[導讀]下載PDF閱讀器GPS(Global Positioning System)全球定位系統(tǒng)以其精密的全球定位、簡便的觀測、優(yōu)異的實施性和良好的抗干擾性能而獲得越來越多的應用.文中給出了基于ARM9微處理器的GPS在MIS系統(tǒng)中的應用與實現(xiàn)方法,同時給出了采用GARMIN公司的GPS OEM產品,并通過編程提取GPS接收數(shù)據的具體方法.
全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System——GPS)是上世紀70年代由美國國防部批準開始研制，并在子午儀衛(wèi)星導航系統(tǒng)的基礎上發(fā)展起來的。GPS系統(tǒng)一般包括三大部分。第一是空間部分，即GPS衛(wèi)星星座；第二是地面控制部分，也就是地面監(jiān)控系統(tǒng)；第三是用戶設備部分，主要指GPS信號接收機。GPS信號接收機的任務是捕獲一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測衛(wèi)星的信號，并跟蹤這些衛(wèi)星，然后對所接收到的GPS信號進行變換、放大和處理，以便測量出GPS信號從衛(wèi)星到接收機天線的傳播時間，再解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導航電文，最后實時計算出測站的三維位置、位置、甚至三維速度和時間。由于GPS衛(wèi)星發(fā)送的導航定位信號是一種可供無數(shù)用戶共享的信息資源，因此，對于陸地、海洋和空間的廣大用戶，只要擁有能夠接收、跟蹤、變換和測量GPS信號的接收設備。即GPS信號接收機，就可以在任何時候用GPS信號進行導航定位和測量。
1 GPS15L接收機模塊性能
GARMIN的GPS15L接收機的功耗非常小，數(shù)據更新率為每秒一次。其優(yōu)良的性能既能滿足陸地導航的靈敏度要求，也能滿足飛行器的動態(tài)要求。其OEM板無論是硬件和軟件，都十分易于使用。非常適合做系統(tǒng)集成。GPS接收機OEM板中可以將衛(wèi)星軌道參數(shù)、上次定位位置、時間和日期等數(shù)據保存在靜態(tài)存儲器中，GPS15L接收機內部有備用電池來為存儲器供電。
GPS15L的技術指標包括物理指標、電氣指標、GPS指標、接口、環(huán)境特性、產品配置等。
(1)物理指標
◇尺寸：35.56mm×45.85mm×8.31mm；
◇重量：14克。
(2)電氣指標
◇輸入電壓(直流)：3.3～5.4 V；
◇輸入電流：峰值100 mA，標稱值85 mA；
◇備用電池充電電壓(直流)：2.8～3.4 V；
◇接收機靈敏度：最小可達-165 dBW。
(3)GPS指標
◇接收機通道：12；
◇定位時間：重新捕獲時間小于2秒，熱啟動約為15秒(所有數(shù)據已知)。冷啟動約為45秒(初始位置、時間和歷書已知，星歷未知)，自動定位時間為5分鐘(歷書已知，初始位置和時間未知)，搜索天空(所有數(shù)據均未知)；
◇更新率：1秒；
◇精度：定位精度小于15米(95％)，速度精度0.05米／秒RMS(穩(wěn)定狀態(tài))，差分精度小于5米(95％)，PPS精度±1微秒；
◇動態(tài)性能：速度上限為1850 kg／h，加速度上限為6 g，高度上限為18000 m。
(4)接口
◇接口特性：RS-232輸出，輸入可為RS-232或者具有RS-232極性的TTL電平?？蛇x波特率為300，600，1200，2400，4800，9600，19200，38400；
◇串口1接口協(xié)議：輸出NMEA0183版2.00的ASCII碼語句，包括GPALM，GPGGA，GPGLL，GPGSA，GPGSV，GPRMC，GPVTG(NMEA標準語句)；PGRMB，PGRME，PGRMF，PGRMM，PGRMT，PGRMV(GARMIN定義的語句)。還可以將串口1設置為輸出包括GPS載波相位數(shù)據的二進制數(shù)據。輸入初始位置、時間、秒脈沖狀態(tài)、差分模式、NMEA輸出間隔等設置信息；
◇串口2接口協(xié)議：輸人為實施差分改正數(shù)據(RTCM SC-104信息類型1，2，3，7，9)；
◇秒脈沖PPS特性：1Hz，脈寬可調，精度±1微秒。
(5)環(huán)境特性
◇溫度范圍：工作溫度為-30℃～+80℃，儲存溫度-40℃～+90℃。
(6)產品配置
