GPS的定位測(cè)向系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)

全球定位系統(tǒng)(GPS)是由美國(guó)國(guó)防部主要為滿(mǎn)足軍事部門(mén)對(duì)海、陸、空設(shè)施進(jìn)行高精度導(dǎo)航和定位而研制的全球性被動(dòng)式無(wú)線(xiàn)電的應(yīng)用，探討用VB實(shí)現(xiàn)GPS信息處理的方法仍是大家普遍關(guān)注的問(wèn)題。在Windows環(huán)境下通過(guò)VB編程語(yǔ)言及其提供的專(zhuān)門(mén)用于串口通信的MSComm控件，實(shí)現(xiàn)GPS接收機(jī)與計(jì)算機(jī)的串口通信。將GPS接收機(jī)的小型化OEM板與計(jì)算機(jī)相結(jié)合，利用其輸出的數(shù)據(jù)信息，配置相應(yīng)的外圍設(shè)備，即可方便、自主地實(shí)現(xiàn)基于GPS的衛(wèi)星測(cè)量及無(wú)線(xiàn)電導(dǎo)航、定位和定時(shí)于一體的多功能系統(tǒng)。

1 NMEA-0183協(xié)議

1.1 協(xié)議簡(jiǎn)介

NEMA協(xié)議是為了在不同的GPS導(dǎo)航設(shè)備中建立統(tǒng)一的RTCM(海事無(wú)線(xiàn)電技術(shù)委員會(huì))標(biāo)準(zhǔn)，由美國(guó)國(guó)家海洋電子協(xié)會(huì)(The National Marine ElectronicsAssociation，NMEA)制定的。目前大部分的GPS接收設(shè)備都遵循這一標(biāo)準(zhǔn)。該接口協(xié)議定義了在波特率為19 200的串口數(shù)據(jù)總線(xiàn)上傳輸電信號(hào)的需求、數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議和時(shí)間以及詳細(xì)的語(yǔ)句格式。

1.2 NMEA-0183語(yǔ)句格式

NMEA-0183語(yǔ)句格式一般為：“$”為語(yǔ)句起始標(biāo)志；“，”為域分隔符；“*”為校驗(yàn)和識(shí)別符，其后面的兩位數(shù)為校驗(yàn)和；“<CR>／<LF>”為終止符，表示回車(chē)、換行。本文以GPGGA信息語(yǔ)句為例，進(jìn)行詳細(xì)分析。

GPGGA：Global Positioning System Fix Data(GGA)(GPS定位信息)

$GPGGA，<1>，<2>，<3>，<4>，<5>，<6>，<7>，<8>，<9>，M，<10>，M，<11>，<12>*hh<CR><LF>

<1>UTC時(shí)間(世界協(xié)調(diào)時(shí))，hhmmss(時(shí)分秒)；

<2>緯度：格式為度度分分、分分分分(ddmm．mmmm，前面的0也將被傳輸)；

<3>緯度半球N(北半球)或者S(南半球)；

<4>經(jīng)度：格式為度度分分、分分分分(ddmm．mmmm，前面的0也將被傳輸)；

<5>經(jīng)度半球E(東經(jīng))或W(西經(jīng))；

<6>GPS狀態(tài)：0=未定位，1=非差分定位，2=差分定位，6=正在估算；

<7>正在使用解算位置的衛(wèi)星數(shù)量(00～12)(前面的0也將被傳輸)；

<8>HDOP水平精度因子(0.5～99.9)；

<9>海拔高度(-9 999.9 m～99 999.9 m)；

<10>地球橢球面相對(duì)大地水準(zhǔn)面的高度；

<11>差分時(shí)間(從最近一次接收到差分信號(hào)開(kāi)始的秒數(shù)，如果不是差分定位將為空)；

<12>差分站ID號(hào)：0000～1023(前面的0也將被傳輸，如果不是差分定位將為空)。

2 MSComm控件的應(yīng)用及數(shù)據(jù)采集

2.1 端口設(shè)置

由于GPS串行通訊參數(shù)是固定的“波特率=19200；無(wú)奇偶校驗(yàn)；數(shù)據(jù)位=8；停止位=1”，在編程時(shí)直接設(shè)置串口通訊參數(shù)便可以了。

