1、 第1章 引言1.1 課題研究的意義汽車是現(xiàn)代社會中每個人接觸最多的一種交通工具，汽車對人們而言已經(jīng)不陌生。眾所周知中國是一個汽車業(yè)大國，汽車給人們帶來了很多便利，也會促進(jìn)了社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，但是隨之而出現(xiàn)了交通堵塞、汽車被偷、盜等案例這些問題，因此，完善智能交通系統(tǒng)是十分重要的，也是解決這些問題的有效措施。在這種全球環(huán)境下由美國研制出了一種全天候的以空間為基準(zhǔn)的導(dǎo)航系統(tǒng)（即全球定位系統(tǒng)）。對于全球上任何地方的用戶或近地空間的軍事用戶，該系統(tǒng)可以連續(xù)地確定三位位置和三位運(yùn)動及時間，能為用戶在這方面上的需要提供很好的幫助。這個建立在GPRS 上的車載衛(wèi)星定位系統(tǒng)，它是一個相對于中距離類似圓型的軌道

2、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。因此，它可以把在車載移動終端上接受到的GPS 定位信息通過GPRS網(wǎng)絡(luò)上的無線通信鏈路傳到服務(wù)器上,這個服務(wù)器是建立在Internet 網(wǎng)上的 ，這樣就可以達(dá)到實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時監(jiān)測車輛行駛各類信息的作用，所以，這個對GPS汽車定位的課題是很值得探索的。1.2中國車載研發(fā)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢經(jīng)過十多年的發(fā)展，中國車載導(dǎo)航的市場得到了很大的擴(kuò)張，車載導(dǎo)航技術(shù)也得到了很大的提升。市場用戶的需要和使用目的的明確也得到了很大的提高，在車載技術(shù)方面也得到了多方面的研發(fā)、車載技術(shù)也在市場培養(yǎng)中不斷的提高，市場也出現(xiàn)了有關(guān)車用導(dǎo)航裝置的應(yīng)用市場并且日臻成熟，車載導(dǎo)航技術(shù)在道路交通行業(yè)上的應(yīng)用也有了迅速的發(fā)

3、展。中國也發(fā)射了北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)衛(wèi)星，這將為汽車定位導(dǎo)航技術(shù)提供更加完善的基礎(chǔ)，也為定位導(dǎo)航技術(shù)的提高提供了更加廣闊的空間，在交通行業(yè)可以得到更好的應(yīng)用。另外，近年來中國汽車市場的大力發(fā)展，道路建設(shè)的完善，電子地圖技術(shù)的提高也推動了車載導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展的。隨著現(xiàn)在人民生活水平的普遍提高，大多數(shù)的家庭已經(jīng)都購有汽車這款人們都不陌生的交通工具。伴隨著汽車行業(yè)的新興，作為新興實(shí)用技術(shù)的汽車導(dǎo)航技術(shù)，也將會有更廣泛的發(fā)展前景。在我國已經(jīng)加入WTO的前提下，那些開發(fā)汽車導(dǎo)航產(chǎn)品的開發(fā)商，提供汽車行業(yè)服務(wù)的提供商及國內(nèi)汽車公司都迎來了新的挑戰(zhàn)，在挑戰(zhàn)中也帶來了難得的機(jī)遇。如果能夠在機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存中能夠很好的

4、把握國內(nèi)汽車市場的發(fā)展趨勢，并可以有針對性的提出能夠解決汽車行業(yè)消費(fèi)特點(diǎn)的解決方案，汽車衛(wèi)星定位系統(tǒng)將會給那些開發(fā)汽車導(dǎo)航產(chǎn)品的開發(fā)商、提供汽車行業(yè)服務(wù)的提供商及國內(nèi)汽車公司帶來很好的展現(xiàn)自身實(shí)力的舞臺。第2章 GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)是新一代精密衛(wèi)星定位系統(tǒng)，它建立的前提是現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。對于GPS系統(tǒng)的研究，美國國防部是1973年開始的，在經(jīng)過20年并且耗資數(shù)百億美元的不斷艱辛研究下，才在1994年開始投入使用。對于這個新一代衛(wèi)星系統(tǒng)的研究美國國防部將之劃分為3個研究階段：第一階段是對GPS整個系統(tǒng)原理方案的研究和GPS定位系統(tǒng)在實(shí)用上的可行性階段的驗(yàn)證，從197

