基于ARM的GPS数据接收系统的设计与实现

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基于ARM 的GPS数据接收系统的设计与实现
崔秋丽
(苏州工业职业技术学院 苏州 215104)
摘 要：基于地质勘探与测绘对地理位置信息的需要，设计了基于ARM 的GPS测量数据接收系统。从系统的硬件
组成、前端的GPS数据采集原理、采集过程中使用的软硬件方法进行了简要的说明，ARM 硬件资源丰富，运行速度
快，非常适于在嵌入式系统中使用；使用的GPS集成度高，能够获取载波相位测量数据，为高精度测量结果的获得提
供了必要条件。还使用统计学方法对采集到的数据进行分析、计算及结果评定等，并取得了良好效果，为测试的工程
化做了有益的尝试。
关键词：ARM；GPS；测绘；静态测量
中图分类号：TE967 文献标识码：B
Design and realization of the GPS measurement data
receiving system based on ARM
Cui Qiuli
(Suzhou Institute of Industrial Technology，Suzhou 215104)
Abstract：On the basis of the geological exploration and mapping needs tO the location information，it designs the GPS
measurement data receiving system ．The paper explains in details the system com ponents，method and principle of front—
end data collection，data analysis，calculation，assessment of results of GPS．In addition，it presents the parts of system
schematic diagram and system contro1 software instructions and SO on．which takes a useful attempt for test
engineering．
Keywords： ARM ；GPS；surveying and M apping；static measurement
0 引 言
测绘工作在国民经济建设、科学研究、国防建设及社
会发展中都发挥着重要的作用，它是利用测量仪器测定地
球表面自然形态的地理要素和地表人工设施的形状、大
小、空间位置及属性等，对空间数据进行分析、管理、存储
和显示等的综合应用。在测绘工作中，测绘工作与测量仪
器的发展息息相关。随着电子技术的快速发展，GPS[9_11]
(global positioning system全球定位系统)的发展趋势是：
精度高、功耗低、重量轻、操作简单、集成多种功能、海量数
据存储与处理。自从GPS引入到测绘工作中后，给整个测
绘系统带来了一场变革 ]。
本系统的主要功能是获取地理位置坐标数据，经处理
和存储，实现实时导航定位，而存储的包含原始测量信息
的数据，可以用来进行数据后处理。尽管GPS应用领域各
不相同，但就测量设备本身而言，其实质都是一样的，即获
取地理位置信息数据。因此，对GPS测量数据接收系统的
研究有着现实的意义。
1 硬件实现方法
作为一个完整的GPS导航定位系统，主要实现的功能
是通过GPS天线接收GPS信号，转换为包含了定位信息
的数字信号，通过串口接入基于ARM 的嵌入式系统[2]。
嵌入式系统运行相应软件，监听串口0]，当收到数据后对
数据进行解析，从而得到位置数据，对数据进行测量学上
的计算就可以应用到电子地图中去进行导航等；还可以把
包含高精度测量信息的数据保存下来，达到一定时间后下
载到计算机中，再用专业软件进行处理，从而得到高精度
测量数据。在系统运行过程中，需要与用户进行交互，所
以有界面及触摸屏、键盘、鼠标等输入设备 ]。整个系统
设计原理如图1所示。
系统整个硬件部分分为4个模块：数据源、用户界面、
数据链、数据处理核心，所有的部件集成在一起，示意图如
图2所示。
崔秋丽：基于ARM 的GPS数据接收系统的设计与实现 第1期
图1 系统的整体结构
图2 硬件部分示意
主机部分
2 软件实现方法
本系统运行的操作系统是Wince．NET 5，可以编写和
运行基于Windows精简指令集的windows程序。一般应
用的导航软件是基于电子地图的GIS软件，本系统提供标
准的数据接口，可以方便的接入导航软件 ；另外，对于面
向测量专业应用的软件是本文的重点。软件的工作流程
