GPS的定位测向系统的软件实现

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全球定位系统(GPS)是由美国国防部主要为满足军事部门对海、陆、空设施进行高精度导航和定位而研制的全球性被动式无线电的应用，探讨用VB实现GPS信息处理的方法仍是大家普遍关注的问题。在Windows环境下通过VB编程语言及其提供的专门用于串口通信的MSComm控件，实现GPS接收机与计算机的串口通信。将GPS接收机的小型化OEM板与计算机相结合，利用其输出的数据信息，配置相应的外围设备，即可方便、自主地实现基于GPS的卫星测量及无线电导航、定位和定时于一体的多功能系统。

1 NMEA-0183协议

1.1 协议简介

NEMA协议是为了在不同的GPS导航设备中建立统一的RTCM(海事无线电技术委员会)标准，由美国国家海洋电子协会(The National Marine ElectronicsAssociation，NMEA)制定的。目前大部分的GPS接收设备都遵循这一标准。该接口协议定义了在波特率为19 200的串口数据总线上传输电信号的需求、数据传输协议和时间以及详细的语句格式。

1.2 NMEA-0183语句格式

NMEA-0183语句格式一般为：“$”为语句起始标志；“，”为域分隔符；“*”为校验和识别符，其后面的两位数为校验和；“<CR>／<LF>”为终止符，表示回车、换行。本文以GPGGA信息语句为例，进行详细分析。

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时间(世界协调时)，hhmmss(时分秒)；

<2>纬度：格式为度度分分、分分分分(ddmm．mmmm，前面的0也将被传输)；

<3>纬度半球N(北半球)或者S(南半球)；

<4>经度：格式为度度分分、分分分分(ddmm．mmmm，前面的0也将被传输)；

<5>经度半球E(东经)或W(西经)；

<6>GPS状态：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卫星数量(00～12)(前面的0也将被传输)；

<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>地球椭球面相对大地水准面的高度；

<11>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)；

<12>差分站ID号：0000～1023(前面的0也将被传输，如果不是差分定位将为空)。

2 MSComm控件的应用及数据采集

2.1 端口设置

由于GPS串行通讯参数是固定的“波特率=19200；无奇偶校验；数据位=8；停止位=1”，在编程时直接设置串口通讯参数便可以了。

主要程序段为：NMEA协议设置 MSComml．Settings=“19200，n，8，1”。

2.2 数据采集

MSComm控件提供两种处理通信的方式：事件驱动方式和查询方式

(1)事件驱动方式

On Comm事件被用于捕获Communications事件及错误。因此可在MSComm控件的On Comm事件中加入处理函数，以便在文本框区实时显示、数据采集。

(2)查询方式

查询方式实质上还是事件驱动，在程序的每个关键功能之后，可以通过检查CommEvent属性的值来查询事件和错误。

本程序采用查询式串口通讯，利用Timer控件，程序如下：

3 核心功能及其VB实现

软件的核心部分主要是对获取数据进行预处理以提取完整的语句信息，同时解析出测向所需的位置、时间以及航向信息。

3.1 数据预处理

(1)预处理必要性。实际工作中，由于各种外界条件的影响接收机获取的卫星数据可能存在质量问题，同时采用查询方式从串口提取数据也存在自身的限制性，比如：常常出现一条完整的语句(GPGGA／GPRMC语句等)在一次查询中只接收了其中一部分的情况，我们需要对获取的信息采用一些必要的预处理措施，以便于得到完整的语句信息进行解析。

(2)预处理思路。鉴于NMEA 0183协议规范，一条完整的卫星语句是始于“$”，终于“CrLf(回车换行)”，我们可以利用VB内部的字符串函数Split()函数对从串口缓冲区获取的语句块进行分割，以CrLf为分割标志，将分割结果存放于一个字符串数组中，然后检查数组中的每一个字符串是否是一条完整的语句，剔除不完整信息。

(3)核心代码

3.2 信息提取

程序以Select…Case…分支选择结构按照不同语句的句头标识(如$GPGGA，$HEHDT等)进行相应语句的解析模块选择。

(1)时间、位置信息解析模块

(2)航向信息解析模块

航向信息语句格式：$HEHDT，23.254，T*cc

(3)卫星信息解析模块

卫星信息语句格式：

4 信息显示

经过以上数据采集、数据预处理以及信息解析过程，我们已经获得了测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。实现航向信息的图形化显示的实现思路：可以采用表盘式显示方式，以粗短针表示航向角度的整数度数，以细长针表示小数位置的航向度数。代码实现方式如下：

软件界面整体效果图如图1所示。

5 结 语

本文利用VB6.0 MSComm控件实现了GPS接收机定位测向功能的软件开发，通过对GPS通讯NMEA协议的分析，以GPGGA语句的“$GPGGA”串为例，给出了开发GPS各项数据处理的方法。该方法具有简单、高效、实用的特点，并具有良好的实时性。该算法一般应用于车载、户外高山测量、以及实时动态物体的定位和测向。也可用于实现导弹飞行过程中或快速移动物体的方向测量和控制。