2019年整理基于單片機的GPS定位系統(tǒng)設(shè)計文獻綜述精品資料

1、本科畢業(yè)設(shè)計（文獻綜述）題 目 基于單片機的 GPS 定位系統(tǒng)設(shè)計姓名專業(yè)學(xué) 號 201指導(dǎo)教師信息工程學(xué)院二一五年五月基于單片機的 GPS 定位系統(tǒng)設(shè)計文獻綜述前言GPS衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)于上世紀 80年代末引入中國，目前主要在大地測量 （測繪、勘探 ）、海上漁業(yè)和車輛定位監(jiān)控等領(lǐng)域得到了比較廣泛的應(yīng)用。在全 球 GPS 應(yīng)用領(lǐng)域中，車輛應(yīng)用所占的比重最大，目前約占總數(shù)的40以上。1996 1997年間是 GPS車輛跟蹤系統(tǒng)市場的調(diào)整和充實時期。主要是公安、金 融等部門利用其專用的常規(guī)無線電臺 （異頻單工電臺 ）通信系統(tǒng)和模擬集群系 統(tǒng)，在全國三四十個城市建成了金融運鈔車和公安交警車輛跟蹤系統(tǒng)

2、。19982000年 GPS車輛跟蹤系統(tǒng)市場出現(xiàn)了快速增長的勢頭。隨著我國 GSM數(shù)字移 動通信系統(tǒng)的快速發(fā)展與全國普及，作為系統(tǒng)瓶頸問題的通信網(wǎng)絡(luò)通過采用 GSM 公眾網(wǎng)的短信息服務(wù)找到了新的出路，這對 GPS 車輛跟蹤系統(tǒng)的發(fā)展起 極大的促進作用 3 。我國現(xiàn)在擁有世界上最大潛力的衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用市場。經(jīng)過十多年的發(fā)展， 我國的衛(wèi)星導(dǎo)航用戶設(shè)備市場化的條件日趨成熟，批量化用戶群體正在逐步形 成，已進入應(yīng)用行業(yè)高速發(fā)展的時期。美國聯(lián)邦通信委員會規(guī)定，到 2005年美 國 95的用戶手機必須配有定位能力， 2003 年底前， 95的新手機有定位能 力。而移動電話與 GPS結(jié)合是最好的解決辦法。目前

3、，國際上一些主流手機制 造商如諾基亞、愛立信和三星等已開始使用集成的 GPS 芯片，而日本的日本電 信電話移動通信網(wǎng)公司、 KDDI 和美國的 Sprint、 Verizon、網(wǎng)信公司等電信運 營商也已開始或計劃提供基于 GPS 手機的位置服務(wù) 41 GPS 定位研究的意義GPS（Global Position System）是全球定位系統(tǒng)，具有全天候、高精度的特 點，伴隨著硬件配置的不斷提高，應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷的擴展，并逐步深入到了 人們的日常生活中。 GPS 已經(jīng)在經(jīng)濟、軍事、科研和社會生活各領(lǐng)域得到了廣 泛應(yīng)用，發(fā)揮著重要的作用。如在導(dǎo)航領(lǐng)域的一項新技術(shù)， GPS 用衛(wèi)星定位的 全球定位系

4、統(tǒng)。 GPS 最初由美國政府控制使用，是目前世界上最具權(quán)威性的導(dǎo) 航系統(tǒng)。它由 30 個（4作為備份星） 在軌道上運行的衛(wèi)星。早期的 GPS系統(tǒng)用 來限制民用信號的，定位精度約 100 多米，在 2000 年的限制取消 2。目前， GPS的民用信號的定位精度可以提供 10 多米。 GPS可以在許多領(lǐng) 域，如民用航空，車輛調(diào)度管理，整個陸地，海洋和空中導(dǎo)航范圍內(nèi)的深海運 輸，特別是在車輛定位和導(dǎo)航領(lǐng)域中使用， GPS 全球衛(wèi)星定位技術(shù)與了廣泛的 應(yīng)用。隨著應(yīng)用領(lǐng)域的日益擴大，中國衛(wèi)星導(dǎo)航儀的市場規(guī)模已從 2000年的不 到 10 億元增長到了 2009 年的 120 億元。發(fā)現(xiàn)準確的目的地及周邊

