电思想设计的GPS软件接收机的体系结构。并以PC机为平台， Visual C+的MFC框架为基础，设计了GPS应用分析软件。通过串口连接，从接收机中读取基于NMEA-0183协议的数据帧，实现了数据帧显示，导航信息显示，接收机多通道卫星信号信噪比（SNR）分析，天空卫星视图显示，定位精度因子（GDOP）分析，用户位置跟踪，数据保存回放等主要功能，并使用GARMIN 15L GPS接收机模块和Fastrax itrax 300接收机模块对软件的性能进行了验证和分析。各章分述如下：第一章简要介绍了GPS系统和软件无线电的基本概念。第二章中针对软件无线电的特点，描述了GPS软件接收机的构架，以及中频数字处理中的两步核心流程的算法。第三章介绍了NMEA-0183协议和使用Windows API 的串口通信机制，给出了通过读取NMEA码可以实现的接收机功能描述。第四章描述了基于NMEA-0183协议的GPS接收机软件的实现过程，并对其功能加以验证，综合分析影响定位精度和位置移动轨迹的因素。第五章为总结以及本文所描述的GPS应用软件的发展前景。三、 课题意义降低定位精度因子，是在伪距测量误差一定的情况下优化GPS定位精度的有效途径。相对位置移动轨迹跟踪测量是GPS对在测绘学上重要应用。通过编写GPS应用分析软件，研究如何影响定位精度因子的因素和引发跟踪轨迹误差的来源对提高GPS定位精度，实现精确测绘有着重要的意义。而高质量的定位和跟踪轨迹能够使区域位置服务更为精确、高效。第二章 基于软件无线电技术的GPS接收机研究第一节 基于软件无线电技术的系统设计构架软件无线电的体系结构是实现软件无线电这一概念的具体设计结构，包括硬件、软件和接口协议等部分。理想的软件无线电接收机的硬件应包括宽带射频信号接受部分、高速采样部分（A/D），中央协调控制部分和总线接口部分。由数据总线和控制总线将各部连接在一起，为硬件设备驱动层上的软件提供物理支持。当系统处于接受状态时，无线电信号通过天线耦合到宽带射频接收部分，通过下变频采样，转化为中频数字信号通过数据总线传输到接口主机中。软件部分应包括硬件驱动层、信道复用层、开发调试环境层、用户/系统模块层和应用层组成。硬件驱动层主要实现了对硬件资源的调用，为上层软件提供了良好的硬件操作接口；信道复用层主要实现了多路信号复用的通信功能；开发调试环境层工作在用户主机上，为用户提供了易用开放的软件开发平台；用户/系统模块层主要包括了用于系统开发的底层模块，通过调用这些模块可以实现大部分通信功能；应用层则是以开发好的各种软件无线电应用，可以脱离开发调试环境单独使用5。接口协议部分主要由数据帧格式定义和通信过程操作时序组成。该协议要能过表达硬件平台应用的各种功能和设备驱动层的各种请求，并具备可扩展性。第二节 软件无线电设计的关键技术分析一、 射频转换（RF到IF）目前A/D 转换器的速率不高，很难实现在射频（RF）及较高的中频直接进行A/D转换，所以在接收机前端处理中，通常要先进行下变频（Down-conversion）。RF变换模块需要完成的任务包括：功率放大、接收预防大和RF信号与IF信号之间的变换。它的设计目的是使下一步中的A/D发挥最优性能。一个窄带超外差式接收机的射频部分与宽带软件无线电的射频部分相比有相似之处，但并不相同。宽带的软件无线电的射频部分要求：在滤波器的滚降特性的锐利程度受到损害的情况下，强调仍然能提供线性的功率放大。二、 中频AD/DAA/D变换器要求有较高的采样速率和分辨率，以便在恢复时降低失真。除此之外，还要求有较大的线性动态范围，以减少互调失真，使接收的弱信号仍能在强的干扰信号中检测出来。它在移动通信中有远近效应时尤为重要。随频率和带宽的增加，采样速率和动态范围也将增大。此外，信噪比、无寄生动态范围、噪声功率也是选择A/D转换器时的重要技术指标。信噪比（SNR）是度量一个信号的传输质量，与转换器的分辨率直接相关。无寄生动态范围（SFDR），是度量变换器中的非线性误差源，用来评估强信号下A/D变换器同步检测弱信号的能力。噪声功率比（CNR），定义为陷波滤波器带内噪声功率谱密度之比，可提供与如何限制信道间互干扰的信息。三、 数字信号处理模块在数字信号处理模块的实现方式上，主流趋势为DSP（Digital Signal Processor，数字信号处理器）、FPGA（Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）和ASIC（Application Specific Integrated Circuits，专用集成电路）。