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1、实时GPS定位应用中定位数据的提取【摘要】随着我国航天技术的飞速发展，卫星导航技术已普遍运用于航天发射飞行的设计上。目前全球定位系统（GPS）的应用已经越来越广泛，在实时性、精度和全天候等方面有着很大的进步。现在，GPS不仅在卫星导航技术上发挥着它的重要作用，在对物理勘探和电离层测量以及军事领域等都取得了广泛的应用。从GPS接收机中来为各类用户提供精密的时间、速度和三维坐标等信息，是实现实时定位的首要任务，因此，全球定位系统已经成为各个国家在航天技术和军事领域实现现代化的重要标志。【关键词】GPS通信格式；GPS定位原理；定位数据GPS是全球定位系统的简称，是由美国国防部从20世纪70年代批准
2、开始研制的，该系统是以卫星为基础的无线电导航定位系统，其在海洋、航天和航空中能够进行全方位的实时定位和定时1。虽然说其最初目的是为军事用途而设计的，但是由于其精密所具有的的全球定位、优异的实时性、简便的观测、良好的抗干扰能力、丰富的功能和高效的保密性等优点，使其在很多领域都获得了广泛的应用。使用GPS 进行实时定位的关键，就是从GPS 接收机中提取适当的定位数据.以下本文就从GPS的定位原理、定位特点、数据通信格式和提取方法来进行阐述。1、GPS的定位原理GPS 全球定位系统主要是由空间星座部分、用户设备部分和地面监控三部分组成的2。目前GPS的空间星座部分和地面监控部分都是由美国来控制的，其
3、在GPS的用户设备中主要由处理软件和接收机硬件来组成的。1.1空间星座部分按照目前对全球定位系统的设计方案，GPS的空间部分是使用了24颗（21颗工作卫星，3颗备用卫星）高度精密的卫星组成的，它位于距地表大约20200千米的上空3。这24颗卫星都是以一个近似圆形的轨道来运行的，其运行的周期大约为12小时，在它分布的6个轨道面上都平均分布着4颗卫星，其轨道的倾角为550。在GPS的空间部分通过天文观测会发现，不管在全球的任何地方和任何时间，都能够观测到四颗以上的卫星，而且还能保持良好的定位解算精度的几何图形，这样就在时间上提供了连续的全球导航能力。但是，GPS的卫星会随着大气摩擦等问题，随着时间
4、的推移，其卫星导航的精度会逐渐的减低。1.2用户设备部分GPS的用户设备部分就是GPS的信号接收机。它主要的功能就是可以捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星，并跟踪这些卫星的运行。GPS 接收机的结构主要分为接收单元和天线单元两个部分，其完整的用户设备是由接收机硬件和软件以及其数据的后处理软件包构成的。在目前接收机的电源使用中一般都会采用机内和机外两种直流的电源，当捕获到所跟踪的信号后，通过测量接收天线到卫星的伪距离和所产生距离的变化率,解调出卫星轨道的参数等数据。根据这些数据，就可以按定位解算方法计算出用户所在的地理位置。1.3地面控制部分位于地面的控制系统主要是由监测站、主要接收控制站和
5、地面天线三部分所组成,主要接收控制站位于美国的科罗拉多州春田市，在地面的控制站主要是负责对卫星传回的数据讯息进行收集,并对收集的讯息的卫星的星历和大气的校正等数据进行分析研究4。 通过以上的研究观测发现，GPS的定位原理就是：卫星不间断地发送自身的星历参数和时间信息，用户接收到这些信息后，经过计算求出接收机的三维位置、三维方向以及运动速度和时间信息。2、 GPS的定位特点全球定位系统的定位特点主要有：定位精度高、全天候工作、多功能、应用广泛、操作简便、观测时间短等特点。2.1定位精度高经过实践证明，GPS相对定位精度在50KM以内可达10-6，100-500KM可达10-7m，1000KM可达
6、10-9m5。按照地球自转的角速度和扁率公式可以推断其精度： 地球自转的角速度w=7.292115105rad/s 扁率i/f=298.257839303在300-1500M工程精密定位中，1小时以上观测的解其平面位置误差小于1mm，与ME-5000电磁波测距仪测定的边长比较，其边长较差最大为0.5mm,校差中误差为0.3mm。2.2全天候工作 在目前全球定位系统的观测中，GPS观测可以不受白天黑夜、刮风下雨等任何气候的影响，能在一天24小时内的任何时间段进行观测工作。2.3多功能GPS系统不仅可以应用于导航技术系统，还能够应用于军事、地质勘查等行业，由于观测的精度十分的准确，其应用的领域也在