◇標準配置：GPS OEM板，排線，GAER-MIN OEM設置軟件，產品說明書；
可選配置：GPS天線為G505，BNC接口；轉接線30厘米，BNC轉MCX。
GPS15L的串口1與PC的串口連接示意圖如圖1所示。
使用時，可將GPS15L的串口1與S3C2410A的串口2進行連接。由于ARM主控板提供的串口是孔狀的，所以，GPS15L要和針狀的串口接頭進行連接，連接時可將圖1中的數(shù)據出線和數(shù)據入線兩線對調，并分別連接到針狀串口接頭的PIN3(DATAOUT)和PIN2(DATAIN)。
2 GPS數(shù)據提取程序的設計
2.1 串口通信程序的設計
由于GPS模塊是通過串行口1與S3C2410的串口2進行連接來進行通信的，因此，本文設計了Linux系統(tǒng)下的相應串口通信程序。
在整個操作過程中，與串口的通信只用到了3個功能，即打開、讀和關閉串口。
(1)打開串口
在Linux下，所有的硬件設備都被看成是普通文件，系統(tǒng)中每一個設備都用一種特殊的設備相關文件來表示，并存放在／dev／目錄下。串口文件就位于／dev下，串口一為／dev／ttvS0，串口二為／dev／ttyS1，打開串口可通過使用標準的文件打開函數(shù)來進行操作，具體如下：
500)this.style.width=500;" />
(2)讀串口
由于在整個通信過程中，需要的只是從GPS模塊讀取數(shù)據，所以，這里只用到讀串口程序，其代碼如下：
500)this.style.width=500;" />
(3)關閉串口
關閉串口實際就是關閉文件，其代碼如下：
close(m_nFDGPSDevice)；
2.2 GPS數(shù)據提取
一般情況下，GPS接收機只要處于工作狀態(tài)，就會源源不斷地把接收到的信息通過串口傳送到主控制板中。它的每一條NMEA語句都是以“$”為開始標志、以“＼n”為結束標志。接收到的GPRMC語句格式為：
500)this.style.width=500;" />
其中，CR、LF分別表示ASCII字符“回車”和“換行”，hh代表了“$”和“*”之間所有字符的按位異或值(不包括這兩個字符)。其含義見表1所列。
500)this.style.width=500;" border="0" />
通過讀串口得到的數(shù)據可能會出現(xiàn)兩種情況，一種情況是每次讀到的數(shù)據中都會有完整的GPRMC語句，另一種情況是GPRMC分兩次獲得。獲得完整的句子之后。接著判斷得到的句子是否為GPRMC語句(即判斷句子是否以GPRMC開頭)，如果是GPRMC語句，再就開始判斷每個數(shù)據格式是否正確，包括表1中的UTC時間格式、定位有效性、緯度格式、緯度半球表示方法、經度格式、經度半球表示方法、UTC日期格式信息等，最后還將“$”和“*”之間的所有字符按位異或(不包括這兩個字符)，并計算校驗和，看其是否為hh值(“*”之后的值)。
判斷語句是否為GPRMC語句的流程如圖2所示。
其部分關鍵函數(shù)如下所示：
int Init()；初始化函數(shù)，用來打開串口，進行串口設置(波特率、數(shù)據位、校驗位)等；
void Tick ()；讀串口數(shù)據函數(shù)；
void Cleanup ()；關閉串口函數(shù)；
void Decode(char*szData)；判斷GPRMC語句函數(shù)；
bool VeriLine(char*szBuffer)；判斷GPRMC語句中數(shù)據格式是否正確函數(shù)；
void DecodeLine (char*szBuffer)；提取GPRMC語句中有用信息并打印，包括時間、經
緯度、日期。
以下是部分相關函數(shù)：
bool VeriLine(char*szBuffer)；判斷GPRMC語句中數(shù)據格式是否正確函數(shù)；
bool VeriTimeForm(char*szBuffer2)；判斷時間格式函數(shù)；
bool VeriLonForm(char*szBuffer2)；判斷經度格式函數(shù)；
bool VeriLatForm(char*szBuffer2)；判斷緯度格式函數(shù)；
bool VeriDayForm(char*szBuffer2)；判斷日期格式函數(shù)；
如果語句為正確的GPRMC語句，接下來就可以提取所需信息，提取時間、經緯度和日期信息的部分程序如下：