5、8年到1979年這10年期間，共發(fā)射了4顆針對定位系統(tǒng)的試驗(yàn)衛(wèi)星，在地面上建立了跟蹤網(wǎng)；第二階段為對GPS整個系統(tǒng)的研制和系統(tǒng)試驗(yàn)階段，從1979年到1984年，陸續(xù)發(fā)射了7顆試驗(yàn)衛(wèi)星；第三階段為對GPS定位系統(tǒng)不足的完善和完成階段，從1989年2月到1994年3月期間，共發(fā)射28顆工作衛(wèi)星。從全球定位系統(tǒng)建立完善開始，整個系統(tǒng)就對人類活動產(chǎn)生了巨大的不可取替的影響，其中可以看出的是整個系統(tǒng)對人類社會提供了很多實(shí)用的功能，為人類活動帶來了很多的便利。2.1 GPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2-1所示，在GPS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中可分為三個部分：由GPS衛(wèi)星星座組成的空間段；為整個系統(tǒng)的中樞運(yùn)行控制系統(tǒng)的地面段；各種

6、類型的GPS接收機(jī)組成的GPS用戶終端為用戶段。這三部分是GPS系統(tǒng)的重要組成部分，三者缺一不可。圖2-1GPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.1.1 GPS空間段在GPS衛(wèi)星的衛(wèi)星星座空間段中，其中有21顆工作衛(wèi)星，高度一般都達(dá)到20200km，在軌道備份中還有3顆備用衛(wèi)星。24顆工作衛(wèi)星分別分布在衛(wèi)星軌道的6個軌道面內(nèi)中，每個軌道上分布有4顆衛(wèi)星。衛(wèi)星軌道和地球赤道沒有在同一個水平面上，兩者間有個相對傾斜角，傾斜角大約在55左右，各軌道平面升交點(diǎn)的赤經(jīng)相差60度。在相距最近的軌道上，衛(wèi)星的升交距相差30度。衛(wèi)星運(yùn)行周期為11小時58分。由這些方面帶來的是這樣的結(jié)果：在一個觀測站上，由每天衛(wèi)星出現(xiàn)分布而成的分布

7、圖相同，只是每天提前4分鐘。在地平線以上的每顆衛(wèi)星每天約出現(xiàn)有5個小時，同時位于地平線上的衛(wèi)星數(shù)目，隨時間和地點(diǎn)的不同而不同，最多可以有 11 顆，最少也會有4顆。另外，如果有衛(wèi)星出現(xiàn)故障，在空間部分的3顆備用衛(wèi)星可根據(jù)指令代替發(fā)生故障的衛(wèi)星，這是一個十分重要的替代工作，可以保障了 GPS 空間部分正常的工作并且提高了空間部分的工作效益，可以看出這3顆備用衛(wèi)星也有著極其重要的作用。目前全球定位系統(tǒng)空間段部分的工作衛(wèi)星的分布情況如圖2-2所示。圖2-2 GPS星座圖和衛(wèi)星圖 GPS是一種全球性、全天候的連續(xù)實(shí)時定位系統(tǒng)。其中全球性體現(xiàn)在：根據(jù)上述提供的關(guān)于GPS衛(wèi)星在空間段的分布配置，保障了無論

8、何時何地在地球上均至少可以同時觀測到4顆衛(wèi)星；GPS全天性的依據(jù)是：天氣的變化不會影響到衛(wèi)星信號的正常傳播和接收。播發(fā)導(dǎo)航信號是衛(wèi)星工作的主要任務(wù)。衛(wèi)星采用波段（1.5754GHz）、波段（1.2276GHz）和波段（1381.05MHz），其中用來衛(wèi)星導(dǎo)航定位的波段是波段和波段，波段的作用是附加信號并且發(fā)射星載傳感信息。為了確保衛(wèi)星播發(fā)導(dǎo)航信號頻率的穩(wěn)定性，還在衛(wèi)星上安裝了精度很高的原子鐘。為了能向所有在全球范圍內(nèi)的任意用戶提供全天候的、連續(xù)的、高精度的、實(shí)時的三維測速、三維定位和授時，衛(wèi)星上還有安裝可以表示衛(wèi)星位置廣播星歷的載波調(diào)制系統(tǒng)，這個系統(tǒng)可以用于許多系統(tǒng)上的信息。例如：在L波段上用