7、不断的扩大。随着全球定位系统的不断发展和精确度的提高，GPS系统在现代社会中的发展前景也十分的广泛。2.4操作简便 随着全球定位系统接收机的不断改进，其自动化的程度越来越该，子啊一定程度上已近达到了“傻瓜化”的操作程度。在接收机体积和重量的不断改进下，测量工作者的工作劳动强度和紧张程度都在不断地降低。2.5观测时间短随着GPS系统的不断发展，GPS新技术的软件不断的更新，目前，对20KM以内的相对静态数值进行定位，仅需15-20分钟；当快速的对相对定位值测量时，每个流动站与基准站之间的距离在15KM以内，流动站观测时间只需1-2分钟，然后可随时定位，每站观测只需几秒钟。3、GPS 数据通信格式
8、 目前，几乎所有的GPS厂商都是使用美国海洋电子设备制定的NMEA- 0183V20通信标准格式6。该格式为ASCII码字符串，它比较的直观和易于处理，在很多编程语言中都能够进行直接的判断，来提出用户所需要的数据。在GM-305系列接收机上可以输出6种语句，其中比较常见的就是GGA,GSV,RMC,VTG这四种，在全球定位系统接收机的输出语句上，其主要是按照串行通信协议，数据的格式为8个数据位、1 个起始位、一个停止位和无奇偶校验位。这种通信标准格式语句长达十多种，各种数据的句型都是以“$”开头的，这些数据主要根据帧头、帧尾以及帧内的数据信息组成的。根据每个数据帧的数值的不同，帧头也会有所不同
9、不，主要有：$(GGA-GlobalSystemFixData)$(GeographicPosition- Latitude/Longitude);$(GPSDOPandactive satellites);三种。 其中$GPRMC数据是GPS所推荐的最短数据，其数据帧的格式为：$GPRMC， 。在这些数据帧中，帧头标识了后续帧内数据的所有组成结构，各帧均以 作为帧尾标识一帧的结束，帧内数据之间要以逗号来隔开，其中代表回车，代表换行。输出的句型可以根据用户的需要来进行选择。 随着网络差分GPS的出现，现有的PTCM格式已经不能满足PTK测量技术的发展，目前RTCM委员会也正在致力于研究新的版本
10、，来对现有的数据格式进行完善和发展。4、GPS的提取方法 在GPS通常的提取方法中，一般是以为GPS接收机分配一个COM串口来进行数据传输，同时对无线通信设备的接口来说，也可以通过为其指定一个虚拟的串口进行通信7。在这两种提取方法中，接收机只要是处在工作运行的状态就可以源源不断地把接收的数据通过串口输送到计算机中。但是，在这些传送的信息中没有经过分类的信息在提取之前是不能利用的，同时相对于全球定位系统的数据处理，GPS的通信功能和计算机要慢很多，在一些情况下还会受到外力的阻塞，所以，就要通过程序将每个字段的信息从中提取出来，更好的发挥全球定位系统的定位功能，拓宽它的应用范围，提高它的定位准确度
11、。5、结语 全球定位系统目前已广泛的应用到社会的各个领域，本文通过对GPS全球定位系统的定位原理、定位特点、数据通信格式和提取方法进行的分析，可以发现全球定位系统是一个高效、便捷的系统设计。在对其定位导航信息的接收已经参数数据的提取中，将会使全球定位系统更加的适合现代 化的发展，能更好的应用于其他高层领域决策之中。【参考文献】1李宗标.用VC+6.0 开发计算机与GPS 通信的应用程序J.计算机工程,2011(4),4-82何香玲等. GPS 通信的NEMA 协议及定位数据的提取J.计算机应用与软件,2009.(5）49-513张忆等.基于卡尔曼滤波的车载GPS 定位研究J.电脑知识与技术,2009.（4）32-384C. W. Jiang.等.实时GPS 定位中的自适应故障检测J.战术导弹控制技术,2010.（4）109-1125牛司朋,王珏,刘增刚,车新帅. 基于GPS的智能导游系统中定位数据的提取方法研究J.中国新技术新产品. 2009 (1).51-606肖景林,王怀章. GPS测量技术及展望J. 东北水利水电. 2011(03).98-1057牛立,王景中. GPS导航数据提取的设计与研究J. 微型机与应用. 2010(20).56-72