如图3所示。
图3 软件的工作流程
软件的数据处理流程及运行效果如图4所示。
I地学汁算l
I
、 r 、 r 、 『
I 采集数据
： 放样：
I独立地形点、 点、直线、曲线、 静态
I连续点、电力线等 道路、电力线放样
、 『
Il数据保存I
图4 软件的数据处理流程及运行效果
软件实现的功能是：运行在Wince．NET下，监测串口
数据，当检索到是GPS数据时，进行两种处理：一是对位置
信息进行计算，进行地学应用 ；二是保持原始测量数据，
将来下载到计算机中进行软件后处理。
3 静态数据计算分析
静态测量可以计算两点之间的精确相对关系，但实际
测量中一般都至少需要3台或以上GPS接收机进行测量，
这是因为测量误差是不可避免的，3台GPS接收机可以组
成三角形，三角形在数学上是稳定可靠的简单几何图形，
可以用来进行误差的计算、检定及分配”]。
工作的流程是先用多台GPS接收机固定在多个点上
连续记录一段时间后，把数据下载到计算机中，然后用软
件进行处理，软件处理的过程就是上面提及的双差固定求
解法，然后再形成的多个三角形中进行误差按照权的大小
进行分配，最后形成报告，如图5所示。
图5 3个测量文件的计算过程
第34卷 电 子测 量技术
如果知道某两点的坐标，就可以求出第三点的精确坐
标，并可以生成相应的计算报告，其中包含了详细的解算
信息，如表1～表5所示。
表1 平差报告项目信息
平差报告项目信息
坐标系统：
坐标系名称：WG 84
椭球长半轴：a：6 378 137．000 000
椭球扁率：f：1／298．257 224
投影名称：高斯投影
尺度：1．000 000 投影高：0．000 000
续表1
平差报告项目信息
X加常数：0．000 000 Y加常数：500 000．000 000
中央纬度：0中央子午线：120
表2 平差报告平差参数
平差报告项目信息
平差参数：
参考因子：0．52
平方检验(口一95 )：通过
自由度：3
表3 平差基线边
表4 检验列表
基线名 丁_X T-y T-Z
0 002 —+ O．17O 4 O．172 5 O．218 O
0 003．361 2
0 002 —， O．191 6 O．195 9 O．245 1
0 005．361 2
0 003 —+ O．166 2 O．168 2 O．2l2 6
0 005．361 2
r(Tau)检验直方图
r值分布图 一1 r +l
表5 自由网平差坐标
点名 纬度(D：M：s) 经度(D：M：S) 高程 点位
中误差／m 中误差／m 中误差／m中误差
31：13：33．794 76N 120：38：55．492 53E 13．464 7
1 0002 0．000 3
0．000 2 0．000 1 0．000 2
31：13：45．084 53N 120：38：55．555 54E 13．463 8
2 0003 0．000 3
0．000 1 0．000 1 0．000 2
31：13：33．912 05N 120：38：31．526 09E 13．258 9
3 0005 0．000 3
0．000 2 0．000 1 0．000 2
· 108 ·
从计算结果中可以看出，一倍均方差只有不到1 mm，
相对误差最差的是基线0002—0003，但也有1：720 963(一般
要求小于1：200 00)，可以判定采集的数据质量优良，计算
结果可靠。
4 结 论
本文主要阐述了基于ARM 的GPS测量数据接收系
统的设计与实现。当前GPS都采用功能强大的CPU作为
系统的核心部件，如很多基于ARM 的GPS产品 ；并且
都使用先进的数据通信技术。本文的研究重点是研制适
用于高精度测量用的GPS，从研究的方向及数据的处理都
体现了这一设计思想。卫星导航系统发展至今，GPS系统
已经不是唯一的选择了，这样，研究其他卫星导航系统的
工作就显得很具前瞻性，多星系统将来会大放异彩。
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作者简介
项赵嘉，男，1986年7月出生，工学硕士，主要研究方向
为数字集成电路自动测试系统。
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作者简介
崔秋丽，女，1978年8月出生，工学硕士，讲师，研究方
向为电子应用技术自动控制技术等。
E—mail：cuiql@silt．cn
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2014-9-29 20:06 上传

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