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发表于 2005-7-27 09:30:45
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1)什么是GPS
2)GPS原理
3)GPS硬件
4)空间分辨率和时间分辨率
5)快鸟卫星技术参数
6)VC++实现GPS全球定位系统定位数据的提取
7)GPS硬件在VC＋＋6.0中利用串行通信控件
什么是GPS
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随着科学的发展GPS已经不是一个陌生的名词了,GPS在海湾战争中大显身手并给人以深刻的印象,但是有谁能了解GPS的真正含义呢？
GPS 是有美国国防部（ U.S. Department of Defense --DOD）开发的一套基于卫星的无线导航系统。无论是陆地、海洋还是太空用户都可以通过GPS系统全天侯、一天24小时、全球任何位置的精确定位他们的三维坐标、速度和时间，其定位精度比目前以及可以预见的将来任何无线导航系统都要高！
GPS 包括三个基本部分：
①太空部分
②控制部分
③用户部分
GPS 的工作概念是基于卫星的距离修正。用户通过测量到太空各可视卫星的距离来计算他们的当前位置，卫星的左右相当于精确的已知参考点。每颗 GPS 卫星时刻发布其位置和时间数据信号，用户接收机可以测量每颗卫星信号到接收机的时间延迟，根据信号传输的速度就可以计算出接收机到不同卫星的距离。同时收集到至少四颗卫星的数据时就可以解算出三维坐标、速度和时间。
GPS原理
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GPS接收机可接收到可用于授时的准确至纳秒级的时间信息；用于预报未来几个月内卫星所处概略位置的预报星历；用于计算定位时所需卫星坐标的广播星历，精度为几米至几十米（各个卫星不同，随时变化）；以及GPS系统信息，如卫星状况等。
GPS接收机对码的量测就可得到卫星到接收机的距离，由于含有接收机卫星钟的误差及大气传播误差，故称为伪距。对0A码测得的伪距称为UA码伪距，精度约为20米左右，对P码测得的伪距称为P码伪距，精度约为2米左右。
GPS接收机对收到的卫星信号，进行解码或采用其它技术，将调制在载波上的信息去掉后，就可以恢复载波。严格而言，载波相位应被称为载波拍频相位，它是收到的受多普勒频移影响的卫星信号载波相位与接收机本机振荡产生信号相位之差。一般在接收机钟确定的历元时刻量测，保持对卫星信号的跟踪，就可记录下相位的变化值，但开始观测时的接收机和卫星振荡器的相位初值是不知道的，起始历元的相位整数也是不知道的，即整周模糊度，只能在数据处理中作为参数解算。相位观测值的精度高至毫米，但前提是解出整周模糊度，因此只有在相对定位、并有一段连续观测值时才能使用相位观测值，而要达到优于米 级的定位精度也只能采用相位观测值。
按定位方式，GPS定位分为单点定位和相对定位（差分定位）。单点定位就是根据一台接收机的观测数据来确定接收机位置的方式，它只能采用伪距观测量，可用于车船等的概略导航定位。相对定位（差分定位）是根据两台以上接收机的观测数据来确定观测点之间的相对位置的方法，它既可采用伪距观测量也可采用相位观测量，大地测量或工程测量均应采用相位观测值进行相对定位。
在GPS观测量中包含了卫星和接收机的钟差、大气传播延迟、多路径效应等误差，在定位计算时还要受到卫星广播星历误差的影响，在进行相对定位时大部分公共误差被抵消或削弱，因此定位精度将大大提高，双频接收机可以根据两个频率的观测量抵消大气中电离层误差的主要部分，在精度要求高，接收机间距离较远时（大气有明显差别），应选用双频接收机。
在定位观测时，若接收机相对于地球表面运动，则称为动态定位，如用于车船等概略导航定位的精度为30一100米的伪距单点定位，或用于城市车辆导航定位的米级精度的伪距差分定位，或用于测量放样等的厘米级 的相位差分定位（RTK），实时差分定位需要数据链将两个或多个站的观测数据实时传输到一起计算。在定位观测时，若接收机相对于地球表面静止，则称为静态定位，在进行控制网观测时，一般均采用这种方式由几台接收机同时观测，它能最太限度地发挥GPS的定位精度，专用于这种目的的接收机被称为大地型接收机，是接收机中性能最好的一类。目前，GPS已经能够达到地壳形变观测的精度要求，IGS的常年观测台站已经能构成毫米级的全球坐标框架。
