基于虛擬儀器技術(shù)的GPS信息采集系統(tǒng)方案

1、 PAGE25 / NUMPAGES31WORD資料. 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)基于虛擬儀器技術(shù)的GPS信息采集系統(tǒng)摘 要近幾年，以全球定位系統(tǒng)Global Positioning System，GPS為代表的定位與導(dǎo)航技術(shù)迅速開展，已經(jīng)進(jìn)入國民經(jīng)濟(jì)的各相關(guān)領(lǐng)域中，尤其是在農(nóng)業(yè)相關(guān)研究領(lǐng)域獲得越來越廣泛的應(yīng)用。GPS以其高精度、全天候和高效率的特點(diǎn)完全可以勝任設(shè)備定位以與數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?，因此，如何合理、高效的獲取GPS定位信號(hào)是目前定位與導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域中研究的熱點(diǎn)課題，也是本設(shè)計(jì)的研究目標(biāo)。本文闡述了目前國外定位與導(dǎo)航技術(shù)的開展現(xiàn)狀、研究成果以與存在的問題，并詳細(xì)介紹了在此根底上針對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)中GPS設(shè)備

2、與PC的聯(lián)機(jī)通信與信息提取問題。在分析NMEA-0183協(xié)議的根底上，探討了GPS信息采集與解析的關(guān)鍵技術(shù)與方法，并利用虛擬儀器技術(shù)和LabVIEW軟件編寫了GPS信號(hào)采集程序建立了GPS設(shè)備與PC間的串行通信。本研究設(shè)計(jì)的GPS信息采集系統(tǒng)使用LabVIEW軟件采集Trimble 5700 GPS接收機(jī)輸出的定位信息。GPS接收機(jī)與計(jì)算機(jī)的串口相連，LabVIEW程序從計(jì)算機(jī)串口讀取GPS信息并實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的顯示出來。在定位數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)可視化的同時(shí)，將原始數(shù)據(jù)進(jìn)展保存用于后續(xù)進(jìn)一步分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明，設(shè)計(jì)的GPS信息采集系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)采集GPS定位信息并顯示其運(yùn)動(dòng)軌跡，其功能達(dá)到了最初的設(shè)計(jì)目

3、標(biāo)。本設(shè)計(jì)對(duì)GPS 應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)、工作狀態(tài)監(jiān)測、信號(hào)質(zhì)量評(píng)估、導(dǎo)航儀性能分析等具有實(shí)用價(jià)值，也可作為定位結(jié)果優(yōu)化處理的數(shù)據(jù)源。關(guān)鍵詞：虛擬儀器 GPS LabVIEW采集系統(tǒng)GPS InformationAcquisition System Based on Virtual InstrumentTechnologyWu Zetao(College of Engineering, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China)Abstract:In recent years, the rapid development

4、of positioning and navigation technology,represented by Global Positioning System (GPS), has enteredin the relevant fields of the national economy.Especially, GPS has been widely used in agriculturerelatedresearch fields. With the characteristics of high precision, all-weather and high efficiency, G

5、PS is fully capable of positioningand 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 this design.This paper described the development st

6、atus at home and abroad, research achievements andexisting problemsof 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 and method of GPS information collection and analysiswas

7、 discussed based on the analysis of NMEA 0183 protocol.Virtual instrument technology and LabVIEW software was usedto develop a GPS signal acquisition program to establish theserial communication between PC and GPS equipment.The GPS information acquisition system designed in this study reads the posi

8、tioning information from a Trimble 5700 GPS receiver by using LabVIEW software. The GPS receiver connects with the serial port of a computer.A LabVIEWprogram reads GPS information from the serial port and display accurate track on a real time basis. With the dynamic, real-time visualizationof positi

9、oning data,theoriginal data can be saved for further analysis. Experiments resultsshow that, the GPS information acquisition system can collect real-time GPS positioning information and display the trajectory, which meets the original goals.This design has practical values to the development of GPS

10、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 LabVIEW acquisition system目 錄 TOC o 1-1 h z u t 標(biāo)題 2,1,標(biāo)題 3,1 HYP

11、ERLINK l _Toc3559513861前言 PAGEREF _Toc355951386 h 1HYPERLINK l _Toc3559513871.1 課題的研究背景 PAGEREF _Toc355951387 h 1HYPERLINK l _Toc3559513881.2 課題研究的意義 PAGEREF _Toc355951388 h 1HYPERLINK l _Toc3559513891.3 國外開展現(xiàn)狀與趨勢(shì) PAGEREF _Toc355951389 h 2HYPERLINK l _Toc3559513901.4 本文研究容 PAGEREF _Toc355951390 h 4H

12、YPERLINK l _Toc3559513912 虛擬儀器與LabVIEW PAGEREF _Toc355951391 h 5HYPERLINK l _Toc3559513922 .1 虛擬儀器簡介 PAGEREF _Toc355951392 h 5HYPERLINK l _Toc3559513932.2 LabVIEW簡介 PAGEREF _Toc355951393 h 6HYPERLINK l _Toc3559513942.3 LabVIEW 程序的構(gòu)成 PAGEREF _Toc355951394 h 6HYPERLINK l _Toc3559513953 理論分析與設(shè)計(jì) PAGEREF

13、 _Toc355951395 h 8HYPERLINK l _Toc3559513963.1 GPS數(shù)據(jù)傳送方式 PAGEREF _Toc355951396 h 8HYPERLINK l _Toc3559513973.2 GPS數(shù)據(jù)格式與數(shù)據(jù)處理 PAGEREF _Toc355951397 h 10HYPERLINK l _Toc3559513983.3 GPS數(shù)據(jù)顯示 PAGEREF _Toc355951398 h 14HYPERLINK l _Toc3559513993.4 GPS數(shù)據(jù)保存 PAGEREF _Toc355951399 h 15HYPERLINK l _Toc35595140

14、04 測試與實(shí)驗(yàn)分析 PAGEREF _Toc355951400 h 16HYPERLINK l _Toc3559514014.1 模擬實(shí)驗(yàn)測試 PAGEREF _Toc355951401 h 16HYPERLINK l _Toc3559514024.2 實(shí)地實(shí)驗(yàn)測試 PAGEREF _Toc355951402 h 18HYPERLINK l _Toc3559514034.2.1 GPS接收機(jī)簡介 PAGEREF _Toc355951403 h 18HYPERLINK l _Toc3559514044.2.2 實(shí)地實(shí)驗(yàn)過程 PAGEREF _Toc355951404 h 19HYPERLINK