9、于測距的 C/A代碼（粗捕獲碼）和P代碼（精碼）的兩個頻率，每顆衛(wèi)星都能夠連續(xù)發(fā)射用C/A代碼、P代碼調(diào)制的擴(kuò)頻信號。各個衛(wèi)星都有固有代碼，為了GPS接收機(jī)能夠更好的接收來自衛(wèi)星的信息，各個衛(wèi)星的固有代碼GPS接收機(jī)都必須了解。2.1.2 GPS地面段星座系統(tǒng)的控制是GPS整個系統(tǒng)的主要工作，而要完成星座系統(tǒng)的控制主要任務(wù)的是地面段，因此地面段成了GPS系統(tǒng)的中樞。地面段主要任務(wù)是：對所有的衛(wèi)星進(jìn)行跟蹤以進(jìn)行軌道和時鐘測定、完成衛(wèi)星時間同步、為衛(wèi)星加載導(dǎo)航電文和預(yù)測修正模型參數(shù)。 地面段的結(jié)構(gòu)為：1個主控站、3個注入站和5個監(jiān)測站。下面介紹的是地面段的各組成部分。首先介紹的是主控站，接收各監(jiān)測

10、站對GPS衛(wèi)星的監(jiān)測數(shù)據(jù)、衛(wèi)星在工作狀態(tài)下的數(shù)據(jù)、各監(jiān)測站和注入站工作狀態(tài)數(shù)據(jù)是主控站的主要任務(wù)，并且主控站還需要根據(jù)接收到的各類數(shù)據(jù)，完成以下幾項(xiàng)工作任務(wù)：（1）及時對每顆衛(wèi)星的導(dǎo)航電文進(jìn)行編算并傳送給注入站。（2）控制和協(xié)調(diào)監(jiān)測站間、注入站間的工作，查看衛(wèi)星是否將導(dǎo)航電文發(fā)給了 GPS 用戶系統(tǒng)以及對發(fā)送的衛(wèi)星導(dǎo)航電文是否正確進(jìn)行檢測。（3）診斷衛(wèi)星的工作狀態(tài)，改變那些偏離軌道衛(wèi)星的位置及姿態(tài)，調(diào)整備用的衛(wèi)星替代失效衛(wèi)星。其次介紹的是注入站，注入站有3個，3個注入站分別設(shè)在南大西洋，南太平洋，和印度洋上，它們的主要任務(wù)是：接收主控站發(fā)送來的導(dǎo)航電文，并用S頻段射頻鏈上行將導(dǎo)航電文注入到相應(yīng)

11、的衛(wèi)星上，導(dǎo)航電文上行每天工作一次或兩次，每次注入14天的星歷。如果由于某個地面站發(fā)生故障，那么導(dǎo)航定位的精準(zhǔn)度在一段時間內(nèi)將會慢慢降低，在這段時間內(nèi)預(yù)存在各衛(wèi)星中的導(dǎo)航信息還是可以用。此外，注入站每分鐘會報(bào)告一次自己的工作狀態(tài)，并且自動向主控站發(fā)射信號。最后介紹的是監(jiān)控站，監(jiān)控站有5個，5個監(jiān)控站分別設(shè)在科羅拉多、夏威夷、大西洋、印度洋、北太平洋馬紹爾群島。監(jiān)測站配有偽距測量接收機(jī)和精密的銫鐘，配置這些這兩個儀器是為了完成為主控站提供衛(wèi)星測量數(shù)據(jù)的主要任務(wù)。每隔1.5s在主控站的遙控下，監(jiān)控站會進(jìn)行一次偽距測量，利用電離層和氣象數(shù)據(jù)，每15min進(jìn)行一次數(shù)據(jù)平滑，然后發(fā)送給主控站。2.1.3

12、 GPS用戶段上面介紹了空間段和地面段，現(xiàn)在我們來了解下用戶段，用戶端的重要組成部分各種類型的GPS接收機(jī)。在這些組成用戶端的GPS接收機(jī)中，我們又可以根據(jù)作用的不同分為兩大類型：導(dǎo)航型和測地型。導(dǎo)航型接收機(jī)的作用原理與上述介紹的衛(wèi)星播發(fā)導(dǎo)航信號有些相同：為了達(dá)到 15m的定位精度，采用單頻 C/A 碼偽距接收結(jié)束，也有極少的軍方專用接收機(jī)為了使單點(diǎn)定位精度達(dá)到 3m而采用的是P碼接收技術(shù)。導(dǎo)航型接收機(jī)的作用一般是用于陸地、航海、和航空實(shí)時的各項(xiàng)導(dǎo)航。測地型接收機(jī)就像導(dǎo)航型接收機(jī)用于各項(xiàng)導(dǎo)航中一樣，是用于各項(xiàng)對于地方的檢測上，例如：精密測距、地殼形變監(jiān)測、大地測量。側(cè)地型接收機(jī)的工作原理是采用