GPS硬件
Magellan GPS 315
MAGELLAN GPS 315体积小，重量轻，操作非常简便，存储容量极大，可存储近500个航迹点。具有CD-ROM驱动器以及笔记本电脑接口，极大地扩展了其陆、海导航的功能，麦哲伦GPS 315具有很强的接收能力，防水、防尘、防震，逆仰角显示屏幕，在夜间也可清楚显现导航画面。
Pocket
Pocket是一种袖珍型,且坚固耐用和性价比高的GPS接收机。它通过一个手持式数据采集器再配以天宝公司的多种操作应用系统，就可以完成不同领域的GIS测绘工作者的各种要求。它结构紧凑、设计灵巧。可以配合天宝公司的BOB接收机完成实时差分导航和测量工作。
Geo Explorer 3/3C
GeoExplorer 3/3c----手持式GPS成图和GIS数据采集/维护系统。它是成图和管理空间数据的理想工具。中文操作系统、高效的为GIS采集GPS数据、易于数据维护服务于现有GIS数据库、坚固及便携式设计。在自然资源绘图、环境研究、公用事业和城市资产数据库的建设和维护有广泛应用。
ProXR/XRS
GPS Pathfinder Pro XR/XRS----实时GPS成图/GIS数据采集。天宝公司现提供两套系统（以是否具有实时差分技术而区别）。Pro XR系统配有最先进的GPS接收机，具有MSK信号实时差分处理能力。GPS Pathfinder Pro XRS 系统将一台GPS接收机、一台MSK信标差分接收机和一台卫星差分接收机封装在一起。
Ag132
AgGPS132----DGPS 接收机和The Choice 技术的结合。该技术将一个GPS接收机、一个信标差分接收机和一个卫星差分接收机集成在同一外壳内。这些接收机通过一根电缆共用一个组合天线。这一配置极大的提高了差分GPS改正的精度、可靠性和可用性。
空间分辨率和时间分辨率
空间分辨率是相对于时间分辨率而言的。时间分辨率多用于仪器时基线性的分辨能力；由几何空间引起的分辨率称为空间分辨率。因为射线胶片照相检测或实时成像检测多在静止状态下进行，不涉及时间分辨率问题，所以在实时成像检测技术中所言分辨率就是指空间分辨率。
快鸟卫星技术参数
发射时间:2001年10月18日
运载火箭:Delta Ⅱ
发射地点:美国范登堡空军基地
轨道高度及倾角:450 km 98° 太阳同步
重访周期:1~3.5天
视角:沿轨道方向和垂直轨道方向均可调整
轨道周期:93.4分钟
每轨拍摄:约57景
幅宽&图像大小:主要景幅宽 星下点为16.5 km 可达到的地面宽度 544 km(中心点为卫星地面轨道，最大倾角30°)
定位精度:圆误差 23 m；线性误差 17 m(无地面控制点)
传感器分辨率&光谱波段:全色 星下点 61 cm黑白：445~990 nm多光谱 星下点2.44 m 蓝 450~520 nm 绿 520~600 nm红 630~690 nm近红外 760~900 nm
数据编码方式:11 bit/s
卫星姿态控制系统:三轴稳定/恒星跟踪稳定/惯性平台/飞轮/GPS
星上存储器:128 Gbit/s
卫星设计寿命:7年
VC++实现GPS全球定位系统定位数据的提取
作者： 郎锐 信息产业部电子第二十二研究所青岛分所
摘要： 本文提出了一种在VC下实现对GPS全球定位系统定位信息的接收以及对各定位参数数据的提取方法。
引言
卫星导航技术的飞速发展已逐渐取代了无线电导航、天文导航等传统导航技术，而成为一种普遍采用的导航定位技术，并在精度、实时性、全天候等方面取得了长足进步。现不仅应用于物理勘探、电离层测量和航天器导航等诸多民用领域，在军事领域更是取得了广泛的应用--在弹道导弹、野战指挥系统、精确弹道测量以及军用地图快速测绘等领域均大量采用了卫星导航定位技术。有鉴于卫星导航技术在民用和军事领域的重要意义，使其得到了许多国家的关注。我国也于 2000年10月31日和12月21日成功发射了第一颗和第二颗导航定位试验卫星并建立了我国第一代卫星导航定位系统--"北斗导航系统"，但由于起步晚也没有得到广泛应用。目前在我国应用最多的还是美国的GPS系统。本文就针对当前比较普及的GPS系统，对其卫星定位信息的接收及其定位参数提取的实现方法予以介绍。