可以简单理解为,DSP以软件方式,FPGA和ASIC以硬件方式实现数字信号处理算法。由于DSP和FPGA均具备可编程能力,它们比较适合软件无线电的需要。基于DSP的软件无线电系统通过软件编程实现了用户参数和波形的改变，他的特点是通用性、灵活性好，开发容易。基于FPGA的系统由于FPGA具有在线编程，动态改变器件逻辑功能的特性，实现物理器件的分时复用，因而有着比DSP更好的灵活性和更低的成本。ASIC则是实现了纯粹的数字无线电系统。为了更好的体现软件无线电通用、灵活、开放的特点，基于通用处理器的软件无线电系统也随之产生，这正是源于通用CPU的设计在可编程型、通用行、开放性上的巨大优势，是它成为了最接近理想软件无线电的平台，这也是软件无线电在实现方式上的发展趋势。四、 算法软件实现软件无线电的本质是用软件定义无线通信。通过软件，系统实现了从信号解调、滤波、捕获跟踪等一系列原先要通过复杂硬件才能完成的基本软件无线点功能。次外，还应针对不同的软件无线点的设计需求，在局部进行软件优化处理。软件算法的实现直接决定了系统的功能与性能。第三节 GPS软件接收机的设计原理GPS信号接收机是GPS全球导航定位系统的用户设备，是实现导航定位的终端仪器。传统的GPS接收机的虽然种类繁多，但在结构上通常可分为射频前端（RF Front-end）、信号处理单元（Signal Processing）和导航处理（Navigation Processing）三部分。在前端中，接收机通过天线耦合接受GPS信号，经过预放大（Pre-amp）、下变频（Down-conversion）和滤波（Filter）后生成中频信号（IF），对后通过A/D转换器采样，将模拟信号转换为数字信号（Digital IF）传输到信号处理单元中。信号处理单元将已经接受到的中频数字信号进行捕获跟踪处理，并对导航信息解调，以得到定位伪距（Pseudorange）、载波相位及星历数据（Ephemeris）。最后在导航处理单元中，计算出用户的经纬度坐标、行进速度等信息，实现用户的导航定位。GPS软件接收机是在软件无线电（SDR）思想知道下实现的。它继承了软件无线点的设计特点，即使A/D转换器尽可能的靠近天线，其它部分实现软件化，所以GPS软件接收机与传统接受机相比，保留了射频前端，由软件构架对中频数字信号进行捕获和跟踪。一旦完成了跟踪，通过子帧同步和奇偶校验，就可以将输出的信号转换成导航数据。从子帧中可以得到星历数据。根据星历数据可以确定当前卫星的位置。接受机到卫星之间的伪距也可以确定。只要获得了所有必需的信息，就可以计算出用户的位置，并将其转化为所需的坐标系统中6。GPS软件接收机结构如下：第四节 软件接收机中频数据处理的核心算法一、 C/A码信号捕获为了跟踪GPS信号并进行信息解码，就必须先用捕获程序来检测信号的存在。一旦检测到信号，必须测出两个重要参数，一个是C/A码信号的延时，另一个是载波信号的载波频率。采集的数据通常包括几个卫星的信号，每个信号的C/A码不同，开始时间不同，多普勒频移不同。捕获程序要找到C/A码相位，并用这个信息对频谱接扩，输出连续波信号，就可以得到它的载波频率。C/A码信号延时和载波频率两个参数将传递到跟踪程序中。相关器I(同相)、Q(正交)通道第k次相关输出分别为：其中A为信号幅度，为导航电文,为码相位估计偏差，为多普勒频移估计偏差，为复制码自相关函数，N为积分码片长度，为载波相位，、为噪声项。因此当本地产生的载波频率和复制码相位与检测信号完全匹配时，相关器的最终输出为最大值。由于码相位与多普勒频移的不确定性，为了获得相关峰值，以判定信号捕获与否，需要对码相位和多普勒频率进行二维搜索，若码相位搜索步长为个码片，多普勒频率搜索步长为，则一个码相位单元与一个多普勒频移单元组成的二维搜索单元如下。当接收到信号频率和相位落入该搜索单元时，取得极大值。将与识别门限进行比较，根据判定算法进行判定是否成功捕获到信号。二、 C/A码信号跟踪跟踪信号的基本方法是根据输入信号构造一个窄带滤波器，当输入信号的频率随时间而变化时，滤波器的中心频率必须跟随信号变化。实际的跟踪过程中，窄带滤波器的中心频率是固定的，但本振信号要随输入信号的频率变化而变化，通过比相器对输入信号和本振信号的相位对比，由于窄带滤波器的带宽很窄，与捕获相比，跟踪方式有着更高的灵敏度。跟踪的主要目的是对捕获的信号进行载波和码相位的精确跟踪，以确保本地产生复制的载波和码信号相位与输入信号严格同步，为数据解调做进一步准备。