13、載波相位和雙頻偽距的接收技術(shù)，其中對于基線的測量一般可以達(dá)到的精度，最高精度可以達(dá)到。GPS 接收機(jī)主要構(gòu)成部分是接收機(jī)主機(jī)，其中接收機(jī)的構(gòu)成還有由天線單元和電源兩部分。對于GPS接收機(jī)主要構(gòu)成部分的接收機(jī)主機(jī)的構(gòu)成有信號通道、變頻器、微處理器、存貯器，其中的構(gòu)成如圖2-3所示。GPS天線CPU存儲器D（t） 信號 接擴(kuò) 解碼C/A碼 P碼 發(fā)生器發(fā)生器 電源前置放大器基準(zhǔn)頻率 頻率綜合頻率變換GPS天線CPU存儲器D（t） 信號 接擴(kuò) 解碼C/A碼 P碼 發(fā)生器發(fā)生器 電源前置放大器基準(zhǔn)頻率 頻率綜合頻率變換偽碼測量偽碼測量載波相位測量載波相位測量圖2-3 GPS接收機(jī)原理圖（1）GPS 接

14、收機(jī)天線其中天線的作用是將 GPS 衛(wèi)星信號的極微弱的電磁波能轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電流，而前置放大器則是將 GPS 信號電流放大。GPS天線就是由接收機(jī)天線和前置放大器這兩部分組成。提供了讓接收機(jī)工作變得跟加方便的作用。以了確保接收機(jī)的正常工作，減少信號損失，天線與前置放大器應(yīng)該密封為一體；能夠接收任何的衛(wèi)星信號；有防護(hù)和屏蔽多徑效應(yīng)；天線的幾何中心應(yīng)盡量達(dá)到一致，確保相位中心能夠保持高度的穩(wěn)定。（2）接收機(jī)主機(jī)接收機(jī)主機(jī)中包括變頻器和中頻放大器兩個重要組成部分；其中的結(jié)構(gòu)還有：信號通道；存貯器和微處理器。必須采用變頻器和中頻放大器的原因是因?yàn)榻?jīng)過 GPS 前置放大器的信號比較微弱，這樣可以讓接收機(jī)得

15、到穩(wěn)定的高效增益的信號通道。GPS信號通道是個很重要的組成部分，它是由硬軟件結(jié)合的電路而成的，是GPS信號通道接收機(jī)的核心部分。作為核心的信號通道，它的作用是有很多，這里介紹的作用有三點(diǎn)：第一搜索衛(wèi)星并跟蹤衛(wèi)星運(yùn)行軌跡；第二進(jìn)行偽距測量、載波相位測量及多普勒頻移測量；第三解擴(kuò)廣播電文數(shù)據(jù)信號，解調(diào)出廣播電文。接收機(jī)內(nèi)設(shè)有存貯器，存貯器是用來存貯衛(wèi)星星歷、衛(wèi)星歷書、接收機(jī)采集到的碼相位偽距觀測值、載波相位觀測值及多普勒頻移的。為了便于進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)保存接，在現(xiàn)代的GPS接收機(jī)中都備有存貯器，這樣收機(jī)內(nèi)存數(shù)據(jù)就可以傳到微機(jī)上。微處理器是GPS接收機(jī)的核心部分，微處理器可以通過指令統(tǒng)一調(diào)節(jié) GP

16、S 接收機(jī)的工作。從以上所述中可以看出，GPS接收機(jī)的主要任務(wù)是：當(dāng)GPS衛(wèi)星在用戶視界升起時，接收機(jī)能夠捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測衛(wèi)星，并且能夠跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行；有變換、放大和處理接收到的 GPS 信號的功能，這樣對測量出 GPS 信號從衛(wèi)星到接收天線的傳播時間提供了便利，解譯出 GPS 衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文，從中計(jì)算出測站的三維位置，甚至三維速度和時間，還有就是可以實(shí)現(xiàn)使用GPS進(jìn)行導(dǎo)航和定位的目的。2.2 GPS衛(wèi)星定位原理衛(wèi)星定位可以理解為導(dǎo)航衛(wèi)星定位，又稱為導(dǎo)航臺定位。衛(wèi)星的軌道參量和星歷確定了衛(wèi)星的位置，導(dǎo)航臺是導(dǎo)航系統(tǒng)的位置基準(zhǔn)點(diǎn)。使用衛(wèi)星定位一般可以分為3個步驟：

