一种GPS定位系统的设计与实现

　　作为卫星导航系统，GPS具有性能好、高、应用广的特点，是迄今为止应用广泛的导航定位系统。将GPS与嵌入式技术融合在一起，形成一个嵌入式的地理平台，是当前GPS领域的一个重要趋势。嵌入式系统利用软件设计主要完成GPS定位信号的处理、电子地图的移植、地球坐标的转换、定位的显示等功能。

　　1 系统概述

　　根据IEEE（电气和电子工程师协会）的定义，嵌入式系统是“控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行的装置”（devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）。从中可以看出嵌入式系统是软件和硬件的综合体，还可以涵盖机械等附属装置。目前国内一个普遍被认同的定义是：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。软件设计流程如图1所示。

　　嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能，对可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。它一般由以下几部分组成：

　　嵌入式微处理器

　　外围硬件设备

　　嵌入式操作系统

　　特定的应用程序

　　2 嵌入式系统软件设计

　　2.1 GPS模块输出的信息的提取

　　GPS模块通电后，会自动搜索卫星信号，并把计算数据从串口输出。所有GPS接收机以通用的NMEA格式输出数据。NMEA-0183协议定义的语句较多，但常用且兼容性较广的语句只有：$GPGGA、$GPGSA、$GPGSV、$GPRMC、$GPVTG、$GPGLL等。如图2所示。

　　用串口连接宿主机与开发板的串口0。宿主机进入Linux，打开Minicom终端。设置波特率115 200，8位数据，1位停止，无校验，无流控。串口的设备文件为／dev／ttyS*，其中，ttyS0为串口1，ttyS1为串口2，以此类推。初始化完串口，就可以进行读取操作了。由于GPS发送的数据类型都是以&GPGGA符号开头，所以检测&GPGGA符号，进而进行下一步的处理。关键代码如下：

　　2.2 坐标转换

　　GPS模块输出的地理坐标是WGS-84坐标系。而国内地图一般是以54北京坐标系作高斯-克吕格平面投影。所以必须作一个坐标转换，即将GPS坐标（WGS-84坐标系）转换到电子地图坐标（54北京坐标系）。坐标转换的具体步骤如下：

　　（1）空间直角坐标转换成国家大地坐标，国家大地坐标转换成地图平面坐标。

　　

      (2)由于x，y的具体推算过程复杂，这里就不全部列举，其结果如下

　　（3）地图平面坐标转换成屏幕坐标。例地图比例尺为1：k，窗口要显示的区域长、宽各为M和N，窗口像素点位A×B点，则定位数据xs，ys在窗口上坐标分别为

　　2.3 电子地图重构

　　一般来说，电子地图包含的数据格式都不能直接用在嵌入式平台，所以需要对电子地图的数据进行提取、存储、重构。将电子地图的数据读出后，再在嵌入式平台下，用绘图工具重新组成电子地图即可。部分实现代码如下

　　3 仿真测试

　　点测试、线测试、面测试如图3所示。

　　4 结束语

　　整个测距定位系统在PXA270嵌入式开发系统下完成，工程系统庞大，整个系统基本功能已实现。由于本系统软硬件平台有较强的升级能力，许多指标与功能可以进一步完善与提高。从GPS定位数据到电子地图数据的转换，需要一系列复杂的算法，这些算法有待进一步改进和简化，以提高系统运行效率和数据准确性。