void PrintTime(char*szBuffer2)；打印時間函數(shù)，在此要將UTC時間轉換為北京時間；
void PrintLonLat (char*szBuffer2，int n)；打印經緯度函數(shù)；
void PrintDay (char*szBuffer2)；打印日期函數(shù)，以年／月／日形式打印。
3 結束語
全球定位系統(tǒng)具有性能好、精度高、應用廣等特點，是迄今最好的導航定位系統(tǒng)。隨著全球定位系統(tǒng)的不斷改進，以及硬件和軟件的不斷完善，其應用領域還在不斷地開拓。目前，GPS應用已開始逐步深入人們的日常生活。GARMIN的GPS接收機功耗非常小，數(shù)據更新很快，而且，其優(yōu)良的性能既能滿足陸地導航的靈敏度要求，也能滿足飛行器的動態(tài)要求。
1 GPS15L接收機模塊性能
GARMIN的GPS15L接收機的功耗非常小，數(shù)據更新率為每秒一次。其優(yōu)良的性能既能滿足陸地導航的靈敏度要求，也能滿足飛行器的動態(tài)要求。其OEM板無論是硬件和軟件，都十分易于使用。非常適合做系統(tǒng)集成。GPS接收機OEM板中可以將衛(wèi)星軌道參數(shù)、上次定位位置、時間和日期等數(shù)據保存在靜態(tài)存儲器中，GPS15L接收機內部有備用電池來為存儲器供電。
GPS15L的技術指標包括物理指標、電氣指標、GPS指標、接口、環(huán)境特性、產品配置等。
(1)物理指標
◇尺寸：35.56mm×45.85mm×8.31mm；
◇重量：14克。
(2)電氣指標
◇輸入電壓(直流)：3.3～5.4 V；
◇輸入電流：峰值100 mA，標稱值85 mA；
◇備用電池充電電壓(直流)：2.8～3.4 V；
◇接收機靈敏度：最小可達-165 dBW。
(3)GPS指標
◇接收機通道：12；
◇定位時間：重新捕獲時間小于2秒，熱啟動約為15秒(所有數(shù)據已知)。冷啟動約為45秒(初始位置、時間和歷書已知，星歷未知)，自動定位時間為5分鐘(歷書已知，初始位置和時間未知)，搜索天空(所有數(shù)據均未知)；
◇更新率：1秒；
◇精度：定位精度小于15米(95％)，速度精度0.05米／秒RMS(穩(wěn)定狀態(tài))，差分精度小于5米(95％)，PPS精度±1微秒；
◇動態(tài)性能：速度上限為1850 kg／h，加速度上限為6 g，高度上限為18000 m。
(4)接口
◇接口特性：RS-232輸出，輸入可為RS-232或者具有RS-232極性的TTL電平?？蛇x波特率為300，600，1200，2400，4800，9600，19200，38400；
◇串口1接口協(xié)議：輸出NMEA0183版2.00的ASCII碼語句，包括GPALM，GPGGA，GPGLL，GPGSA，GPGSV，GPRMC，GPVTG(NMEA標準語句)；PGRMB，PGRME，PGRMF，PGRMM，PGRMT，PGRMV(GARMIN定義的語句)。還可以將串口1設置為輸出包括GPS載波相位數(shù)據的二進制數(shù)據。輸入初始位置、時間、秒脈沖狀態(tài)、差分模式、NMEA輸出間隔等設置信息；
◇串口2接口協(xié)議：輸人為實施差分改正數(shù)據(RTCM SC-104信息類型1，2，3，7，9)；
◇秒脈沖PPS特性：1Hz，脈寬可調，精度±1微秒。
(5)環(huán)境特性
◇溫度范圍：工作溫度為-30℃～+80℃，儲存溫度-40℃～+90℃。
(6)產品配置
◇標準配置：GPS OEM板，排線，GAER-MIN OEM設置軟件，產品說明書；
可選配置：GPS天線為G505，BNC接口；轉接線30厘米，BNC轉MCX。
GPS15L的串口1與PC的串口連接示意圖如圖1所示。
使用時，可將GPS15L的串口1與S3C2410A的串口2進行連接。由于ARM主控板提供的串口是孔狀的，所以，GPS15L要和針狀的串口接頭進行連接，連接時可將圖1中的數(shù)據出線和數(shù)據入線兩線對調，并分別連接到針狀串口接頭的PIN3(DATAOUT)和PIN2(DATAIN)。
2 GPS數(shù)據提取程序的設計
2.1 串口通信程序的設計
由于GPS模塊是通過串行口1與S3C2410的串口2進行連接來進行通信的，因此，本文設計了Linux系統(tǒng)下的相應串口通信程序。
在整個操作過程中，與串口的通信只用到了3個功能，即打開、讀和關閉串口。
(1)打開串口