17、（1）已知衛(wèi)星在某指定坐標(biāo)系的坐標(biāo)。（2）測得用戶相對于衛(wèi)星的位置。（3）計(jì)算用戶在指定坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。采用測距定位的原因是對于不同的地位系統(tǒng)，GPS定位衛(wèi)星會采用高度為20200km的中高度軌道，利用24顆衛(wèi)星組成對地多重覆蓋星座。三球交會原理為幾何原理，是GPS定位的基本原理。2.3 GPS衛(wèi)星信號GPS系統(tǒng)采用偽隨機(jī)碼測距，衛(wèi)星信號包括3種信號分量：載波、測距碼和數(shù)據(jù)碼。時鐘頻率=10.23MHz，所需的頻率可以用頻率綜合器產(chǎn)生。其中，測距碼分為C/A碼和P碼兩種。用于標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)SPS的是 C/A碼粗碼，碼率為1.023Mb/s，波長約300m，周期為1ms；用于精密定位服務(wù)PPS的是

18、P碼，P碼是精碼，碼率10.23Mb/s。具有軍事用途的是P碼的定位精度。 GPS信號的產(chǎn)生如圖2-5。除20460除204600基本頻率基本頻率10.23Mhz除10除10乘154乘154 1.1 C/A P碼 數(shù)據(jù)碼1575.42Mhz 1.023Mhz 10.23Mhz 1.2 P碼 數(shù)據(jù)碼1227.6Mhz 10.23Mhz 1.1 C/A P碼 數(shù)據(jù)碼1575.42Mhz 1.023Mhz 10.23Mhz 1.2 P碼 數(shù)據(jù)碼1227.6Mhz 10.23Mhz 圖2-5 GPS信號的產(chǎn)生乘120乘120圖2-5GPS信號的產(chǎn)生第3章 GPRS移動通信系統(tǒng)簡介通用分組無線業(yè)務(wù)的簡稱

19、就是GPRS（General Packet Radio Service）,GPRS是在GSM 系統(tǒng)上發(fā)展出來的一種承載業(yè)務(wù)，為 GSM 用戶提供分組形式的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供了作用。GPRS 的構(gòu)成是在 GSM 系統(tǒng)的基礎(chǔ)上引入新的部件，是一種無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。它有在移動終端、GPRS網(wǎng)內(nèi)以及和Internet網(wǎng)絡(luò)的路由器之間傳輸分組數(shù)據(jù)的基本功能。GPRS采用的方式是IP分組交換方式，在計(jì)費(fèi)方面有著很好的作用。GPRS計(jì)費(fèi)的基礎(chǔ)是以數(shù)據(jù)流量、時間、服務(wù)質(zhì)量三者的結(jié)合，在相同的數(shù)據(jù)流量的情況下，根據(jù)用戶數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量的不同產(chǎn)生不同的費(fèi)用。因此GPRS有為用戶節(jié)省上網(wǎng)費(fèi)用，讓計(jì)費(fèi)合理的作用。3.1 GPR

20、S系統(tǒng)工作原理GPRS 是采用分組交換技術(shù)的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，能兼容GSM網(wǎng)絡(luò)，并且在網(wǎng)絡(luò)上能更加有效的傳輸數(shù)據(jù)和信令，它是由在現(xiàn)在有的GSM網(wǎng)絡(luò)中增加了GPRS支持節(jié)點(diǎn)和服務(wù)支持節(jié)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)的。系統(tǒng)的原理如圖 3-1所示。 SGSN服務(wù)GPRS支持節(jié)點(diǎn)； GGSN網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點(diǎn)； PCU 分組控制單元； PDN 公用數(shù)據(jù)網(wǎng)；圖3-1 GPRS系統(tǒng)原理圖在移動臺（MS）和GGSN之間完成移動分組數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收的是SGSN，它主要作用是用來記錄移動臺的當(dāng)前位置信息；連接GSM網(wǎng)絡(luò)和外部分組交換網(wǎng)（如因特網(wǎng)和局域網(wǎng)）的網(wǎng)關(guān)是GGSN，它主要的作用是作為網(wǎng)關(guān)實(shí)用；PCU主要用來處理數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量，