15、 l _Toc3559514054.2.3 實(shí)地實(shí)驗(yàn)分析 PAGEREF _Toc355951405 h 19HYPERLINK l _Toc3559514065 結(jié)論 PAGEREF _Toc355951406 h 20HYPERLINK l _Toc3559514075.1 結(jié)論 PAGEREF _Toc355951407 h 20HYPERLINK l _Toc3559514085.2 討論和建議 PAGEREF _Toc355951408 h 21HYPERLINK l _Toc355951409參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc355951409 h 22HYPERLINK l _T

16、oc355951410附錄A 系統(tǒng)前面板 PAGEREF _Toc355951410 h 24HYPERLINK l _Toc355951411附錄B 系統(tǒng)程序框圖 PAGEREF _Toc355951411 h 25HYPERLINK l _Toc355951412致 PAGEREF _Toc355951412 h 26華南農(nóng)業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)成績?cè)u(píng)定表1前言1.1 課題的研究背景近幾十年，隨著計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)得到迅猛開展，定位和導(dǎo)航技術(shù)發(fā)也逐漸開始開展起來，特別是美國全球定位系統(tǒng)GPS的建立余丹等，2006，能夠?yàn)槿蛴脩籼峁┤驀懙亍⒑Ｑ笠耘c空間的位置、速度和時(shí)間等信息，這給定位技術(shù)

17、帶來了革命性的變革，使得定位和導(dǎo)航系技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)高速開展階段。GPS的最初研發(fā)只是為了軍事目的，如今這一系統(tǒng)已經(jīng)成為世界上應(yīng)用最廣泛的全球定位和導(dǎo)航系統(tǒng)。在全球經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程快速開展的時(shí)期，為了能夠更加高效、合理地利用資源，實(shí)現(xiàn)更加可靠、便捷的定位和導(dǎo)航服務(wù)，各個(gè)國家和地區(qū)也在尋求衛(wèi)星定位和導(dǎo)航系統(tǒng)的合作。進(jìn)入21世紀(jì)以來，定位和導(dǎo)航技術(shù)進(jìn)入國民經(jīng)濟(jì)的各相關(guān)領(lǐng)域中，獲得了廣泛的應(yīng)用，尤其是近幾年來在消費(fèi)和工業(yè)市場得到迅猛開展，并逐漸形成一個(gè)全新的技術(shù)領(lǐng)域，即智能定位系統(tǒng)(Intelligent Positioning System，IPS)。IPS就是通過采用先進(jìn)的定位、信息和通信等高新技術(shù)

18、，對(duì)傳統(tǒng)的定位系統(tǒng)與管理體制進(jìn)展改造，從而形成一種高精度、全天候、高效率新型現(xiàn)代定位系統(tǒng)。以GPS為代表的衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用產(chǎn)品逐漸成為現(xiàn)代社會(huì)信息來源的重要工具惠等，2012；Eastion RL，2001。衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)與通信、遙感和大眾消費(fèi)產(chǎn)品的相互融合將會(huì)創(chuàng)造出許多新產(chǎn)品和新服務(wù)，開拓出一個(gè)充滿商機(jī)的市場。目前，定位與導(dǎo)航技術(shù)的研究和應(yīng)用方興未艾，基于這樣的背景下設(shè)計(jì)開發(fā)一款GPS信息采集系統(tǒng)有其實(shí)際意義。1.2 課題研究的意義隨著信息時(shí)代的開展、科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，具有速度快、精度高的定位和導(dǎo)航技術(shù)開展迅速，GPS 應(yīng)用的圍和領(lǐng)域已愈來愈廣。GPS定位系統(tǒng)是美國新一代衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)，它由美國國

19、防部于1994年3月全面架設(shè)完成，由24 顆GPS衛(wèi)星組成，可覆蓋全球 98%的區(qū)域，并可以在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)為地球上的各類用戶提供所在地的經(jīng)緯度、海拔高度和時(shí)間等定位信息洪巖等，2011。由于GPS定位系統(tǒng)是一種高精度、全天候的實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)，并且具有定位速度快、精度高、使用費(fèi)用低和操作簡便等特點(diǎn)，所以在科學(xué)研究、工程技術(shù)、軍事領(lǐng)域與其相關(guān)學(xué)科中取得了廣闊的應(yīng)用空間。GPS 定位技術(shù)在科學(xué)研究中的主要應(yīng)用圍包括精細(xì)授時(shí)和時(shí)間同步、地球動(dòng)力學(xué)研究、氣象探測技術(shù)、電離層監(jiān)測等；在工程技術(shù)中的主要應(yīng)用圍包括控制網(wǎng)的建設(shè)、精細(xì)工程測量、工程結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測、智能交通導(dǎo)航等；在軍事領(lǐng)域中的主要應(yīng)用圍包括低

20、空遙感衛(wèi)星定軌、制導(dǎo)武器位置定位與導(dǎo)航、精細(xì)武器時(shí)間同步指揮等。同時(shí)，GPS定位技術(shù)還在娛樂休閑、體育運(yùn)動(dòng)、動(dòng)物跟蹤、精細(xì)農(nóng)業(yè)、林業(yè)管理、野外考察等人們的日常生活中發(fā)揮著重要的作用。GPS 定位技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷的擴(kuò)大，上至軍事科學(xué)，下至生產(chǎn)生活，已經(jīng)無所不在了。隨著 GPS 定位技術(shù)的不斷開展和進(jìn)步，不僅可以擴(kuò)展其應(yīng)的圍，而且還能降低相關(guān)定位產(chǎn)品開發(fā)過程中的生產(chǎn)本錢、技術(shù)本錢和管理本錢項(xiàng)鑫等，2009。GPS 設(shè)備定位儀通過對(duì)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)不同領(lǐng)域的研究，在科學(xué)技術(shù)相互結(jié)合、相互滲透、相互交叉的根底上，實(shí)現(xiàn)先進(jìn)科學(xué)技術(shù)資源的優(yōu)化配置，為新技術(shù)實(shí)際應(yīng)用創(chuàng)造良好的理論模型和應(yīng)用平臺(tái)，為以后市場

21、應(yīng)用打下一個(gè)良好的根底。采用 GPS 作為定位工具可以輕松地完成一系列煩瑣的工作，既能使人們更加快捷有效地工作，又能有力地促進(jìn)生產(chǎn)水平的提高。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和開展，GPS 定位技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用空間也將隨著社會(huì)的進(jìn)步和人們想象力的豐富而越來越廣闊，它在未來必將會(huì)發(fā)揮更大的作用。1.3 國外開展現(xiàn)狀與趨勢(shì)目前在世界上，只有少數(shù)幾個(gè)國家能夠自主研發(fā)全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。其中，以美國的GPS、俄羅斯的GLONASS、歐洲的伽利略全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和我國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)為代表的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)在業(yè)取得了廣泛的認(rèn)可和應(yīng)用。我國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，是我國自行研制開發(fā)的區(qū)域性有源三維衛(wèi)星定