在Linux下，所有的硬件設備都被看成是普通文件，系統(tǒng)中每一個設備都用一種特殊的設備相關文件來表示，并存放在／dev／目錄下。串口文件就位于／dev下，串口一為／dev／ttvS0，串口二為／dev／ttyS1，打開串口可通過使用標準的文件打開函數(shù)來進行操作，具體如下：
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(2)讀串口
由于在整個通信過程中，需要的只是從GPS模塊讀取數(shù)據，所以，這里只用到讀串口程序，其代碼如下：
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(3)關閉串口
關閉串口實際就是關閉文件，其代碼如下：
close(m_nFDGPSDevice)；
2.2 GPS數(shù)據提取
一般情況下，GPS接收機只要處于工作狀態(tài)，就會源源不斷地把接收到的信息通過串口傳送到主控制板中。它的每一條NMEA語句都是以“$”為開始標志、以“＼n”為結束標志。接收到的GPRMC語句格式為：
500)this.style.width=500;" />
其中，CR、LF分別表示ASCII字符“回車”和“換行”，hh代表了“$”和“*”之間所有字符的按位異或值(不包括這兩個字符)。其含義見表1所列。
500)this.style.width=500;" border="0" />
通過讀串口得到的數(shù)據可能會出現(xiàn)兩種情況，一種情況是每次讀到的數(shù)據中都會有完整的GPRMC語句，另一種情況是GPRMC分兩次獲得。獲得完整的句子之后。接著判斷得到的句子是否為GPRMC語句(即判斷句子是否以GPRMC開頭)，如果是GPRMC語句，再就開始判斷每個數(shù)據格式是否正確，包括表1中的UTC時間格式、定位有效性、緯度格式、緯度半球表示方法、經度格式、經度半球表示方法、UTC日期格式信息等，最后還將“$”和“*”之間的所有字符按位異或(不包括這兩個字符)，并計算校驗和，看其是否為hh值(“*”之后的值)。
判斷語句是否為GPRMC語句的流程如圖2所示。
其部分關鍵函數(shù)如下所示：
int Init()；初始化函數(shù)，用來打開串口，進行串口設置(波特率、數(shù)據位、校驗位)等；
void Tick ()；讀串口數(shù)據函數(shù)；
void Cleanup ()；關閉串口函數(shù)；
void Decode(char*szData)；判斷GPRMC語句函數(shù)；
bool VeriLine(char*szBuffer)；判斷GPRMC語句中數(shù)據格式是否正確函數(shù)；
void DecodeLine (char*szBuffer)；提取GPRMC語句中有用信息并打印，包括時間、經
緯度、日期。
以下是部分相關函數(shù)：
bool VeriLine(char*szBuffer)；判斷GPRMC語句中數(shù)據格式是否正確函數(shù)；
bool VeriTimeForm(char*szBuffer2)；判斷時間格式函數(shù)；
bool VeriLonForm(char*szBuffer2)；判斷經度格式函數(shù)；
bool VeriLatForm(char*szBuffer2)；判斷緯度格式函數(shù)；
bool VeriDayForm(char*szBuffer2)；判斷日期格式函數(shù)；
如果語句為正確的GPRMC語句，接下來就可以提取所需信息，提取時間、經緯度和日期信息的部分程序如下：
void PrintTime(char*szBuffer2)；打印時間函數(shù)，在此要將UTC時間轉換為北京時間；
void PrintLonLat (char*szBuffer2，int n)；打印經緯度函數(shù)；
void PrintDay (char*szBuffer2)；打印日期函數(shù)，以年／月／日形式打印。
3 結束語
全球定位系統(tǒng)具有性能好、精度高、應用廣等特點，是迄今最好的導航定位系統(tǒng)。隨著全球定位系統(tǒng)的不斷改進，以及硬件和軟件的不斷完善，其應用領域還在不斷地開拓。目前，GPS應用已開始逐步深入人們的日常生活。GARMIN的GPS接收機功耗非常小，數(shù)據更新很快，而且，其優(yōu)良的性能既能滿足陸地導航的靈敏度要求，也能滿足飛行器的動態(tài)要求。
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