21、并將數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量分離出來。PCU增加了分組功能，可控制無線鏈路，允許用戶接入同一無線資源。PDN提供了分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的外部網(wǎng)絡(luò)。移動終端通過GPRS接入不同的PDN時，采用不同的分組數(shù)據(jù)協(xié)議地址。SGSN和GGSN的功能可以在一個物理節(jié)點(diǎn)內(nèi)或者是在不同的物理節(jié)點(diǎn)內(nèi)實(shí)現(xiàn)。SGSN和GGSN處于不同的PLMN內(nèi)時，具有不同PLMN之間通信所需要的安全功能。他們通過接口互連，接口提供（SGSN 和 GGSN之間的接口）接口的功能。3.2 GPRS分組數(shù)據(jù)路由GPRS移動分組數(shù)據(jù)路由是由內(nèi)部PLMN數(shù)據(jù)傳輸路由和互聯(lián)PLMN數(shù)據(jù)傳輸路由兩個路由組成。下面重點(diǎn)介紹互聯(lián)PLMN：3.2.1互聯(lián) PLMN 數(shù)據(jù)

22、傳輸路由互聯(lián) PLMN 數(shù)據(jù)傳輸路由如圖3-2所示。圖3-2 互聯(lián)PLMN的分組數(shù)據(jù)路由3.3 GPRS系統(tǒng)的分層考慮系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要進(jìn)行分層考慮。包含各層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是進(jìn)入GPRS數(shù)據(jù)的必備條件，由數(shù)據(jù)端完成系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的加工、協(xié)議的加載。一般情況下系統(tǒng)完成的只需要是以下四層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層。如下圖3-3所示。圖3-3 網(wǎng)絡(luò)分層示意圖第4章課題設(shè)計(jì)方案4.1車載終端系統(tǒng)的整體流程一個完整的GPRS車載定位系統(tǒng)主要是由三部分年組成：GPS車載系統(tǒng)、GPRS無線網(wǎng)絡(luò)以及監(jiān)控中心。GPS 車載系統(tǒng)中又由四個部分組成：單片機(jī)處理器、GPS衛(wèi)星接收模塊、GPRS 無線通信模塊以及各種

23、擴(kuò)展子卡。其中GPS衛(wèi)星定位模塊的作用是獲得汽車的時空坐標(biāo)；GPRS無線網(wǎng)絡(luò)建立在移動公司的GPRS移動通信公眾網(wǎng)上，包括SGSN業(yè)務(wù)支撐節(jié)點(diǎn)、GGSN 網(wǎng)關(guān)支撐節(jié)點(diǎn)；監(jiān)控中心由網(wǎng)關(guān)和信息服務(wù)器兩部分組成。其整體構(gòu)成如圖4-1所示。圖4-1 車載終端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖為了達(dá)到能夠完成圖中的工作模式，主要由車載終端采運(yùn)算處理和拆封處理GPS衛(wèi)星定位所采集到的數(shù)據(jù)，從中得到車輛的地理坐標(biāo)信息，獲取的信息再通過車載系統(tǒng)的處理，能夠通過GPRS無線數(shù)據(jù)鏈路連接到GPRS無線通信網(wǎng)的IP數(shù)據(jù)網(wǎng)，再由GPRS網(wǎng)絡(luò)根據(jù)相應(yīng)的協(xié)議在車載系統(tǒng)和接入Internet網(wǎng)的監(jiān)控中心之間最后建立一條支持TCP/IP的數(shù)據(jù)通道來

24、訪問位于監(jiān)控中心的服務(wù)器。通過數(shù)據(jù)庫和Web GIS技術(shù)，監(jiān)控中心可以把車輛位置數(shù)據(jù)顯示在按鍵操作面板上。同時，監(jiān)控中心還可以通過該通道向下發(fā)送控制命令和服務(wù)信息。4.2汽車定位系統(tǒng)車載終端系統(tǒng)硬件4.2.1定位終端硬件體系結(jié)構(gòu)汽車定位系統(tǒng)由五部分組成：控制電源模塊、LCD 顯示模塊、單元 MCU、GPS 定位模塊和GSRS 模塊。加電啟動，再完成初始化之后，用戶如果向該定位終端發(fā)送定位請求，并且是通過 GPRS 網(wǎng)絡(luò)建立無線通信鏈路的形式，終端將同時通過 GPS 定位和 GSRS 兩個模塊獲取位置信息，并且將定位信息傳到 Internet 網(wǎng)上的服務(wù)器。如圖4-2所示。圖4-2 硬件構(gòu)成圖4