22、位與通信系統(tǒng)CNSS，是繼GPS、GLONASS之后第三個(gè)成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)寧津生等，2013。GPS是美國國防部在子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的根底上建立開展起來的全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，GPS衛(wèi)星空間星座如REF _Ref355652816 h圖 1所示。自1974年以來，系統(tǒng)的建立經(jīng)歷了方案論證、系統(tǒng)研制和生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)等三個(gè)階段，是美國繼阿波羅計(jì)劃、航天飛機(jī)計(jì)劃之后的又一個(gè)龐大的空間計(jì)劃邱中軍，2012。在GPS設(shè)計(jì)之初，美國國防部的主要目的是使GPS系統(tǒng)能夠?yàn)楹ｊ懣杖娞峁?shí)時(shí)、全天候和全球性的導(dǎo)航服務(wù)，并用于情報(bào)收集、核暴監(jiān)測和應(yīng)急通訊等一些軍事目的。但隨著GPS系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用，被廣泛地應(yīng)用于飛機(jī)、

23、船舶和各種載運(yùn)工具的導(dǎo)航、高精度的測量、精細(xì)工程測量、地殼形變測量、地球物理測量、航天發(fā)射和衛(wèi)星回收等技術(shù)領(lǐng)域。GPS系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，引起了世界各國的關(guān)注。前聯(lián)在全面總結(jié)其第一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)CICADA優(yōu)劣的根底上，認(rèn)真吸收了美國GPS系統(tǒng)的成功經(jīng)驗(yàn)，自1982年10月，開始研制發(fā)射第二代導(dǎo)航衛(wèi)星GLONASS衛(wèi)星，至1996年共發(fā)射24+1顆衛(wèi)星，經(jīng)數(shù)據(jù)加載，調(diào)整和檢驗(yàn)，于1996年1月18日系統(tǒng)正式運(yùn)行，主要為軍用。GLONASS衛(wèi)星均勻地分布在3個(gè)軌道平面，軌道傾角為64.8，每個(gè)軌道上等間隔地分布8顆衛(wèi)星。衛(wèi)星距離地面高度為19100km，衛(wèi)星的運(yùn)行周期為11時(shí)15分鐘，GLONASS

24、系統(tǒng)可進(jìn)展衛(wèi)星測距。民用無任何限制，不收費(fèi)。民用的標(biāo)準(zhǔn)精度為：水平精度為5070m，垂直精度75m，測速精度15cm/s，授時(shí)精度為1s。GLONASS衛(wèi)星的平均工作壽命超過4.5年。1999年底補(bǔ)網(wǎng)發(fā)射了3顆衛(wèi)星，至2000年初，該系統(tǒng)只有7顆衛(wèi)星保持連續(xù)工作。2000年10月補(bǔ)網(wǎng)又發(fā)射了3顆衛(wèi)星。到2001年3月GLONASS系統(tǒng)中有13顆健全的衛(wèi)星。從2004年后，GLONASS系統(tǒng)根本上進(jìn)入了較好的運(yùn)營狀態(tài)。圖 SEQ 圖 * ARABIC1 GPS衛(wèi)星空間星座我國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BeiDouCOMPASSNavigation Satellite System)是我國正在實(shí)施的自主

25、研發(fā)、獨(dú)立運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，縮寫為BDS，與美國的GPS、俄羅斯的GLONASS、歐盟的伽利略系統(tǒng)兼容共用的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，并稱為全球四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)贠敏等，2012。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)2012年12月27日起提供連續(xù)導(dǎo)航定位與授時(shí)服務(wù)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由空間端、地面端和用戶端三局部組成?？臻g端包括5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星。地面端包括主控站、注入站和監(jiān)測站等假設(shè)干個(gè)地面站。用戶端由北斗用戶終端以與與美國GPS、俄羅斯“格洛納斯GLONASS、歐盟“伽利略GALILEO等其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)兼容的終端組成?？稍谌驀旌?、全天時(shí)為各類用戶提供高精度、高可靠定位、導(dǎo)航、授時(shí)服務(wù)，

26、并具有短報(bào)文通信能力，已經(jīng)初步具備區(qū)域?qū)Ш健⒍ㄎ缓褪跁r(shí)能力，定位精度優(yōu)于20m，授時(shí)精度優(yōu)于100ns。全球衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)從根本上解決了人類在地球與其周圍空間的導(dǎo)航與定位問題，其已被廣泛應(yīng)用于航空航海、交通運(yùn)輸、地形測量等諸多領(lǐng)域，并已在測量工作中得到較為廣泛的應(yīng)用，對(duì)經(jīng)典測量學(xué)的各個(gè)方面也產(chǎn)生了極其深刻的影響，如在地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測、工程技術(shù)和衛(wèi)星遙感等方面取得了許多寶貴經(jīng)驗(yàn)。各國的導(dǎo)航定位系統(tǒng)由原來的單一軍用逐漸轉(zhuǎn)化軍民兩用后，在一段時(shí)間得到高速的開展和應(yīng)用，并正在興起一個(gè)嶄新的領(lǐng)域，現(xiàn)在全世界各個(gè)國家正在投入大量的人力、物力進(jìn)展研究、開發(fā)和應(yīng)用。因此，衛(wèi)星導(dǎo)航定位產(chǎn)業(yè)的競爭將進(jìn)入新的階段。專

27、家們預(yù)測全球衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)未來的開展趨勢(shì)有：陸衛(wèi)星導(dǎo)航定位產(chǎn)品將會(huì)成為開展速度最快的 GPS 產(chǎn)業(yè)；多個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)間信息的相互兼容將明顯改善衛(wèi)星導(dǎo)航定位的誤差、精度和可靠性；單頻測地型接收機(jī)和導(dǎo)航定位接收機(jī)的生產(chǎn)和研發(fā)將開展到世界各個(gè)地區(qū)；幾個(gè)技術(shù)領(lǐng)先的廠家將繼續(xù)壟斷雙頻高精度測地型接收機(jī)的制造；在一定時(shí)期 GPS 將繼續(xù)保持其在導(dǎo)航定位產(chǎn)品中絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。近年來，GPS定位理論和軟件科學(xué)的開展促進(jìn)了GPS定位軟件的研發(fā)，一批滿足不同應(yīng)用需求 的GPS定位軟件亦已面世。國際上廣泛使用的GPS相對(duì)定位軟件有：美國麻省理工學(xué)院MIT和加州大學(xué)圣地亞哥分校Scripps海洋研究所SIO研制的GA