定位信息的接收
通常GPS定位信息接收系统主要由GPS接收天线、变频器、信号通道、微处理器、存储器以及电源等部分组成。由于GPS定位信息内容较少，因此多用RS-232串口将定位信息（NEMA0183语句）从GPS接收机传送到计算机中进行信息提取处理。从串口读取数据有多种方法，在此直接使用 Win32 API函数对其进行编程处理。在Windows下不允许直接对硬件端口进行控制操作，所有的端口均被视为"文件"，因此在对串口进行侦听之前需要通过打开文件来打开串口，并对其进行相关参数配置：
m_hCom=CreateFile("COM1",GENERIC_READ|GENERIC_WRITE,0,NULL,OPEN_EXISTING, FILE_FLAG_OVERLAPPED,NULL); file://以异步方式打开COM1口
SetCommMask (m_hCom, EV_RXCHAR ) ; file://添加或修改Windows所报告的事件列表
SetupComm (m_hCom,READBUFLEN/*读缓冲*/,WRITEBUFLEN/*写缓冲*/); // 初始化通讯设备参数
// 清除缓冲信息
PurgeComm (m_hCom, PURGE_TXABORT | PURGE_RXABORT | PURGE_TXCLEAR | PURGE_RXCLEAR) ;
// 对异步I/O进行设置
CommTimeOuts.ReadIntervalTimeout = MAXDWORD ; file://接收两连续字节的最大时间间隔
CommTimeOuts.ReadTotalTimeoutMultiplier =0; file://接收每字节的平均允许时间
CommTimeOuts.ReadTotalTimeoutConstant = 0 ; file://接收时间常数
SetCommTimeouts (m_hCom , &CommTimeOuts) ;
file://获取并设置串口
GetCommState ( m_hCom, &dcb) ;
dcb.BaudRate = CBR_4800;
dcb.ByteSize = 8;
dcb.Parity = ODDPARITY;
dcb.StopBits = ONESTOPBIT ;
SetCommState( m_hCom, &dcb);
在成功打开并设置通讯口后，可采取轮询串口和事件触发两种方式对数据进行接收处理，本文在此采取效率比较高的事件触发方式进行接收处理，通过等待EV_RXCHAR事件的发生来启动ReadFile函数完成对GPS定位信息的接收：
while(true){
WaitCommEvent (m_hCom,&dwEvtMask,NULL);
if (dwEvtMask&EV_RXCHAR == EV_RXCHAR)
if(ComStat.cbInQue>0)
ReadFile(m_hCom,m_readbuf,ComStat.cbInQue,&nLength,&olRead);
}
提取定位数据
GPS接收机只要处于工作状态就会源源不断地把接收并计算出的GPS导航定位信息通过串口传送到计算机中。前面的代码只负责从串口接收数据并将其放置于缓存，在没有进一步处理之前缓存中是一长串字节流，这些信息在没有经过分类提取之前是无法加以利用的。因此，必须通过程序将各个字段的信息从缓存字节流中提取出来，将其转化成有实际意义的，可供高层决策使用的定位信息数据。同其他通讯协议类似，对GPS进行信息提取必须首先明确其帧结构，然后才能根据其结构完成对各定位信息的提取。对于本文所使用的GARMIN GPS天线板，其发送到计算机的数据主要由帧头、帧尾和帧内数据组成，根据数据帧的不同，帧头也不相同，主要有"$GPGGA"、"$GPGSA"、"$ GPGSV"以及"$GPRMC"等。这些帧头标识了后续帧内数据的组成结构，各帧均以回车符和换行符作为帧尾标识一帧的结束。对于通常的情况，我们所关心的定位数据如经纬度、速度、时间等均可以从"$GPRMC"帧中获取得到，该帧的结构及各字段释义如下：
$GPRMC,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11>*hh
<1> 当前位置的格林尼治时间，格式为hhmmss