25、.2.2主要接口原理MCU 有UART1和UART0兩個串口。MCU分別通過串口1和串口0與GPS模塊和GPRS 模塊通信。因?yàn)镸CU的兩個串口、GPS 模塊通信串口、GSPS模塊通信串口均為 TTL電平，所以不需要電平轉(zhuǎn)換芯片，直接將 MCU的TXD和RXD與另外兩個模塊的RXD和TXD互聯(lián)即可。4.2.3各部分采用的模塊介紹單片機(jī)：控制數(shù)據(jù)端的核心，處理器選用的是C8051F023。3.3V供電，最高工作頻率可達(dá)25MHz，在12個MIPS內(nèi)有很多指令可以完成，速度很快；有兩個UART1口；編寫和運(yùn)行簡單的TCP/IP/PPP協(xié)議程序要有片載4KRAM和64KFLASH提供必要的空間；還有

26、充足的I/O口。GPS接收模塊和液晶顯示模塊：系統(tǒng)采用11.0592MHz晶振，串口1接收GPS信息，P1口和P3口用于12864 LED液晶顯示接口，可以顯示實(shí)時時間、緯度、經(jīng)度及其它GPS數(shù)據(jù)信息。GPRS模塊：選用MC35。GPRS模塊提供了9針的標(biāo)準(zhǔn)RS232接口，進(jìn)行全雙工的數(shù)據(jù)通信需要通過MAX3232電平轉(zhuǎn)換芯片和C8051F023的UART0口相連。MC35需12V供電，在上電后還需要DTR的低電平向高電平跳變觸發(fā)啟動。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，采用的是C8051F023的P2.0口經(jīng)MAX3232電平轉(zhuǎn)換后作為MC35的DTR。4.2.4硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)電路圖圖4-3 基于單片機(jī)的GPS系統(tǒng)

27、GPS模塊可以接收GPS衛(wèi)星的信號，并對收集得到的信號進(jìn)行計(jì)算，得出模塊測試點(diǎn)所在位置的衛(wèi)星信息。采用的GPS模塊由五部分組成：變頻器、信號通道、微處理器、存儲單元和接收天線。單片機(jī)主控制器的串行接收口連接GPS模塊數(shù)據(jù)發(fā)送端接收衛(wèi)星信息。液晶顯示模塊的作用是顯示接收到的數(shù)據(jù)信息。12864數(shù)據(jù)連接單片機(jī)P1口，雙電源供電。如圖4-3所示。圖4-4 GPRS數(shù)據(jù)收發(fā)模塊GPRS數(shù)據(jù)收發(fā)模塊中數(shù)據(jù)端的數(shù)據(jù)來源可以有兩種：一種是由C8051F023自身運(yùn)算或處理產(chǎn)生，另一種是由其它終端數(shù)據(jù)設(shè)備通過UART0口向C8051F023發(fā)送的數(shù)據(jù)。如圖4-4所示。4.3汽車定位系統(tǒng)車載終端系統(tǒng)軟件工作頻率

28、設(shè)置、串口UART0、UART1初始化。工作頻率設(shè)置、串口UART0、UART1初始化。P2.0設(shè)置從1向0轉(zhuǎn)變，確保DTR正電平觸發(fā)啟動GPRS。用AT指令對GPRS進(jìn)行初始化設(shè)置。用ATD命令撥號撥號成功？進(jìn)行PPP協(xié)商協(xié)商成功？進(jìn)行TCP連接 連接成功？否否否是是中斷收到撥號斷開信息中斷收到PPP斷開信息中斷收到TCP斷開信息有數(shù)據(jù)發(fā)送請求中斷TCP是否連接？否，等待發(fā)送（重發(fā)）數(shù)據(jù)是發(fā)送成功？退出中斷是退出中斷重新進(jìn)行TCP連接收數(shù)據(jù)圖4-5 C8051F023程序流程圖否是RESET如圖4-5所示TCP的工作模式。數(shù)據(jù)來源于通過UART1進(jìn)入C8051F023的GPS模塊，那么程序還