5、環(huán)境的 LED 的繁榮 GPS 導(dǎo)航產(chǎn)品市場需求。據(jù) 有關(guān)統(tǒng)計，全國 GPS 導(dǎo)航設(shè)備普及率達到 90%在歐美國家，日本更是超過 95%。一個對 3G 應(yīng)用與創(chuàng)新的專業(yè)觀的調(diào)查顯示，百分之 17.79的受訪者選擇 了 3G 網(wǎng)絡(luò)視頻對話，百分之 15.34 的受訪者選擇了 GPS和地圖搜索，在 3G時 代的到來，對 GPS 和電子地圖的關(guān)注，足以顯示其在日常生活中的重要性。此外，消費者和市場的需求也促進了航運業(yè)的發(fā)展和成熟。 2009，中國的 民用汽車保有量達到一億七千萬但是裝載導(dǎo)航設(shè)備的車輛，還不足 70萬輛。盡 管不少汽車廠家對其高端車型在出廠前就安裝了導(dǎo)航系統(tǒng)，以低端車型也可選 導(dǎo)航其它

6、產(chǎn)品和服務(wù)，但價格昂貴，車載導(dǎo)航系統(tǒng)（ GPS 以 150000000美元花 冠連線然后安裝價格有 7000元，所以沒幾個人） 買一輛汽車非常實用導(dǎo)航配置 遺棄。按 20%個私家車保有量的平均年增長率的估計，導(dǎo)航產(chǎn)品的要求是一個 很大的增值。因此，研究和開發(fā)必要的 GPS 是適應(yīng)大眾的要求的 82 GPS 定位國外市場的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢目前，以 GPS 為代表的衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用產(chǎn)業(yè)已成為當今國際公認的八大無線 產(chǎn)業(yè)之一。隨著技術(shù)的進步、應(yīng)用需求的增加， GPS 以全天候、高精度、自動 化、高效率等顯著特點及其所獨具的定位導(dǎo)航、授時校頻、精密測量等多方面 的強大功能，已涉足眾多的應(yīng)用領(lǐng)域，使 GPS成

7、為繼蜂窩移動通信和互聯(lián)網(wǎng)之 后的全球第三個 IT 經(jīng)濟新增長點。1 主要應(yīng)用領(lǐng)域(1)民用領(lǐng)域在定位導(dǎo)航方面， GPS 的使用對象主要是汽車、船舶和飛機等運動物體。 例如船舶遠洋導(dǎo)航和進港引水，飛機航路引導(dǎo)和進場降落，汽車自主導(dǎo)航定位， 地面車輛跟蹤和城市智能交通管理等。此外，對于警察、消防及醫(yī)療等部門的 緊急救援、追蹤目標和個人旅游及野外探險的導(dǎo)引等， GPS 都具有得天獨厚的 優(yōu)勢。在日常生活中， GPS 還可用于人身受到攻擊危險時的報警，特殊病人、 少年兒童的監(jiān)護與救助，生活中遇到各種困難時的求助等。使用時只需按動帶 有移動位置服務(wù)的 GPS 手機按鈕，警務(wù)監(jiān)控中心和急救中心在幾秒鐘內(nèi)便