主要程序段為：NMEA協(xié)議設(shè)置 MSComml．Settings=“19200，n，8，1”。

2.2 數(shù)據(jù)采集

MSComm控件提供兩種處理通信的方式：事件驅(qū)動(dòng)方式和查詢(xún)方式

(1)事件驅(qū)動(dòng)方式

On Comm事件被用于捕獲Communications事件及錯(cuò)誤。因此可在MSComm控件的On Comm事件中加入處理函數(shù)，以便在文本框區(qū)實(shí)時(shí)顯示、數(shù)據(jù)采集。

(2)查詢(xún)方式

查詢(xún)方式實(shí)質(zhì)上還是事件驅(qū)動(dòng)，在程序的每個(gè)關(guān)鍵功能之后，可以通過(guò)檢查CommEvent屬性的值來(lái)查詢(xún)事件和錯(cuò)誤。

本程序采用查詢(xún)式串口通訊，利用Timer控件，程序如下：

3 核心功能及其VB實(shí)現(xiàn)

軟件的核心部分主要是對(duì)獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理以提取完整的語(yǔ)句信息，同時(shí)解析出測(cè)向所需的位置、時(shí)間以及航向信息。

3.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

(1)預(yù)處理必要性。實(shí)際工作中，由于各種外界條件的影響接收機(jī)獲取的衛(wèi)星數(shù)據(jù)可能存在質(zhì)量問(wèn)題，同時(shí)采用查詢(xún)方式從串口提取數(shù)據(jù)也存在自身的限制性，比如：常常出現(xiàn)一條完整的語(yǔ)句(GPGGA／GPRMC語(yǔ)句等)在一次查詢(xún)中只接收了其中一部分的情況，我們需要對(duì)獲取的信息采用一些必要的預(yù)處理措施，以便于得到完整的語(yǔ)句信息進(jìn)行解析。[!--empirenews.page--]

(2)預(yù)處理思路。鑒于NMEA 0183協(xié)議規(guī)范，一條完整的衛(wèi)星語(yǔ)句是始于“$”，終于“CrLf(回車(chē)換行)”，我們可以利用VB內(nèi)部的字符串函數(shù)Split()函數(shù)對(duì)從串口緩沖區(qū)獲取的語(yǔ)句塊進(jìn)行分割，以CrLf為分割標(biāo)志，將分割結(jié)果存放于一個(gè)字符串?dāng)?shù)組中，然后檢查數(shù)組中的每一個(gè)字符串是否是一條完整的語(yǔ)句，剔除不完整信息。

(3)核心代碼

3.2 信息提取

程序以Select…Case…分支選擇結(jié)構(gòu)按照不同語(yǔ)句的句頭標(biāo)識(shí)(如$GPGGA，$HEHDT等)進(jìn)行相應(yīng)語(yǔ)句的解析模塊選擇。

(1)時(shí)間、位置信息解析模塊

(2)航向信息解析模塊

航向信息語(yǔ)句格式：$HEHDT，23.254，T*cc

(3)衛(wèi)星信息解析模塊

衛(wèi)星信息語(yǔ)句格式：

4 信息顯示

經(jīng)過(guò)以上數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理以及信息解析過(guò)程，我們已經(jīng)獲得了測(cè)向工程中所需要的位置信息、海拔高程信息以及航向角度信息。實(shí)現(xiàn)航向信息的圖形化顯示的實(shí)現(xiàn)思路：可以采用表盤(pán)式顯示方式，以粗短針表示航向角度的整數(shù)度數(shù)，以細(xì)長(zhǎng)針表示小數(shù)位置的航向度數(shù)。代碼實(shí)現(xiàn)方式如下：[!--empirenews.page--]

軟件界面整體效果圖如圖1所示。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文利用VB6.0 MSComm控件實(shí)現(xiàn)了GPS接收機(jī)定位測(cè)向功能的軟件開(kāi)發(fā)，通過(guò)對(duì)GPS通訊NMEA協(xié)議的分析，以GPGGA語(yǔ)句的“$GPGGA”串為例，給出了開(kāi)發(fā)GPS各項(xiàng)數(shù)據(jù)處理的方法。該方法具有簡(jiǎn)單、高效、實(shí)用的特點(diǎn)，并具有良好的實(shí)時(shí)性。該算法一般應(yīng)用于車(chē)載、戶(hù)外高山測(cè)量、以及實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)物體的定位和測(cè)向。也可用于實(shí)現(xiàn)導(dǎo)彈飛行過(guò)程中或快速移動(dòng)物體的方向測(cè)量和控制。