<2> 状态, A 为有效位置, V为非有效接收警告，即当前天线视野上方的卫星个数少于3颗。
<3> 纬度, 格式为ddmm.mmmm
<4> 标明南北半球, N 为北半球、S为南半球
<5> 径度，格式为dddmm.mmmm
<6> 标明东西半球，E为东半球、W为西半球
<7> 地面上的速度，范围为0.0到999.9
<8> 方位角，范围为000.0到 359.9 度
<9> 日期, 格式为ddmmyy
<10> 地磁变化，从000.0到 180.0 度
<11> 地磁变化方向，为E 或 W
至于其他几种帧格式，除了特殊用途外，平时并不常用，虽然接收机也在源源不断地向主机发送各种数据帧，但在处理时一般先通过对帧头的判断而只对 "$GPRMC"帧进行数据的提取处理。如果情况特殊，需要从其他帧获取数据，处理方法与之也是完全类似的。由于帧内各数据段由逗号分割，因此在处理缓存数据时一般是通过搜寻ASCII码"$"来判断是否是帧头，在对帧头的类别进行识别后再通过对所经历逗号个数的计数来判断出当前正在处理的是哪一种定位导航参数，并作出相应的处理。下面就是对缓存Data中的数据进行解帧处理的主要代码，本文在此只关心时间（日期和时间）和地理坐标（经、纬度）：
for(int i=0;i<DATALENGTH;I++){
if(Data=='$') file://帧头，SectionID为逗号计数器
SectionID=0;
if(Data==10){ file://帧尾
}
if(Data==',') file://逗号计数
SectionID++;
else {
switch(SectionID){
case 1: file://提取出时间
m_sTime+=Data;
break;
case 2: file://判断数据是否可信(当GPS天线能接收到有3颗GPS卫星时为A，可信)
if(Data=='A')
GPSParam[m_nNumber].m_bValid=true;
break;
case 3: file://提取出纬度
m_sPositionY+=Data;
break;
case 5: file://提取出经度
m_sPositionX+=Data;
break;
case 9: file://提取出日期
m_sDate+=Data;
break;
default:
break;
}
}
}
现在已将所需信息提取到内存，即时间、日期以及经纬度分别保存在CString型变量 m_sTime、m_Data、m_sPositionY和m_sPositionX中。在实际应用中往往要根据需要对其做进一步的运算处理，比如从 GPS接收机中获得的时间信息为格林尼治时间，因此需要在获取时间上加8小时才为我国标准时间。而且GPS使用的WGS－84坐标系也与我国采用的坐标系不同，有时也要对此加以变换。而这些变换运算必须通过数值运算完成，因此需要将前面获取的字符型变量转化为数值型变量，这部分工作可放在检测到帧尾完成：
::strcpy(buf,m_sTime);
str.Format("%c%c",buf[0],buf[1]);
GPSParam[m_nNumber].m_nHour=(atoi(str)+ %24; file://提取出小时并转化为24小时制北京时间
file://buf第2、3字节为分钟，4、5字节为秒，提取方法同上
……
::strcpy(buf,m_sDate);
str.Format("%c%c",buf[0],buf[1]); file://提取出月份
file://buf第2、3字节为天，4、5字节为年，提取方法同上
……
::strcpy(buf,m_sPositionY);
str.Format("%c%c",buf[0],buf[1]);
PositionValue=atoi(str);
str.Format("%c%c%c%c%c%c%c",buf[2],buf[3],buf[4],buf[5],buf[6],buf[7],buf[8]);
GPSParam[m_nNumber].m_dPositionY=PositionValue*60+atof(str); file://提取出纬度
……
::strcpy(buf,m_sPositionX);