8、可獲 知報警人的位置并提供及時的救助 6。目前國際上具有代表性的 GPS 公司，主推測量儀器的有天寶公司、徠卡公 司、諾華達公司和佳瓦特公司等，主推導(dǎo)航設(shè)備和 GPS OEM板的有高明公司、 麥哲倫公司、摩托羅拉公司、洛克韋爾公司和瑟孚科技公司等。(2)軍事領(lǐng)域在軍事領(lǐng)域， GPS 也已從當初的為軍艦、飛機、戰(zhàn)車、地面作戰(zhàn)人員等提 供全天候、連續(xù)實時、高精度的定位導(dǎo)航，擴展到成為目前精確制導(dǎo)武器復(fù)合 制導(dǎo)的一種重要技術(shù)手段。其工作原理是利用彈上安裝的 GPS接收機接收 4 顆 以上導(dǎo)航衛(wèi)星播發(fā)的信號來修正導(dǎo)彈的飛行路線，提高制導(dǎo)精度。區(qū)別于誤差 較大、精度較低的民用標準定位服務(wù)，軍方使用的是精

9、密定位服務(wù)。資料顯示， 未配置 GPS 制導(dǎo)系統(tǒng)之前，美軍的 “戰(zhàn)斧”(BGM109C)巡航導(dǎo)彈的圓概率誤差 約為 9 米，在其慣性地形匹配制導(dǎo)系統(tǒng)中加入 GPS后，圓概率誤差降至 3米， 制導(dǎo)精度大大提高 5 。2 全球 GPS 產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu)與現(xiàn)狀GPS開始進入民用之后，使用者終端的 GPS產(chǎn)品便成了當前 GPS 主要的市 場內(nèi)容。一般來說， GPS的使用者終端主要是指各種用途的 GPS 接收機，例如 用于航空和航海的接收機、汽車導(dǎo)航設(shè)備、用于登山和休閑的手持式接收機等 類型的終端產(chǎn)品，而一般手持式 GPS 產(chǎn)品的組成部分，就如同移動電話或個人 數(shù)字助理(PDA)的結(jié)構(gòu)一樣，也包括了內(nèi)部的天線

10、、 芯片組和電池等， 以及外部 的按鍵和 LCD 面板等相關(guān)零組件。目前全球 GPS 相關(guān)廠商的產(chǎn)品中又以 GPS 應(yīng)用產(chǎn)品與內(nèi)部的專用芯片組發(fā)展最受關(guān)注。截至去年，全球約有十余家生產(chǎn) GPS 專用芯片的制造商，除了少數(shù)幾家是 以 GPS 芯片為主要產(chǎn)品的制造商，如瑟孚科技公司，其它則多為以通信芯片為 主的制造商，如飛利浦、摩托羅拉和科勝訊等。據(jù)估計，到2006 年 GPS 芯片的全球市場值將達 50 億美元。從上世紀 80 年代初期第一個 GPS 商用產(chǎn)品出現(xiàn)至今， GPS 產(chǎn)品重量從 100 磅(約為 45千克)降為 100 克，而價格也從十幾萬美元降為現(xiàn)在的幾百美元。目 前全球 GPS應(yīng)

11、用產(chǎn)品的制造商已超過 30 家以上，主要領(lǐng)導(dǎo)廠商有高明國際公 司、麥哲倫公司和天寶導(dǎo)航有限公司等。天寶公司以生產(chǎn)系統(tǒng)端的 GPS 產(chǎn)品為主，從軍用空軍流量控制系統(tǒng)到航空 用雷達系統(tǒng)皆在其營運范圍之內(nèi)。近年來，該公司進一步結(jié)合了無線通信的定 位技術(shù)，例如與英飛凌公司合作開發(fā)用于無線通信系統(tǒng)端的 First GPS架構(gòu)與 M loc 模塊，以期在無線定位設(shè)備市場中搶占先機 6。3 全球 GPS 市場狀況隨著應(yīng)用范圍的擴展， GPS 產(chǎn)品也逐漸成為全球無線通信終端市場一項重 要的產(chǎn)品，推動 GPS 產(chǎn)品市場高度成長的主要因素是汽車導(dǎo)航系統(tǒng)和結(jié)合無線 通信的 GPS產(chǎn)品的普及化。根據(jù)市場研究公司 AB