28、MIT/GLOBK，美國噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室JPL研制的GIPSY/OASIS軟件和瑞士BERNE大學(xué)研制的Bernese軟件。這些GPS數(shù)據(jù)處理軟件的研發(fā)大多數(shù)是基于VC+等傳統(tǒng)文本編程語言開發(fā)的，采用傳統(tǒng)文本編程語言開發(fā)需要熟練掌握復(fù)雜的編程語言，編程過程中需要考慮傳統(tǒng)編程語言的許多句法細(xì)節(jié)，同時(shí)文本編程語言不夠直觀，易懂。GPS信息采集系統(tǒng)需要人機(jī)界面，而文本編程語言的人機(jī)界面開發(fā)功能并不十分強(qiáng)大，開發(fā)人機(jī)界面相對(duì)較為復(fù)雜。1.4 本文研究容本設(shè)計(jì)基于文本編程語言開發(fā)GPS信息采集系統(tǒng)存在的問題，選擇采用基于虛擬儀器技術(shù)的LabVIEW編程語言作為系統(tǒng)的開發(fā)語言。LabVIEW 作為一種開放型

29、模塊化的程序設(shè)計(jì)語言，采用G語言進(jìn)展程序設(shè)計(jì)余莉等，2006，充分表達(dá)出它在語言程序設(shè)計(jì)上的諸多優(yōu)勢(shì)， 即具有功能強(qiáng)大的用戶界面、使用圖形編程方法來設(shè)計(jì)圖形程序、使用數(shù)據(jù)流編程、具有可獨(dú)立運(yùn)行的應(yīng)用程序、可充分提高用戶的效率、節(jié)約大量的時(shí)間和金錢等。同時(shí)，又不用擔(dān)心程序的質(zhì)量和運(yùn)行速度。LabVIEW 既適合編程經(jīng)驗(yàn)豐富的用戶使用，也適合編程經(jīng)驗(yàn)不足的工程技術(shù)人員使用，被譽(yù)為工程師和科學(xué)家的語言千鋒，2010。本課題主要進(jìn)展如下幾個(gè)方面的研究工作：1GPS信息采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試，針對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)中GPS設(shè)備與PC的聯(lián)機(jī)通信與信息提取問題，在分析NMEA-0183協(xié)議的根底上，探討了GPS信息

30、采集與解析的關(guān)鍵技術(shù)與方法，并利用LabVIEW 建立了GPS設(shè)備與PC間的串行通信，實(shí)現(xiàn)了對(duì)GPS定位信息的采集、存儲(chǔ)與對(duì)定位信息的實(shí)時(shí)顯示。2測試實(shí)驗(yàn)，包括利用串口調(diào)試助手進(jìn)展模擬實(shí)驗(yàn)與在華南農(nóng)業(yè)大學(xué)華山區(qū)足球場進(jìn)展的實(shí)地實(shí)驗(yàn)。2 虛擬儀器與LabVIEW2 .1虛擬儀器簡介虛擬儀器Virtual Instrument，VI是美國國家儀器公司National Instruments Corp，簡稱NI于1986年提出的程學(xué)慶，2009，它是在以計(jì)算機(jī)為核心的硬件平臺(tái)上，功能由用戶設(shè)計(jì)和定義，具有虛擬面板，其測試功能由測試軟件實(shí)現(xiàn)的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)。該概念的提出引發(fā)了傳統(tǒng)儀器領(lǐng)域的一場重大

31、變革，使得計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得以長驅(qū)直入儀器領(lǐng)域，和儀器技術(shù)結(jié)合起來，從而開創(chuàng)了“軟件即是儀器的先河薛新紅等，2006。虛擬儀器本質(zhì)上是虛擬現(xiàn)實(shí)方面的一個(gè)應(yīng)用結(jié)果，也就是說虛擬儀器是一種功能意義上的儀器。虛擬儀器充分利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，在計(jì)算機(jī)與其周邊硬件的支持下，利用系統(tǒng)軟件完成對(duì)數(shù)據(jù)的采集、控制、分析以與處理等多種功能毅剛，2006；Ellis WS etal，1991。通過軟硬件的配合來實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)儀器的各種功能，大大突破了傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)顯示、傳送和存儲(chǔ)等方面的限制，使用戶可以方便的對(duì)儀器進(jìn)展操作、維護(hù)和擴(kuò)展。虛擬儀器的主要載體是計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)和儀器的嚴(yán)密結(jié)合是目前儀器開展的一個(gè)

32、重要方向，它通過在計(jì)算機(jī)上加裝一組軟件或和其相關(guān)的設(shè)備，使得使用者在操作這臺(tái)計(jì)算機(jī)時(shí)，就像是在操作一臺(tái)傳統(tǒng)意義上的電子儀器。虛擬儀器的最大特點(diǎn)是在系統(tǒng)可以共享軟硬件資源，使得現(xiàn)代計(jì)算機(jī)與傳統(tǒng)儀器資源和 DSP 技術(shù)相互充分的結(jié)合起來，打破以往由廠家定義儀器功能的模式，可由用戶自己定義儀器的功能。在虛擬儀器中硬件僅僅是為了實(shí)現(xiàn)信號(hào)的輸入、輸出，軟件才是整個(gè)儀器的關(guān)鍵，使用一樣的硬件模塊，通過不同的軟件編程方案，就可以實(shí)現(xiàn)功能完全不同的儀器儀表，并可以很方便的改變和增減整個(gè)儀器系統(tǒng)的功能與規(guī)模。目前最有影響力和開展前景的虛擬儀器編程語言是NI公司設(shè)計(jì)的LabVIEWLaboratory Virtu

33、al Instrument Engineering Workbench和Labwindows/CVIC for Virtual Instruments。2.2LabVIEW簡介LabVIEW是目前國際上唯一的編譯型圖形化編程語言，即“G語言，這種編程語言使用“所見即所得的可視化技術(shù)建立人機(jī)界面，形象逼真，操作簡單金維香，2002；Gary W.Johnson etal，2005。它是用工程人員所熟悉的術(shù)語、圖形等圖形化符號(hào)代替常規(guī)的文本語言編程如BASIC、C語言等，具有豐富的和功能強(qiáng)大的函數(shù)庫，很多函數(shù)可直接以子程序的方式進(jìn)展調(diào)用，從底層各種數(shù)據(jù)采集板的控制子程序到大量的儀器驅(qū)動(dòng)程序；從根本