if(m_sPositionX.GetLength()==10) file://经度超过90度(如东经125度)
{
str.Format("%c%c%c",buf[0],buf[1],buf[2]);
PositionValue=atoi(str);
str.Format("%c%c%c%c%c%c%c",buf[3],buf[4],buf[5],buf[6],buf[7],buf[8],buf[9]);
GPSParam[m_nNumber].m_dPositionX=PositionValue*60+atof(str); file://提取出经度(单位为分)
}
if(m_sPositionX.GetLength()==9) file://经度未超过90度(如东经89度)
{
file://处理方法同上，只是buf的第0、1字节为度数，2~9为分数。
}
到此为止，已将时间和经纬度信息提取到GPS结构数组GPSParam中的各个变量中去，后续的处理和高层决策可根据该结构中存储的数据作出相应的处理。
小结
本文结合主要的相关程序代码对GPS全球定位系统的定位导航信息的接收和参数数据的提取进行了讨论，同时也对串口的程序设计作了简要的讲述。通过本文的设计方法可以将GPS定位导航信息从GPS接收机完整接收，通过对定位参数的提取可将其应用于其他高层应用决策如各种GIS、RS系统等。本文程序在Windows 98下，由Microsoft Visual C++ 6.0编译通过。
GPS硬件在VC＋＋6.0中利用串行通信控件
文：崔杰 梁计春 王国军 来源：VC知识库 时间：2003-8-20 11:49:01 点击：453
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目前，在用计算机进行数据传输时，常用的是串行通信方式。在Visual C＋＋的编程中，既可以用Windows API函数进行串行通信编程，也可以利用环境自带的控件进行编程。利用 API函数编写实际应用程序时，往往要考虑多线程的问题，这样编出来的程序不但十分庞大，而且结构比较复杂，继承性差，维护困难。但是使用串行通信控件就相对简单一些，而且功能强大，性能安全可靠。
本文以Microsoft Communications Control（version 6.0）为例，介绍串行通信控件在VC＋＋中的使用方法。
嵌入通信控件
使用串行通信控件前，首先要进行系统注册。
1、在建立新工程时，将ActiveX Controls复选框选中，表示本程序支持ActiveX 控件。
2、单击Project菜单，从中选择Add to Project，在弹出的对话框中单击Components and Controls选项，然后在弹出的对话框中再单击Registered ActiveX Controls选项。
3、在列表中选择Microsoft Communications Control (version6.0)，形状为带有红色底座的黄色电话机。单击Insert按钮，确认后，会出现一个Confirm Classes对话框，其中列出了该控件的类名（CMSComm）、头文件名(MSComm.h)、执行文件名(MSComm.cpp)。
关闭此对话框，在程序主界面的控件列表中，可以看到该通信控件已被加入，拖动该控件就可以将其放入程序中。
编写通信程序
通信控件的工作原理类似于中断方式，当有通信事件发生时，如发送、接收数据，就会触发OnComm事件。在OnComm事件的处理函数中调用 GetCommEvent()函数，由该函数的返回值即可确定是什么类型的事件，并由此做出相应的处理。
下面以接收处理串口的GPS信号为例，说明该控件在编程中的具体应用。
利用MFC生成一个基于对话框的应用程序，对话框中的控件及其相应的消息与响应函数如下表所示。
利用MFC生成一个基于对话框的应用程序，对话框中的控件及其相应的消息与响应函数如下表所示。
控件名称 控件 ID 对应变量
通信控件 IDC_MSCOMM m_Comm
接收按钮 IDC_BUTTON_RECEIVEGPSDATA OnbuttonStartreceivegps()
GPS信号显示 IDC_EDIT_COMDATA m_comdata
停止接收按钮 IDC_BUTTON_ENDRECEIVEGPSDATA OnbuttonEndreceivegps()