12、I 的報告， 2001年，這兩類 產(chǎn)品在 GPS 應(yīng)用產(chǎn)品市場的比率合計約為 38.7，到了 2005 年則將成長至 53.6，其它產(chǎn)品，如航空、航海、測量和農(nóng)業(yè)等合起來僅占46.4。不論是汽車導(dǎo)航系統(tǒng)或是 GPS 的通信應(yīng)用產(chǎn)品，主要的區(qū)域市場都是在美、 歐、日等三個地區(qū)。以汽車導(dǎo)航系統(tǒng)為例，由于電子地圖與消費電子技術(shù)的高 度發(fā)展，再加上智能型運輸系統(tǒng)的成熟，使得日本成為目前全球汽車導(dǎo)航系統(tǒng) 普及率與市場值最高的國家。 2000 年日本的汽車導(dǎo)航系統(tǒng)銷售值約為 670 萬美 元，占全球市場的 77.9，而歐洲與北美分別僅占 13.9與 6.9。不過 2004 年后，隨著汽車導(dǎo)航系統(tǒng)的日漸普及

13、，歐洲與北美的市場將成長至 710 萬美元 與 590 萬美元，各占市場比例的 27與 22.5，而日本市場則因為普及率高使 成長率逐漸趨緩。目前已經(jīng)推出整合無線通信與 GPS 解決方案的廠商有快速跟蹤公司 (SnapTrack)、瑟孚科技、天寶公司等，其中，又以快速跟蹤公司與瑟孚科技兩 家發(fā)展較為積極，且已有移動通信運營者或手機制造廠即將采用這兩家公司的 解決方案。成立于 1995 年的快速跟蹤公司是美國通信大廠高通公司的子公司， 自成立 以來即以 GPS 應(yīng)用于無線通信的技術(shù)為發(fā)展重點，目前快速跟蹤公司與高通公 司合作采用結(jié)合手機端與系統(tǒng)端的混合式解決方案作為無線定位服務(wù)之用，在 手機端部

14、分，由內(nèi)建于手機中的高通公司 MSM3300 芯片組將 GPS專用的 LNA 、 SAW、LC Filter 以及 GPS One處理器等組件整合在一起，讓手機得以具備接收 衛(wèi)星定位信號之功能， 另一方面， 則在系統(tǒng)端加裝快速跟蹤公司的 MMASIC 芯 片組接收 GPS 信號，再由系統(tǒng)端發(fā)射定位信號至手機端 7，以解決多路信號衰 減的問題。目前與該公司有合作關(guān)系的公司包括摩托羅拉、日本NEC、日本電信電話移動通信網(wǎng)公司 (NTT DoCoMo) 和美國得州儀器公司等。瑟孚科技公司無線定位技術(shù)的解決方案與快速跟蹤公司相似，也就是將其 SiRFLoc 架構(gòu)裝設(shè)在無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)端，讓無線基地臺可以接

15、收與傳送衛(wèi)星定位 資料，另一方面則是將其 SiRFstar芯片組嵌入手機的基頻上，或是采用 IP 整合 的方式將 GPS 接收機與手機芯片組整合為一。目前瑟孚科技公司在無線通信領(lǐng) 域主要的合作伙伴有日本電信電話移動通信網(wǎng)公司、愛立信、諾基亞和信號軟 件公司等。雖然具有 GPS 定位功能的手機市場潛力頗為看好，就現(xiàn)階段而言仍有幾項 障礙亟待克服： 首先，不論手機采用的是內(nèi)建 GPS芯片或是用外接 GPS模塊作 為解決方案，將無可避免地提高手機成本，也影響消費者購買的意愿；其次，GPS 組件運作時將會大幅提高手機的耗電量；最后，目前具有提供整合 GPS 芯 片與無線通信技術(shù)的公司仍屈指可數(shù)，且手機

