GPS的定位测向系统的软件实现

　　定位系统(GPS)是由美国国防部主要为满足军事部门对海、陆、空设施进行高导航和定位而研制的性被动式无线电的应用，探讨用VB实现GPS信息处理的方法仍是大家普遍关注的问题。在Windows环境下通过VB编程语言及其提供的专门用于串口通信的MSComm控件，实现GPS接收机与计算机的串口通信。将GPS接收机的小型化OEM板与计算机相结合，利用其输出的数据信息，配置相应的外围设备，即可方便、自主地实现基于GPS的卫星测量及无线电导航、定位和定时于一体的多功能系统。

　　1 NMEA-0183协议

　　1.1 协议简介

　　NEMA协议是为了在不同的GPS导航设备中建立统一的RTCM(海事无线电技术委员会)标准，由美国国家海洋电子协会(The National Marine ElectronicsAssociation，NMEA)制定的。目前大部分的GPS接收设备都遵循这一标准。该接口协议定义了在波特率为19 200的串口数据总线上传输电信号的需求、数据传输协议和时间以及详细的语句格式。

　　1.2 NMEA-0183语句格式

　　NMEA-0183语句格式一般为：“$”为语句起始标志；“，”为域分隔符；“*”为校验和识别符，其后面的两位数为校验和；“<CR>／<LF>”为终止符，表示回车、换行。本文以GPGGA信息语句为例，进行详细分析。

　　GPGGA：Global Positioning System Fix Data(GGA)(GPS定位信息)

　　$GPGGA，<1>，<2>，<3>，<4>，<5>，<6>，<7>，<8>，<9>，M，<10>，M，<11>，<12>*hh<CR><LF>

　　<1>UTC时间(世界协调时)，hhmmss(时分秒)；

　　<2>纬度：格式为度度分分、分分分分(ddmm．mmmm，前面的0也将被传输)；

　　<3>纬度半球N(北半球)或者S(南半球)；

　　<4>经度：格式为度度分分、分分分分(ddmm．mmmm，前面的0也将被传输)；

　　<5>经度半球E(东经)或W(西经)；

　　<6>GPS状态：0=未定位，1=非差分定位，2=差分定位，6=正在估算；

　　<7>正在使用解算位置的卫星数量(00～12)(前面的0也将被传输)；

　　<8>HDOP水平因子(0.5～99.9)；

　　<9>海拔高度(-9 999.9 m～99 999.9 m)；

　　<10>地球椭球面相对大地水准面的高度；

　　<11>差分时间(从近接收到差分信号开始的秒数，如果不是差分定位将为空)；

　　<12>差分站ID号：0000～1023(前面的0也将被传输，如果不是差分定位将为空)。

　　2 MSComm控件的应用及数据采集

　　2.1 端口设置

　　由于GPS串行通讯参数是固定的“波特率=19200；无奇偶校验；数据位=8；停止位=1”，在编程时直接设置串口通讯参数便可以了。

　　主要程序段为：NMEA协议设置 MSComml．Settings=“19200，n，8，1”。

　　2.2 数据采集

　　MSComm控件提供两种处理通信的方式：事件驱动方式和查询方式

　　(1)事件驱动方式

　　On Comm事件被用于捕获Communications事件及错误。因此可在MSComm控件的On Comm事件中加入处理函数，以便在文本框区实时显示、数据采集。

　　(2)查询方式

　　查询方式实质上还是事件驱动，在程序的每个关键功能之后，可以通过检查CommEvent属性的值来查询事件和错误。

　　本程序采用查询式串口通讯，利用Timer控件，程序如下：

　　3 功能及其VB实现

　　软件的部分主要是对获取数据进行预处理以提取完整的语句信息，同时解析出测向所需的位置、时间以及航向信息。

　　3.1 数据预处理

　　(1)预处理必要性。实际工作中，由于各种外界条件的影响接收机获取的卫星数据可能存在质量问题，同时采用查询方式从串口提取数据也存在自身的限制性，比如：常常出现一条完整的语句(GPGGA／GPRMC语句等)在查询中只接收了其中一部分的情况，我们需要对获取的信息采用一些必要的预处理措施，以便于得到完整的语句信息进行解析。

　　(2)预处理思路。鉴于NMEA 0183协议规范，一条完整的卫星语句是始于“$”，终于“CrLf(回车换行)”，我们可以利用VB内部的字符串函数Split()函数对从串口缓冲区获取的语句块进行分割，以CrLf为分割标志，将分割结果存放于一个字符串数组中，然后检查数组中的每一个字符串是否是一条完整的语句，剔除不完整信息。

　　(3)代码

　　3.2 信息提取

　　程序以Select…Case…分支选择结构按照不同语句的句头标识(如$GPGGA，$HEHDT等)进行相应语句的解析模块选择。

　　(1)时间、位置信息解析模块

　　(2)航向信息解析模块

　　航向信息语句格式：$HEHDT，23.254，T*cc

　　(3)卫星信息解析模块

　　卫星信息语句格式：

　　4 信息显示

　　经过以上数据采集、数据预处理以及信息解析过程，我们已经获得了测向工程中所需要的位置信息、海拔高程信息以及航向角度信息。实现航向信息的图形化显示的实现思路：可以采用表盘式显示方式，以粗短针表示航向角度的整数度数，以细长针表示小数位置的航向度数。代码实现方式如下：

　　软件界面整体效果图如图1所示。

　　5 结 语

　　本文利用VB6.0 MSComm控件实现了GPS接收机定位测向功能的软件开发，通过对GPS通讯NMEA协议的分析，以GPGGA语句的“$GPGGA”串为例，给出了开发GPS各项数据处理的方法。该方法具有简单、高效、实用的特点，并具有良好的实时性。该算法一般应用于车载、户外高山测量、以及实时动态物体的定位和测向。也可用于实现导弹飞行过程中或快速移动物体的方向测量和控制。