34、的功能函數(shù)到高級(jí)分析函數(shù)，幾乎涵蓋了儀器設(shè)計(jì)中需要的所有函數(shù)，同時(shí)LabVIEW還支持網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議TCP/IP、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換DDE和網(wǎng)絡(luò)化多媒體對(duì)象技術(shù)ActiveX等應(yīng)用軟件標(biāo)準(zhǔn)。它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實(shí)驗(yàn)室所承受，被公認(rèn)為是標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件程學(xué)慶，2009。LabVIEW軟件具有以下特點(diǎn)：1采用圖形數(shù)據(jù)流編程。2有專門用于數(shù)據(jù)采集和儀器控制設(shè)計(jì)的功能和開發(fā)工具庫。3擁有大量的調(diào)試手段。除了提供常規(guī)的程序調(diào)試機(jī)制，如單步、設(shè)置斷點(diǎn)以外，還提供了能夠更直觀、更清晰地觀測程序執(zhí)行流程的調(diào)試方法比如數(shù)據(jù)流動(dòng)態(tài)顯示、錯(cuò)誤句柄等，同時(shí)，它還提供兩種運(yùn)行狀態(tài)，即編輯狀態(tài)和執(zhí)行狀態(tài)，從

35、而將系統(tǒng)的開發(fā)與運(yùn)行環(huán)境有機(jī)地結(jié)合起來。4具有很強(qiáng)的靈活性，虛擬儀器的功能由用戶自己定義，這意味著可自由地組合計(jì)算機(jī)平臺(tái)、硬件、軟件以與各種實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)所需要的附件。2.3 LabVIEW 程序的構(gòu)成所有版本的 LabVIEW 應(yīng)用程序都包括前面板Front Panel、框圖程序Diagram Programme和圖標(biāo)/連接器Icon Connector三個(gè)局部。如果將虛擬儀器和標(biāo)準(zhǔn)儀器相比擬，那么前面板就相當(dāng)于儀器儀表的面板，框圖程序就相當(dāng)于儀器儀表部的功能部件，而圖標(biāo)/連接器就相當(dāng)于儀器儀表上的指示標(biāo)識(shí)和各個(gè)部件的連接接口袁媛等，2005。1前面板，前面板是圖形用戶界面，也就是虛擬儀器面板

36、，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)向用戶提供的綜合操作環(huán)境。LabVIEW前面板如REF _Ref355547528 h圖 2所示。圖 SEQ 圖 * ARABIC2LabVIEW前面板它主要由控制Control、指示Indicator和修飾Decoration三類控件組成，一般將控制和指示統(tǒng)稱為前面板的對(duì)象或控件。其中控制控件為前面板的核心控件，控制控件包括用戶輸入和顯示輸出兩大類功能。用戶輸入控件是指旋鈕、按鈕和轉(zhuǎn)盤等輸入裝置，這些是模擬儀器的輸入裝置，為 LabVIEW 的程序框圖提供數(shù)據(jù)；顯示輸出控件是指圖表、指示燈和儀表盤等顯示裝置，這些是模擬儀器的輸出裝置，用以顯示程序框圖獲取或生成數(shù)據(jù)。2框圖程序，

37、前面板設(shè)計(jì)完成后，可使用圖形化的函數(shù)添加源代碼來控制前面板上的對(duì)象。程序框圖是圖形化源代碼的集合，圖形化源代碼又稱 G 代碼或程序框圖代碼。在框圖程序中對(duì) LabVIEW 進(jìn)展編程，以控制和操作定義在前面板上的輸入和輸出功能?？驁D程序是由接線端、節(jié)點(diǎn)、結(jié)構(gòu)和連線四種元素構(gòu)成的，接線端是在前面板和程序框圖之間交換信息的端口，用以表示輸入控件或顯示控件的數(shù)據(jù)類型。默認(rèn)狀態(tài)下，前面板的對(duì)象顯示為圖標(biāo)接線端；節(jié)點(diǎn)是程序框圖上的對(duì)象，具有輸入輸出端，在程序運(yùn)行時(shí)進(jìn)展運(yùn)算。節(jié)點(diǎn)相當(dāng)于文本編程語言中的子程序、函數(shù)或運(yùn)算符；結(jié)構(gòu)是文本編程語言中的循環(huán)和條件語句的圖形化表示，它可對(duì)代碼塊進(jìn)展重復(fù)操作，有條件執(zhí)行

38、或按特定順序執(zhí)行代碼；連線是端口間的數(shù)據(jù)通道，它類似于文本編程語言中的變量。在連線中數(shù)據(jù)是單向流動(dòng)的，從源端口向一個(gè)或多個(gè)目的端口流動(dòng)，不同的線型代表不同的數(shù)據(jù)類型，在顏色、粗細(xì)和樣式上都有明顯的區(qū)別，LabVIEW框圖程序如REF _Ref355547579 h圖 3所示。圖 SEQ 圖 * ARABIC3 LabVIEW框圖程序3圖標(biāo)/連接器，圖標(biāo)是 LabVIEW 的圖形化表示，可包含文字、圖形或圖文組合，在程序框圖中右上角將顯示所代表的圖標(biāo)，可雙擊圖標(biāo)進(jìn)展修改或編輯。連接器相當(dāng)于文本編程語言中的函數(shù)或子程序，用于顯示 LabVIEW 中所有輸入控件和顯示控件接線端，以便將該器件作為子器

39、件調(diào)用。連接器在其輸入端接收數(shù)據(jù)，然后通過前面板的輸入端傳輸至程序框圖中，并從前面板的顯示控件中接收程序框圖的運(yùn)算結(jié)果傳輸至其輸出端。3 理論分析與設(shè)計(jì)3.1 GPS數(shù)據(jù)傳送方式計(jì)算機(jī)通過串行接口Serial Interface與GPS儀器進(jìn)展通信。串行接口簡稱串口，也稱串行通信接口，是采用串行通信方式的擴(kuò)展接口黃暉等，2010，如REF _Ref354139499 h圖 4所示。串行接口數(shù)據(jù)是一位一位地順序進(jìn)展傳送，其特點(diǎn)是通信線路簡單，只需要一對(duì)傳輸線就可以實(shí)現(xiàn)雙向通信，從而大大降低了本錢，特別適用于近距離通信，但傳送速度較慢。電腦一般有兩個(gè)串行口：COM1和COM2。串口通信包括同步串行

40、通信方式和異步串行通信方式兩種最根本的方式。串行接口按電氣標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議來區(qū)分包括有一般電腦應(yīng)用的RS-232使用 25 針或 9 針連接器和工業(yè)電腦應(yīng)用的半雙工RS-485與全雙工RS-422等。本系統(tǒng)采用異步串行通信方式，GPS數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE之間利用RS-232接口進(jìn)展數(shù)據(jù)交換。圖 SEQ 圖 * ARABIC4串行接口系統(tǒng)串口通信設(shè)計(jì)主要利用LabVIEW提供的函數(shù)來實(shí)現(xiàn)。LabVIEW針對(duì)計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)的串行口提供了一組串行口通信子函數(shù)來承當(dāng)對(duì)編程的支持，如REF _Ref354139530 h圖 5所示。它們依次是：Serial Port Init；Serial