16、制造大廠是否愿意采用現(xiàn)有的解 決方案，或是另外自行開發(fā)仍是未定之數(shù) 1。通過近 20年的發(fā)展， GPS產(chǎn)品已逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橄M電子產(chǎn)品， 且所能應(yīng)用的 范圍已擴展到日常生活中的通信、 PDA、定位信息等。不過，以現(xiàn)階段來看， 由于 GPS 接收機的單芯片化技術(shù)、 價格以及市場應(yīng)用服務(wù)等仍未臻成熟， 因此， 在樂觀地看待此市場發(fā)展時，諸如 GPS IC 設(shè)計的技術(shù)是否能達到手機或 PDA 所需的最小體積與耗電量、成本是否能降低以及內(nèi)建 GPS 的新手機是否能引起 消費者的青睞等問題，仍必須審慎地深入評估。3 GPS 定位在我國發(fā)展趨勢隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，特別是在加入 WTO 之后，完全可以相信，

17、具 有定位功能的 GPS 移動電話在中國將會有巨大的市場發(fā)展?jié)摿?，幾年之后將?越車輛應(yīng)用，成為 GPS應(yīng)用最大的領(lǐng)域。 “聯(lián)通無限 ”其中有一個功能是 “定位之 星”，它基于 GPS One，可提供目前移動通信領(lǐng)域精度最高、 最直觀的位置服務(wù)， 取代短信獲取位置信息的方式，用戶通過手機或網(wǎng)上地圖可實現(xiàn)精確到 5 米的 定位。有了這個功能，從交警維持交通安全、公安破案、物流的傳輸?shù)匠鲎馑?機及時地掌握交通情況，甚至孩子迷失或家人晚歸，都可以利用GPS One提供的正確位置信息，獲得其所在位置，極大地提高工作效率，為生活帶來便捷?！岸ㄎ恢恰蓖ㄟ^衛(wèi)星傳輸信息，并經(jīng)過中國聯(lián)通 GPS One服務(wù)器

18、，發(fā)送 到用戶手機上。一旦將 GPS 與無線通信和互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來，消費市場更將蓬勃 發(fā)展。特別是便宜實用、能進入家庭以及與個人關(guān)系密切的商品在中國將會有 市場，并大有可為。 這方面的典型應(yīng)用不少， 如 PDA、個人定位產(chǎn)品 (如尋人器、 引路儀、急救報警等 )以及貴重物品追蹤器和氣象探空儀等 7。國內(nèi) GPS 市場呈現(xiàn)出兩個重點發(fā)展趨勢。(1) 以車載導(dǎo)航為核心的移動目標監(jiān)控、管理與服務(wù)系統(tǒng)。在 GPS 應(yīng)用領(lǐng)域，車輛應(yīng)用所占的比例較大。 最初 GPS車輛應(yīng)用一般分為 車輛跟蹤和車輛導(dǎo)航兩大系統(tǒng)。但當摩托羅拉公司推出集車輛導(dǎo)航與跟蹤于一 體的車輛信息系統(tǒng)后，它就成了發(fā)展的方向。GPS 車輛定位

19、監(jiān)控系統(tǒng)主要有自導(dǎo)航應(yīng)用和中心監(jiān)控兩種方式。車輛監(jiān)控 系統(tǒng)是集 GPS 技術(shù)、無線通信技術(shù)和地理信息系統(tǒng)技術(shù)于一體的綜合車輛管理 系統(tǒng)。一般行業(yè)用戶的車船隊監(jiān)控都采用中心監(jiān)控方式，系統(tǒng)由監(jiān)控中心、位 于監(jiān)控中心的主站和安裝在移動車輛上的子站等 3 部分構(gòu)成。系統(tǒng)的工作原理 是：安裝在車輛上的 GPS 接收機根據(jù)收到的衛(wèi)星信息計算出車輛的當前位置， 通信控制器從 GPS 接收機輸出的信號中提取所需要的位置、速度和時間信息， 結(jié)合車輛身份等信息形成數(shù)據(jù)包，然后通過無線信道發(fā)往控制中心?？刂浦行?的主站接收子站發(fā)送的數(shù)據(jù)，并從中提取出定位信息，根據(jù)各車輛的車號和組 號等，在監(jiān)控中心的電子地圖上顯示出