为了跟踪GPS信号，必须去掉C/A码信息，因此跟踪过程需要两个环路来完成，一个跟踪C/A码；另一个环跟踪载波频率，主要由各类锁相或锁频环来完成7。C/A码锁相环有3个输出：超前码、延时码和即时码。即时码用于将输入的数字信号中的C/A剥离掉，输出是含有导航数据引起相位跳变的CW信号，并将其作为载波环的输入。载波环的输出信号是频率为输入信号的载频CW信号，这个信号可用于剥离输入信号中的载波信号，剥离后是一个只包含C/A码而没有载波的信号，这正好是码环的输入。第五节 本章小结自从软件无线电这一概念被提出之后，就得到了全世界无线电领域的广泛关注。由于软件无线电所具有的灵活性、开放性等特点，使其在无线通信中获得了广泛应用。利用软件无线电概念的设计GPS软件接收机，继承了软件无线电系统的优点，由软件处理从射频前端产生的中频数字信号，实现GPS信号的捕获、跟踪及导航数据解调，完成了对当前位置伪距信息的解算，并通过坐标转换实现定位导航。第三章 基于NMEA-0183码的分析与研究第一节 GPS定位数据NMEA-0183码的介绍NMEA协议是为了在不同类型的GPS导航设备中建立统一的BTCM（海事无线电技术委员会）标准，由美国国家海洋电子协会（NMEA-The National Marine Electronics Association）制定的GPS串口通讯协议。GPS接收机将用户位置、速度，及当前的相关卫星数据以NMEA-0183协议的标准规范通过串口传送到PC机，PDA等终端设备。NMEA-0183协议解决了不同品牌、不同型号的GPS接收机之间实现任意连接的接口问题。目前大多数常见的GPS接收机、GPS数据处理分析软件、导航系统大多支持或至少兼容NMEA-0183协议标准。NMEA-0183协议对电器和数据规格都做了相应的规定。在物理层，它要求通讯是建立在串口的基础上的；在数据链路层，它规定了传输波特率为4800，数据位为8bit，无奇偶校验及握手信号，停止位为1bit；在应用层，NMEA-0183码是ASCII编码的串行数据，由帧头、帧尾和帧内数据组成。它规定了每条信息帧都以“$”作为起始符号，接下来的5个字符决定了信息帧的类型构成帧头，其后的各个数据以 “，”作为分隔符构成帧内数据，信息帧的最后一个数据紧接着“*”加上两位的16进制的校验和（Checksum）构成帧尾，并以结束此信息帧（见下图）。根据本文所设计的GPS应用软件，下面着重介绍软件所涉及到的相关数据帧格式。1) GGA GPS定位信息(Global Positioning System Fixed Data)$GPGGA,M,M,*hh位置内容描述UTC时间hhmmss.sss(时分秒)纬度ddmm.mmmm纬度半球N（北纬）或S（南纬）经度ddmm.mmmm经度半球E（东经）或W（西经）GPS状态0=未定位，1=非差分定位，2=差分定位，6=正在估算解算使用卫星数00 12（0也将被传输）HDOP水平精度因子海拔高度米M单位地球椭球面相对大地水准面的高度米M单位差分时间从最近一次接收到差分信号开始的秒数，如果不是差分定位将为空差分站ID号0000 1023*hh校验和(Checksum)信息传输结束2) GSA 当前卫星信息(GNSS DOP and Active Satellites)$GPGSA,*hh位置内容描述模式M=手动，A=自动定位类型1=没有定位，2=2D定位，3=3D定位通道1上卫星PRN01 32用于解算的卫星PRN通道2上卫星PRN01 32用于解算的卫星PRN.通道12上卫星PRN01 32用于解算的卫星PRNPDOP位置精度因子（0.5 99.9）HDOP水平精度因子（0.5 99.9）VDOP垂直精度因子（0.5 99.9）*hh校验和(Checksum)信息传输结束3) GSV 可见卫星信息(GNSS Satellites in View)$GPGSV,*hh位置内容描述GSV语句的总数1 3窗体顶端当前GSV语句数目 窗体底端1 3窗体顶端显示卫星的总数目 窗体底端00 12卫星PRN通道1卫星PRN（01 32 ）卫星仰角通道1卫星仰角（0 90）卫星方位角通道1卫星方位角（0 359）信噪比SNR0 99，未跟踪时为空.