41、 Port Write；Serial Port Read；Close Serial Driver；Bytes at Serial Port。通過對(duì)這幾個(gè)子函數(shù)的調(diào)用，就能開發(fā)出符合要求的LabVIEW串口通信程序任凱等，2009。圖 SEQ 圖 * ARABIC5LabVIEW串口函數(shù)本系統(tǒng)中LabVIEW串口程序如REF _Ref355550975 h圖 6所示，其中?！癡ISA 配置串口函數(shù)用于按設(shè)定的波特率、數(shù)據(jù)位等參數(shù)將指定的串口初始化， 該函數(shù)默認(rèn)設(shè)置了終止符“0 xA( 換行符 n 的16 進(jìn)制表示) 和超時(shí)時(shí)間( 默認(rèn)為10 s) 。而“ V ISA 讀取函數(shù)用于從串口緩存向程序

42、中返回?cái)?shù)據(jù)。當(dāng)以下任一條件滿足時(shí)該函數(shù)將停止讀取串口數(shù)據(jù)：1請(qǐng)求字節(jié)的數(shù)量等于或少于串口中待讀取字節(jié)的數(shù)量；2已經(jīng)收到了終止符；3在串口中沒有可用的數(shù)據(jù)且在超時(shí)時(shí)間沒有收到數(shù)據(jù)。圖 SEQ 圖 * ARABIC6 系統(tǒng)串口程序3.2 GPS數(shù)據(jù)格式與數(shù)據(jù)處理GPS 主機(jī)和控制終端之間的數(shù)據(jù)交換協(xié)議一般都由生產(chǎn)廠商自行約定，各廠商間互不一樣。為了在不同的GPS導(dǎo)航設(shè)備中建立統(tǒng)一的BTCM( 海事無線電技術(shù)委員會(huì)) 標(biāo)準(zhǔn)，美國國家海洋電子協(xié)會(huì)NMEA(The National Marine Electronics Association)制定了NMEA 協(xié)議，定義了不同海事電子設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳輸接口

43、，該協(xié)議有0180、0182 和0183 等3 種版本，其中，NEMA-0183協(xié)議是目前使用最為廣泛的一種婷婷等，2006。目前許多GPS廠商開發(fā)的GPS接收機(jī)的數(shù)據(jù)都遵循NMEA-0183數(shù)據(jù)格式，該格式標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)成為國際通用的一種格式。該協(xié)議的容在兼容NMEA-0180和NMEA-0182的根底上，增加了GPS、測深儀、羅經(jīng)方位系統(tǒng)等多種設(shè)備接口和通訊協(xié)議定義，同時(shí)允許一些特定廠商對(duì)其設(shè)備通信自定協(xié)議。由于NEMA-0183標(biāo)準(zhǔn)的通用性和靈活性, 因而在全世界被廣泛使用。該協(xié)議采用ASCII碼，其串行通信默認(rèn)參數(shù)為：波特率=4800bps，數(shù)據(jù)位=8bit，開始位=1bit，停止位=1bi

44、t，無奇偶校驗(yàn)。一組標(biāo)準(zhǔn)的NMEA-0183數(shù)據(jù)由幀頭、幀數(shù)據(jù)和幀尾三局部組成。幀頭標(biāo)識(shí)了幀數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)與含義，主要有GPGGA、GPGSA、GPGSV、GPRMC、GPVTG 和 GPVGLL，GPZDA 七種格式，GPS 接收數(shù)據(jù)格式如REF _Ref354139586 h表 1所示。表 SEQ 表 * ARABIC1 主要的GPS接收數(shù)據(jù)格式序號(hào)幀頭說明最大幀長1234567GPGGAGPGSAGPGSVGPRMCGPVTGGPGLLGPZDA全球定位數(shù)據(jù)衛(wèi)星RPN數(shù)據(jù)衛(wèi)星狀態(tài)信息運(yùn)輸定位數(shù)據(jù)地面速度信息坐標(biāo)信息UTC時(shí)間和日期72652107034NEMA-0183格式數(shù)據(jù)串的所有字符均

45、為ASCII文本字符，數(shù)據(jù)傳輸以“語句方式進(jìn)展肖遠(yuǎn)亮，2006。幀頭數(shù)據(jù)以“$符號(hào)開頭，為GPS信息的起始標(biāo)志，其后兩位為信息源起始標(biāo)志2個(gè)字符，“GP標(biāo)識(shí)表示接收GPS信號(hào)，“GL標(biāo)識(shí)表示接GLONASS信號(hào)，“GN標(biāo)識(shí)表示接收多星信號(hào)，其后三位為信號(hào)信息標(biāo)志3個(gè)字符，它表示數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)與含義。幀數(shù)據(jù)中各字段以“，間隔表示數(shù)據(jù)的分隔符號(hào)，空字段保存逗號(hào)。每幀均以回車符“和換行符“作為幀尾，以標(biāo)識(shí)一幀數(shù)據(jù)的完畢。由于本系統(tǒng)只需要提取UTC時(shí)間、衛(wèi)星使用數(shù)、經(jīng)緯度以與海拔高度等GPS定位信息，所以選用 GGA數(shù)據(jù)格式，一條完整的 GGA 數(shù)據(jù)格式為$GPGGA，M，M，*hh，GGA 數(shù)據(jù)格式如R

46、EF _Ref354139609 h表 2所示。在提取GPS定位數(shù)據(jù)時(shí)，先判斷是否是起始標(biāo)志符“$，當(dāng)接收到“$字符后，才開始接收數(shù)據(jù)。由于本系統(tǒng)在初始配置中要求只輸出GGA數(shù)據(jù)格式的數(shù)據(jù)，所以并不檢查語句識(shí)別符的正確性，直接接收GGA格式的數(shù)據(jù)。在對(duì)數(shù)據(jù)的類別進(jìn)展識(shí)別后，再通過對(duì)數(shù)據(jù)中逗號(hào)個(gè)數(shù)的計(jì)數(shù)來判斷出當(dāng)前正在處理的是哪一種定位參數(shù)?！?字符為數(shù)據(jù)完畢標(biāo)志符，當(dāng)接收到“*字符時(shí)，那么完成一條數(shù)據(jù)的接收王威等，2009。在 GPS 定位數(shù)據(jù)提取流程中，并不是對(duì)所有的定位信息都進(jìn)展處理，只有接收到“$GPGGA這幾個(gè)字符時(shí)，才繼續(xù)接收數(shù)據(jù)。在接收過程中，假設(shè)接收到無意義的定位信息格式，那么重

