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1、本科毕业设计基于虚拟仪器技术的GPS信息采集系统摘 要近几年，以全球定位系统（Global Positioning System，GPS）为代表的定位与导航技术迅速发展，已经进入国民经济的各相关领域中，尤其是在农业相关研究领域获得越来越广泛的应用。GPS以其高精度、全天候和高效率的特点完全可以胜任设备定位以及数据传输的需求，因此，如何合理、高效的获取GPS定位信号是目前定位与导航技术领域中研究的热点课题，也是本设计的研究目标。本文阐述了目前国内外定位与导航技术的发展现状、研究成果以及存在的问题，并详细介绍了在此基础上针对应用系统开发中GPS设备与PC的联机通信及信息提取问题。在分析NMEA-0
2、183协议的基础上，探讨了GPS信息采集与解析的关键技术与方法，并利用虚拟仪器技术和LabVIEW软件编写了GPS信号采集程序建立了GPS设备与PC间的串行通信。本研究设计的GPS信息采集系统使用LabVIEW软件采集Trimble 5700 GPS接收机输出的定位信息。GPS接收机与计算机的串口相连，LabVIEW程序从计算机串口读取GPS信息并实时、准确的显示出来。在定位数据动态、实时可视化的同时，将原始数据进行保存用于后续进一步分析。实验结果表明，设计的GPS信息采集系统能够实时采集GPS定位信息并显示其运动轨迹，其功能达到了最初的设计目标。本设计对GPS 应用系统开发、工作状态监测、信
3、号质量评估、导航仪性能分析等具有实用价值，也可作为定位结果优化处理的数据源。关键词：虚拟仪器 GPS LabVIEW 采集系统村民建房委员会应建立村级农房建设质量安全监督制度和巡查制度，选聘有责任心和具有一定施工技术常识的村民作为义务巡查监督员，开展经常性的巡查和督查。GPS Information Acquisition System Based on Virtual Instrument TechnologyWu Zetao(College of Engineering, South China Agricultural University, Guangzhou , China)Abst
4、ract: In recent years, the rapid development of positioning and navigation technology, represented by Global Positioning System (GPS), has entered in the relevant fields of the national economy. Especially, GPS has been widely used in agriculture related research fields. With the characteristics of
5、high precision, all-weather and high efficiency, GPS is fully capable of positioning and data transmission requirements. Therefore, the reasonable and efficient introduction of GPS positioning technology is a hot topic in the research field of positioning and navigation, and is also the objective of
6、 this design.This paper described the development status at home and abroad, research achievements and existing problems of the positioning and navigation technology, and introduced the GPS -based on-line communication and information acquisition of GPS equipment and PC system. The key technology an
7、d method of GPS information collection and analysis was discussed based on the analysis of NMEA 0183 protocol. Virtual instrument technology and LabVIEW software was used to develop a GPS signal acquisition program to establish the serial communication between PC and GPS equipment.The GPS informatio
8、n acquisition system designed in this study reads the positioning information from a Trimble 5700 GPS receiver by using LabVIEW software. The GPS receiver connects with the serial port of a computer. A LabVIEW program reads GPS information from the serial port and display accurate track on a real ti