20、來 3 。同時，控制中心的系統(tǒng)管理員可以查詢各車輛的運行狀況，根據(jù)車流量合理調(diào)度車輛（2）面向個人消費者的 GPS 終端產(chǎn)品。 芯片的小型化技術(shù)、生產(chǎn)成本的降低、體積與耗電量的減小等有利因素， 使 GPS 產(chǎn)品走下神壇、深入到人們的日常生活中。目前面向個人消費者的產(chǎn)品 主要有車載自主導(dǎo)航系統(tǒng)、移動監(jiān)控終端以及消費類電子產(chǎn)品 4。移動監(jiān)控終端是移動目標監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。有用于集裝箱等貨物、車 輛的跟蹤等領(lǐng)域的隱蔽式安裝產(chǎn)品，也有多功能的綜合車載平臺。但隨著產(chǎn)品 成本的降低與體積的微型化，市場上已出現(xiàn)供兒童、老人、病人甚至寵物等特 殊群體使用的手表類、尋人儀和兒童玩具型 GPS 產(chǎn)品。它們可佩帶

21、在身上，嵌 入老人的拐棍中，甚至植入體內(nèi) 6。與上述產(chǎn)品相比，各種個人消費類 GPS 電子產(chǎn)品則更加接近人們的生活。 有集成了 GPS 芯片和地理信息系統(tǒng)數(shù)字地圖的移動通信手機、 GPS手持機、GPS 手表，甚至 GPS 相機等，也有基于掌上電腦和筆記本電腦等移動設(shè)備的插卡 （CF 卡式 GPS接收機）式、外接（GPS接收機 ）式等集成產(chǎn)品。目前國內(nèi)市場上多見的 是高明公司、麥哲倫公司、 Navman 等外國公司品牌的 GPS 手持機和汽車導(dǎo)航 儀等。4 課題設(shè)計的結(jié)構(gòu)與功能本設(shè)計的主要目的是在單片機的理論基礎(chǔ)上，選用 IAP15W4K58S4 單片機 來提取 GPS 模塊的接收數(shù)據(jù)并由液晶顯

22、示接收數(shù)據(jù)。使用 NMEA 輸出命令， 結(jié)合單片機串行通信知識能實現(xiàn)對 GPS接收到的衛(wèi)星信息進行提取，并在液晶 顯示平臺上選擇性的顯示數(shù)據(jù)。(1) GPS模塊實現(xiàn)定位；(2) 單片機通過串口控制 GPS 模塊，獲得定位數(shù)據(jù)；(3) 根據(jù)需要把定位數(shù)據(jù)存儲在 EEPROM 或在液晶顯示模塊進行顯示；(4) 鍵盤實現(xiàn)功能選擇；(5) 看門狗電路確保系統(tǒng)的可靠性。5 結(jié)論在我國， GPS 已經(jīng)成為地基無線電跟蹤與測量系統(tǒng)的一種補充手段，但它 在導(dǎo)航和航天測控領(lǐng)域的應(yīng)用潛力卻令人矚目。例如，我國的導(dǎo)彈和航天測控 系統(tǒng)用戶可根據(jù)所需測量精度、 目標大小及動態(tài)特性的要求， 選擇導(dǎo)彈 /航天器， 裝載 GPS轉(zhuǎn)發(fā)機或 GPS接收及測量系統(tǒng)，以完成各類導(dǎo)彈、 衛(wèi)星、飛機和炮彈， 以及低空長弧段飛行目標等各種飛行體， 甚至多個目標的精確跟蹤和定位。 GPS 亦可為一切航天器 （衛(wèi)星、飛船等 ）精確定軌、定姿，定軌精度可達厘米級；也可 為載人航天器實時入軌和返回提供判斷信息；還可為航天器的交會對接，提供 高精度的相對位置、速度和姿態(tài)信息。此外， GPS 可為一切用戶提供高精度的 時間與頻率基準。十多