29、要加載一段關(guān)于UART1與該數(shù)據(jù)設(shè)備的接口程序。如圖4-6所示。本系統(tǒng)本系統(tǒng)UART1數(shù)據(jù)設(shè)備1245（8672幀 系統(tǒng)成功接收的1幀確認(rèn)幀4幀 要求系統(tǒng)發(fā)送的數(shù)據(jù)發(fā)送幀5幀 系統(tǒng)對3幀的確認(rèn)幀6幀 3幀的發(fā)送數(shù)據(jù)成功發(fā)送指示幀7幀 系統(tǒng)接收的數(shù)據(jù)幀1幀 對方IP、PORT設(shè)置幀圖4-6 UART1與數(shù)據(jù)設(shè)備的接口定義示意圖33幀 TCP連接成功、得IP幀圖4-7 GPS的主程序流程圖GPS 系統(tǒng)軟件主要的組成部分是初始化模塊、數(shù)據(jù)接收處理模塊。上圖4-7為GPS 主程序流程圖。初始化模塊主要是用來完成開機(jī)上電后對單片機(jī)、液晶顯示器和 GPS 模塊的初始化工作。對單片機(jī)設(shè)置串口工作模式、設(shè)置波

30、特率和中斷工作模式；對液晶顯示器設(shè)置開機(jī)畫面和顯示模式；完成對 GPS 模塊串口的成功通信。數(shù)據(jù)接收處理模塊的工作是處理從GPS接收到的數(shù)據(jù)。如果整個數(shù)據(jù)接收正確，就會對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；如果接收不正確，則會重新進(jìn)行接收。下圖4-8是數(shù)據(jù)接收處理程序流程圖。圖4-8數(shù)據(jù)接收處理程序流程圖在串行中斷接收GPS信號中，本設(shè)計(jì)方案以時間提取為例,由判斷幀頭到數(shù)據(jù)的分段提取方法的程序如下:unsigned char data data_item=0 /*全局變量聲明*/unsigned int rece_num = 0void receive() interrupt 4 /*串行中斷：接收GPS信號*/u

31、nsigned char temp;RI = 0;temp = SBUF;rece_num+;switch (data_item)case 0:if (temp = $) data_item+;break;case 1:if (temp = G) data_item+;else data_item = 0;break;case 2:if (temp = P) data_item+;else data_item = 0; break; case 3: if (temp = R) data_item+; else data_item = 0; break; case 4: if (temp = M

32、) data_item+; else data_item = 0; break; case 5: if (temp = C) data_item+; else data_item = 0; break; case 6: if (temp = ,) data_item+; g_Ptr = 0; g_Class = 0; g_DataVari = 1; else data_item = 0; break; case 7: if (temp = ,) g_Ptr = 0; g_Class+; break; if (temp = $)data_item = 1;break;switch (g_Clas

33、s) case 0: /*提取時間數(shù)據(jù)*/if (g_Ptr 6) g_DisTimeg_Ptr+ = temp;break;default:break; 第5章 結(jié)論與展望經(jīng)過十多年的發(fā)展，中國車載導(dǎo)航的市場得到了很大的擴(kuò)張，車載導(dǎo)航技術(shù)也得到了很大的提升。市場用戶的需要和使用目的的明確也得到了很大的提高，在車載技術(shù)方面也得到了多方面的研發(fā)、車載技術(shù)也在市場培養(yǎng)中不斷的提高，市場也出現(xiàn)了有關(guān)車用導(dǎo)航裝置的應(yīng)用市場并且日臻成熟，車載導(dǎo)航技術(shù)在道路交通行業(yè)上的應(yīng)用也有了迅速的發(fā)展。中國也發(fā)射了北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)衛(wèi)星，這將為汽車定位導(dǎo)航技術(shù)提供更加完善的基礎(chǔ)，也為定位導(dǎo)航技術(shù)的提高提供了更加廣闊的空間，在交通行業(yè)可以得到更好的應(yīng)用。另外，近年來中國汽車市場的大力發(fā)展，道路建設(shè)的完善，電子地圖技術(shù)的提高也推動了車載導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展的。隨著現(xiàn)在人民生活水平的普遍提高，大多數(shù)的家庭已經(jīng)都購有汽車這款人們都不陌生的交通工具。伴隨著汽車行業(yè)的新興，作為新興實(shí)用技術(shù)的汽車導(dǎo)航技術(shù)，也將會有更廣泛的發(fā)展前景。在我國已經(jīng)加入WTO的前提下，那些開發(fā)汽車導(dǎo)航產(chǎn)品的開發(fā)商，提供汽車行業(yè)服務(wù)的提供商及國內(nèi)汽車公司都迎來了新的挑戰(zhàn)，在挑戰(zhàn)中也帶來了難得的機(jī)遇。如果能夠在機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存中能夠很好的把握國內(nèi)汽車市場的發(fā)展趨