9、me basis. With the dynamic, real-time visualization of positioning data, the original data can be saved for further analysis. Experiments results show that, the GPS information acquisition system can collect real-time GPS positioning information and display the trajectory, which meets the original g
10、oals.This design has practical values to the development of GPS application system, working status monitoring, signal quality assessment, and navigation system performance analysis. The system can also be used as the data source for positioning results optimization.Key words: virtual instrument GPS
11、LabVIEW acquisition system目 录1 前言11.1 课题的研究背景11.2 课题研究的意义11.3 国内外发展现状及趋势21.4 本文研究内容42 虚拟仪器与LabVIEW52 .1 虚拟仪器简介52.2 LabVIEW简介62.3 LabVIEW 程序的构成63 理论分析及设计83.1 GPS数据传送方式83.2 GPS数据格式及数据处理103.3 GPS数据显示143.4 GPS数据保存154 测试与实验分析164.1 模拟实验测试164.2 实地实验测试184.2.1 GPS接收机简介184.2.2 实地实验过程194.2.3 实地实验分析195 结论205.1
12、结论205.2 讨论和建议21参 考 文 献22附录A 系统前面板24附录B 系统程序框图25致 谢26华南农业大学本科生毕业设计成绩评定表I1 前言1.1 课题的研究背景近几十年，随着计算机和通信技术得到迅猛发展，定位和导航技术发也逐渐开始发展起来，特别是美国全球定位系统（GPS）的建立（余丹等，2006），能够为全球用户提供全球范围内陆地、海洋以及空间的位置、速度和时间等信息，这给定位技术带来了革命性的变革，使得定位和导航系技术进入了一个高速发展阶段。GPS的最初研发只是为了军事目的，如今这一系统已经成为世界上应用最广泛的全球定位和导航系统。在全球经济一体化进程快速发展的时期，为了能够更加
13、高效、合理地利用资源，实现更加可靠、便捷的定位和导航服务，各个国家和地区也在寻求卫星定位和导航系统的合作。进入21世纪以来，定位和导航技术进入国民经济的各相关领域中，获得了广泛的应用，尤其是近几年来在消费和工业市场得到迅猛发展，并逐渐形成一个全新的技术领域，即智能定位系统(Intelligent Positioning System，IPS)。IPS就是通过采用先进的定位、信息和通信等高新技术，对传统的定位系统及管理体制进行改造，从而形成一种高精度、全天候、高效率新型现代定位系统。以GPS为代表的卫星导航应用产品逐渐成为现代社会信息来源的重要工具（张惠等，2012；Eastion RL，200
14、1）。卫星导航技术与通信、遥感和大众消费产品的相互融合将会创造出许多新产品和新服务，开拓出一个充满商机的市场。目前，定位与导航技术的研究和应用方兴未艾，基于这样的背景下设计开发一款GPS信息采集系统有其实际意义。1.2 课题研究的意义随着信息时代的发展、科学技术的进步，具有速度快、精度高的定位和导航技术发展迅速，GPS 应用的范围和领域已愈来愈广。GPS定位系统是美国新一代卫星定位导航系统，它由美国国防部于1994年3月全面架设完成，由24 颗GPS卫星组成，可覆盖全球 98%的区域，并可以在任何时间、任何地点为地球上的各类用户提供所在地的经纬度、海拔高度和时间等定位信息（赵洪岩等，2011）
15、。由于GPS定位系统是一种高精度、全天候的实时定位系统，并且具有定位速度快、精度高、使用费用低和操作简便等特点，所以在科学研究、工程技术、军事领域及其相关学科中取得了广阔的应用空间。GPS 定位技术在科学研究中的主要应用范围包括精密授时和时间同步、地球动力学研究、气象探测技术、电离层监测等；在工程技术中的主要应用范围包括大地控制网的建设、精密工程测量、工程结构变形监测、智能交通导航等；在军事领域中的主要应用范围包括低空遥感卫星定轨、制导武器位置定位与导航、精密武器时间同步指挥等。同时，GPS定位技术还在娱乐休闲、体育运动、动物跟踪、精细农业、林业管理、野外考察等人们的日常生活中发挥着重要的作用。GPS 定位技术的应用领域正在不断的扩大，上至军事科学，下至生产生活，已经无所不在了。随着 GPS 定位技术的不断发展和进步，不仅可以扩展其应的范围，而且还能降低相关定位产品开发过程中的生产成本、技术成本和管理成本（项鑫等，2009）。GPS 设备定位仪通过对现代科学技术不同领域的研究，在科学技术相互结合、相互渗透、相互交叉的基础上，实现先进科学技术资源的优化配置，为新技术实际应用创造良好的理论模型和应用平台，为以后市场应用打下一个良好的基础。采用 GPS 作为定位工具可以轻松地完成一系列烦琐的工作，既能使人们更加快捷有效地工作，又能有力地促进生产水平的提