设置控件各部分属性：
CommPort：1；
DTREnable：1；
InBufferSize：4096；
EOFEnable：TRUE；
Handshaking：nohandshaking；
InputMode：1－Binary；
NullDiscard：False；
Rthreshold：250；
RTSEnable：False；
Settings：9600，n，8，1；
Sthreshold：0。
部分程序如下：
//开始接收GPS信号
void CGpsDlg::OnButtonStartreceivegps()
{
//判断串口的状态，如果是关闭状态，则打开
if(!m_Comm.GetPortOpen() )
//打开串口
m_Comm.SetPortOpen(TRUE);
UpdateData(TRUE);
}
//停止接收GPS的信号
void CGpsDlg::OnButtonEndreceivegps();
{
//判断串口的状态，如果是打开状态，则关闭
if( m_Comm.GetPortOpen() )
m_Comm.SetPortOpen(FALSE);
UpdateData(FALSE);
}
//相应的OnComm事件处理
void CGpsDlg::OnComm()
{
m_comdata.Empty();
VARIANT m_input1;
COleSafeArray m_input2;
LONG length,i;
BYTE data[1024];
CString str;
//接收缓冲区内字符
if(m_Comm.GetCommEvent()== 2)
{
m_comdata.Empty();
//读取缓冲区内的数据
m_input1=m_Comm.GetInput();
//将VARIANT型变量转换为ColeSafeArray型变量
m_input2=m_input1;
//确定数据长度
length=m_input2.GetOneDimSize();
//将数据转换为BYTE型数组
for(i=0;i< length;i＋＋)
m_input2.GetElement(＆i,data＋i);
//将数组转换为CString型变量
for(i=0;i< length;i＋＋) {
char a=＊ (char ＊)(data＋i);
str.Format(“％c",a);
m_comdata ＋= str;
}
/＊在上面的程序中，先将VARIANT型变量
转换为ColeSafeArray型变量，再将其转换为
BYTE型数组，然后将数组转换为CString型变量，
以满足不同的变量类型显示数据的需要。＊/
//提取GPS信号
CString m_zjz;
m_zjz=m_comdata;
//寻找GPS信号的头标志
int s;
s=m_zjz.Find(“＄GPRMC,");
CString m_gps;
//NUM为所提取GPS信号的长度
m_gps=m_zjz.Mid(s,NUM);
int x;
x=m_gps.GetLength();
//信号长度不符合要求，则拒绝接收
if (x != NUM) {
m_gps.Empty();
}
//寻找所需要的GPS信号的头标志
int y;
y=m_gps.Find(“＄GPRMC,");
if (y != 0)
{
m_gps.Empty();
}
//m－gpsdata是已声明的类成员变量
m_gpsdata=m_gps;
}
}
这样就将GPS信号的数据流提取出来了。再通过简单的字符串操作就可以分别找出GPS信号中的经度、纬度以及相对应的格林威治时间等定位信息。
以上程序在Win98/95/NT、P133 PC机、ROCKWELL JUPITER GPS接收板环境下调试通过。 |
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IP卡
狗仔卡
发表于 2005-7-26 17:34:50
提升卡
置顶卡
沉默卡
喧嚣卡
变色卡
显身卡
发表于 2005-7-26 17:46:21
是的，要用GPS机接收数据的，不过如果使用GPSD就可以不用考虑这一层了。
Linux下很多软件通常是一个搞出设计的，结果就是软件很难用。Linux下软件是很多，好用的很少。