47、新等待接收“$GPGGA，直到接收到“*時(shí)，才認(rèn)為是一條完整的GGA表 SEQ 表 * ARABIC2 GGA數(shù)據(jù)格式數(shù)據(jù)包字段標(biāo)識(shí)格式說明$GPGGAMM*hh起始標(biāo)志符與語句格式標(biāo)志UTC時(shí)間，格式為hhmmss.sss緯度，格式為ddmm.mmmm緯度半球，N或S北緯或南緯經(jīng)度，格式為 dddmm.mmmm經(jīng)度半球，E或W東經(jīng)或西經(jīng)定位質(zhì)量指示，0=定位無效，1=定位有效使用衛(wèi)星數(shù)量，從00到12水平精度因子，0.5到99.9天線所處海拔高度，-9999.9到9999.9米M表示單位米水準(zhǔn)面高度，-9999.9到9999.9米M表示單位米差分?jǐn)?shù)據(jù)時(shí)間間隔，單位為秒 差分參考基站標(biāo)號(hào)，00

48、00到1023 校驗(yàn)和完畢標(biāo)志xx 從$開始到*之間的所有ASCII碼的異或校驗(yàn)和回車換行格式的語句。根據(jù)GPGGA語句的格式，提取出相對(duì)應(yīng)的時(shí)間、經(jīng)緯度和速度等信息后，還需對(duì)提取到的信息做相應(yīng)的處理馬海瑞等，2011。其中又包括兩局部：第一，由于信息都是以字符形式給出的，所以要把信息轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的物理量；第二，對(duì)信息進(jìn)展必要的單位轉(zhuǎn)換。注意提取的時(shí)間為UTC時(shí)間世界標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，地球上共分為 24 個(gè)時(shí)區(qū)，每一個(gè)時(shí)區(qū)都有本地時(shí)間，為了有統(tǒng)一的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，國際上使用 UTC標(biāo)準(zhǔn)。UTC 是基于 GMT格林尼治標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)提供的準(zhǔn)確時(shí)間，它與時(shí)間所在的時(shí)區(qū)不同，時(shí)間比UTC 時(shí)間早八個(gè)小時(shí)。GPS 定位

49、數(shù)據(jù)提取流程圖如REF _Ref355551598 h圖 7所示。開始初始化接收數(shù)據(jù)是否為完整GGA數(shù)據(jù)? 首字符是否為“$按字符“，順次提取相關(guān)信息GPS定位信息格式轉(zhuǎn)換完畢Y Y N N GPS定位信息顯示圖 SEQ 圖 * ARABIC7 GPS定位數(shù)據(jù)提取流程圖LabVIEW在功能模板上的字符串子模板中提供了一整套的字符串處理函數(shù)，能夠完成各種字符串處理功能。NMEA- 0183語句解析程序代碼如REF _Ref354139664 h圖 8所示。在框圖程序中，左邊局部為 GGA 格式的數(shù)據(jù)提取，主要提取UTC時(shí)間、經(jīng)緯度、海拔高度和使用衛(wèi)星數(shù)等信息，右邊局部為數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換并顯示。圖

50、SEQ 圖 * ARABIC8NMEA- 0183語句解析程序代碼3.3 GPS數(shù)據(jù)顯示顯示那么是一個(gè)系統(tǒng)的人機(jī)界面問題。前面板的設(shè)置是否合理、友好決定了最終操作用戶使用的滿意程度。虛擬儀器的前面板有其本身的特殊之處, 因?yàn)榍懊姘宀粌H僅是顯示面面板，同時(shí)還是操作面板何秀慧等，2009。LabVIEW前面板的最大特色就是所見即所得，即在編程中排布的界面就是軟件運(yùn)行時(shí)的界面何香玲等，2007。設(shè)計(jì)人機(jī)交換界面主要從審美和方便實(shí)用的角度出發(fā)。軟件實(shí)現(xiàn)的界面如REF _Ref354139684 h圖 9所示。為了直觀的顯示定位信息，右邊用了很大一塊空間顯示運(yùn)動(dòng)軌跡，坐標(biāo)是經(jīng)緯度。中間是即時(shí)的定位信息，

51、包括UTC時(shí)間、經(jīng)緯度、海拔高度，衛(wèi)星數(shù)等必要的信息。最左邊是系統(tǒng)控制欄，包括串口配置、開始/停止按鈕。LabVIEW最吸引人的特性之一就是為數(shù)據(jù)的圖形化顯示提供了豐富的圖形顯示功能的控件，可使虛擬儀器前面板設(shè)計(jì)得更加形象、直觀，增強(qiáng)了用戶界面的表達(dá)能力，而且使用起來極其方便。本系統(tǒng)通過調(diào)用LabVIEW圖形顯示功能的控件，實(shí)時(shí)顯示物體的運(yùn)動(dòng)軌跡。圖 SEQ 圖 * ARABIC9GPS信息采集系統(tǒng)前面板3.4 GPS數(shù)據(jù)保存保存是系統(tǒng)的一個(gè)重要局部。完成了采集數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)后，需要把采集到的原始數(shù)據(jù)保存起來用作離線分析，又或者把分析完的數(shù)據(jù)保存起來以作更進(jìn)一步的處理利，2008。LabVIE

52、W有豐富的文件操作函數(shù)庫，可以方便地進(jìn)展文件的讀寫。LabVIEW可以讀寫文本文件、數(shù)據(jù)報(bào)表文件、二進(jìn)制文件和測試文件等，如REF _Ref354139717 h圖 10所示。使用LabVIEW圖形化編程語言可以很簡單的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)保存程序。圖 SEQ 圖 * ARABIC10 LabVIEW文件操作函數(shù)庫本系統(tǒng)采取了文本形式來進(jìn)展GPS數(shù)據(jù)的保存，數(shù)據(jù)保存格式如REF _Ref354139739 h圖 11所示。圖 SEQ 圖 * ARABIC11GPS數(shù)據(jù)保存4 測試與實(shí)驗(yàn)分析4.1 模擬實(shí)驗(yàn)測試串口調(diào)試助手是串口調(diào)試相關(guān)工具，有多個(gè)版本席東河等，2010。本系統(tǒng)采用友善串口調(diào)試助手進(jìn)展模擬實(shí)