卫星PRN通道4卫星PRN（01 32 ）卫星仰角通道4卫星仰角（0 90）卫星方位角通道4卫星方位角（0 359）信噪比SNR0 99，未跟踪时为空*hh校验和(Checksum)信息传输结束4) RMC 推荐定位信息(Recommended Minimum Specific GNSS Data)$GPRMC,*hh位置内容描述UTC时间hhmmss.sss定位状态A=有效定位，V=无效定位纬度ddmm.mmmm纬度半球N（北纬）或S（南纬）经度ddmm.mmmm经度半球E（东经）或（西经）地表速度000.0 999.9节地表航向000.0 359.9UTC日期ddmmyy磁偏角000.0 180.0磁偏角方向E（东）或W（西）模式指示A=自主定位，D=差分，E=估算，N=数据无效*hh校验和(Checksum)信息传输结束5) ZDA 时间信息(SiRF Timing Message)$GPZDA,*hh位置内容描述UTC时间hhmmss.sss日01 31月01 12年1980 2079时区小时与UTC的偏量时区分钟与UTC的偏量*hh校验和(Checksum)信息传输结束第二节 基于WINDOWS API的串口通信研究串行端口是一种非常重要的通信资源，它是CPU和串行设备间的编码转换器。当数据从CPU经过串口发送出去时，字节数据转换为串行的位。在接收时，串行的位被转换为字节数据。串行端口在传输方式上可分为3种：单工通信、半双工通信和全双工通信。在通信方式上又可分为同步通信方式和异步通信方式两种。本文所设计的软件传输通信方式是基于RS-232串行接口标准的全双工异步通信方式。在Windows下开发串行通行程序的方法两种：MSComm控件编程和Windows API串口编程。由于利用Windows API函数进行串口程序设计时较前者具有更高的灵活性和可移植性，故本文中软件应用了这种通信方式。在Windows环境下，串口是系统资源的一部分，应用程序要进行串口通信，必须先向系统申请资源（打开串口），并在结束通信后释放资源（关闭串口）。由于串口资源在Win32环境中是被作为文件来对待的，因此，在通信过程中，可将串口作为文件来处理，例如使用CreateFile，ReadFile函数分别来打开和读取串口资源。8串口通信的实现大致有以下几个过程。1. 打开串口，初始化串口配置使用CreateFile函数打开指定串行端口(例如设定逻辑端口名称为“COM1”)获取串口句柄，并设定共享模式为独占，访问模式为读写，创建方式为打开已存串口，传输方式为异步。在获取串口句柄后，设置输入和输出缓冲区的大小（本软件中缓冲区大小为4096），超时信息（COMMTIMEOUTS结构体初始化）及串口信息（串口设备控制块DCB初始化）。针对NMEA-0183协议的相关规定，在这里对串口信息（串口设备控制块DCB）中的相关变量进行修改，将波特率（BaudRate）默认值设定为4800，每字节位数（ByteSize）为8bit，无奇偶校验位，停止位为1bit。2. 全局监控串口事件建立全局的线程函数ThreadFunction(LPVOID pParam)，用于检测串口中的事件，一旦检测到串口中有数据接受，将发送消息WM_COMMNOTIFY，调用OnCommNotify(WPARAM wParam, LPARAM lParam)消息处理函数接受数据。3. 串口数据读写在进入消息处理函数后，使用DWORD ReadComm(char *buf, DWORD dwLength)来获取串行数据（数据获取通过文件读操作ReadFile完成）。并针对获取的串行数据进行处理分析，提取有用信息加以保存，为后续应用服务。4. 关闭串口，释放资源禁止所有事件，关闭串口设备句柄。第三节 定位精度因子的分析随着全球定位系统（GPS）的普及，定位导航所涉及的领域越来越多，用户对于定位精度的要求也越来越高。影响定位精度的主要因素是伪距的测量误差和已知卫星位置的误差。造成伪距测量误差的因素很多，例如：电离层、对流层、多普勒频移等。对这些因素的讨论已经比较成熟，它们只能在一定范围内降低伪距测量误差，并不能从定位系统的体制上改善定位精度。因此，若要提高定位系统的定位精度，有必要卫星位置关系所引起的误差。定位精度衰减因子(Geometric Dilution of Precision，GDOP)是一个反映卫星之间相对位置关系对定位误差影响大小的物理量。通过调整卫星之间以及卫星和用户装置的几何位置关系，减小GDOP值，进而从体制上降低定位误差，在伪距测量误差基本相同的情况下，提高定位精度9。GDOP包括位置、水平、垂向和时间精度衰减因子(PDOP、HDOP、VDOP和TDOP)四个参数，这5个DOP分别表示定位定时总误差、位置误差、水平位置误差、垂直位置误差和时钟误差对测距误差的放大倍数，即：其中是的对角线元素，H是观测矩阵。通过观