53、驗(yàn)。友善串口調(diào)試支持常用的110-25600bps波特率與自定義波特率，可以自動(dòng)識(shí)別串口，能設(shè)置校驗(yàn)、數(shù)據(jù)位和停止位，能以ASCII碼或十六進(jìn)制接收或發(fā)送任何數(shù)據(jù)或字符，可以任意設(shè)定自動(dòng)發(fā)送周期,并能將接收數(shù)據(jù)保存成文本文件，能發(fā)送任意大小的文本文件。如REF _Ref355553437 h圖 12所示。圖 SEQ 圖 * ARABIC12 串口調(diào)試助手系統(tǒng)模擬實(shí)驗(yàn)利用計(jì)算機(jī)的兩個(gè)串口。通過友善串口調(diào)試助手從計(jì)算機(jī)一個(gè)串口發(fā)送NMEA-0183格式的數(shù)據(jù)，GPS信息采集系統(tǒng)從計(jì)算機(jī)的另一個(gè)串口采集串口調(diào)試助手發(fā)送的數(shù)據(jù)后進(jìn)展處理、分析后顯示。如REF _Ref355555194 h圖 13所示

54、。圖 SEQ 圖 * ARABIC13 串口連接串口初始化后，GPS信息采集系統(tǒng)采集開始采集串口調(diào)試助手發(fā)送的數(shù)據(jù)，如REF _Ref355555334 h圖 14所示。在“定位信息欄中可以看到系統(tǒng)采集到的UTC時(shí)間、經(jīng)緯度、海拔高度，衛(wèi)星數(shù)等信息，同時(shí)在“GPS定位信息動(dòng)態(tài)顯示欄中可以觀察到電子地圖實(shí)時(shí)顯示運(yùn)動(dòng)軌跡。通過模擬實(shí)驗(yàn)測試，可以證明該系統(tǒng)能夠很好的處理、分析和顯示GPS信息。圖 SEQ 圖 * ARABIC14 系統(tǒng)模擬實(shí)驗(yàn)界面4.2 實(shí)地實(shí)驗(yàn)測試4.2.1 GPS接收機(jī)簡介1Trimble 5700 GPS接收機(jī)：該接收機(jī)是一款美國Trimble 公司于2001 年下半年推出的新

55、型產(chǎn)品倪衛(wèi)明等，2003。一套完整的5700 系統(tǒng)通常由以下幾個(gè)部件連接而成：GPS 主機(jī)、GPS 衛(wèi)星天線、TSC1或TSCE手薄、數(shù)據(jù)鏈電臺(tái)等。該接收機(jī)常用的工作方式有3 種：靜態(tài)測量方式、動(dòng)態(tài)測量方式RTK、導(dǎo)航方式。隨著它的工作方式的不同，各部件的連接方式也有著細(xì)微的差異。如REF _Ref354151390 h圖 15所示。圖 SEQ 圖 * ARABIC15 Trimble 5700 GPS接收機(jī)2Novatel OEM615 接收機(jī)板卡：該接收機(jī)板卡為Novatel公司推出的體積小巧的多頻GNSS接收機(jī)，它可以接收GPS、GLONASS、Galieo、北斗、SBAS等多種信號(hào)，具

56、有DGPS、RTK、定向等多種功能選項(xiàng)，是目前體積最小、功能最完善的多頻點(diǎn)GNSS接收機(jī)。如REF _Ref355556993 h圖 16所示。圖 SEQ 圖 * ARABIC16 Novatel OEM615接收機(jī)板卡4.2.2 實(shí)地實(shí)驗(yàn)過程本次實(shí)地實(shí)驗(yàn)設(shè)備包括：Novatel OEM615 接收機(jī)板卡，Trimble 5700/5800 GPS Receivers，帶三角臺(tái)和天線適配器的三腳架，可移動(dòng)推車，計(jì)算機(jī)等。其中利用Trimble 5700 GPS Receivers 構(gòu)建GPS基準(zhǔn)站，利用Novatel OEM615 接收機(jī)板卡構(gòu)建GPS移動(dòng)站。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場如REF _Ref3555

57、58190 h圖 17所示。實(shí)驗(yàn)步驟大概如下：1搭建GPS基準(zhǔn)站和GPS移動(dòng)站并連接相關(guān)硬件設(shè)備2Novatel OEM615接收機(jī)板卡通過串口與計(jì)算機(jī)連接，打開GPS信息采集系統(tǒng)。3推動(dòng)推車?yán)@著足球場邊界行走，通過GPS信息采集系統(tǒng)記錄足球場的邊界GPS數(shù)據(jù)并動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)的在“GPS定位信息動(dòng)態(tài)顯示欄中顯示運(yùn)動(dòng)軌跡。4把測量獲取的GPS數(shù)據(jù)保存為文本文件以便后續(xù)的更進(jìn)一步分析。圖 SEQ 圖 * ARABIC17 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場圖4.2.3 實(shí)地實(shí)驗(yàn)分析在實(shí)地實(shí)驗(yàn)過程中，與模擬實(shí)驗(yàn)一樣，在GPS信息采集系統(tǒng)界面“定位信息欄中可以看到系統(tǒng)采集到的UTC時(shí)間，足球場邊界的經(jīng)緯度、海拔高度，以與采集GPS信

58、息使用的衛(wèi)星數(shù)等信息，同時(shí)在“GPS定位信息動(dòng)態(tài)顯示欄中可以觀察到電子地圖實(shí)時(shí)顯示推車在足球場運(yùn)動(dòng)軌跡，如REF _Ref355560712 h圖 18所示。通過繞足球場整個(gè)邊界采集的GPS數(shù)據(jù)進(jìn)展測試后，在界面中“GPS定位信息動(dòng)態(tài)顯示欄截得的推車運(yùn)動(dòng)軌跡圖與足球場實(shí)際形狀進(jìn)展比照分析可得，電子地圖能夠通過采集的GPS數(shù)據(jù)真實(shí)、形象的反映物體運(yùn)動(dòng)軌跡，如REF _Ref355559460 h圖 19所示。同時(shí)，在界面“定位信息存儲(chǔ)指定的計(jì)算機(jī)位置中，可以找到系統(tǒng)存儲(chǔ)的采集的GPS原始數(shù)據(jù)。圖 SEQ 圖 * ARABIC18 系統(tǒng)實(shí)地實(shí)驗(yàn)界面圖 SEQ 圖 * ARABIC19 軌跡圖比照5 結(jié)論5.1 結(jié)論針對(duì)信息化的開展要求和近年來GPS定位技術(shù)的廣泛應(yīng)用，本論文在查閱量參考文獻(xiàn)的根底上，利用LabVIEW開發(fā)的GPS數(shù)據(jù)采集與處理程序，該程序具有編程簡單、界面友好以與使用穩(wěn)定