1、 本科毕业设计 （ 20 届） Windows Mobile设备上的 GPS定位应用开发 所在学院 专业班级 电子信息工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 - 1 - 摘 要 随着计算机技术、无线通信技术和社会网络的概念逐渐深入人心，人们对于位置信息的需求不断增加， Windows Mobile设备上的 GPS定位系统应运而生。 如何获取移动定位信息的定位技术已经成为当前的研究热门。传统的定位技术虽然比较成熟，但是成本较高，数据库的定位技术 (DCM)便因此产生，它只需利用软件来实现而不需要在移动终端或者网络端添加硬件。 本课题研究 Windows Mobile设备上 GPS
2、模块工作的基本原理 ,并用 Visual Studio 2008进行 GPS定位应用开发。通过 Visual Studio 2008进行软件开发，编程实现 Windows Mobile应用程序与 GPS模块之间的串口通信， NEMA协议的解析，以及经纬度、加速度和 GPS时间等信息的 UI显示。 关键词： Windows Mobile； GPS 定位； Visual Studio 2008 - 2 - Abstract As computer technology, wireless technology and in - depth development of the social net
3、work of concepts and binding, peoples demand of the location information is growing fastly. The traditional positioning technology is relatively mature， but the cost is very high， so there the use of software in the mobile terminal without the need to add hardware or network-side approach which call
4、ed DCM Positioning is more populator. The accuracy of the method is superior to conventional positioning technologies, which meets the needs of ordinary users and the associated position location service. The basic principles of GPS module on Windows Mobile devices are researched. And the GPS positi
5、oning application development via Visual Studio 2008 is also dissussed. Through the Visual Studio 2008 software development, serial communication between the GPS module and Windows Mobile, NEMA protocol analysis, the latitude and longitude, time acceleration and GPS information in UI display are fix
6、ed. Key Words: Windows Mobile; GPS positioning; Visual Studio 2008 - 3 - 目 录 1 引言 .1 1.1 研究背 景 .1 1.2 研究内容 .1 1.3 研究现状 .2 2 GPS 的原理 .3 2.1 GPS 的发展 .3 2.1.1 GPS 的发展历程 .3 2.1.2 无线电导航系统 .5 2.1.3 GPS 系统的特点和应用前景 .5 2.2 GPS 的定位原理 .7 2.2.1 GPS 系统组成 .7 2.2.2 GPS 的定位 .7 2.3 NEMA 协议 .9 3 WINDOWS MOBILE 设备上的 G
7、PS 定位设计 . 11 3.1 WINDOWS MOBILE介绍 . 11 3.2 VISUAL STUDIO 2008 开发环境介绍 . 11 3.3 应用程序实现 .12 3.3.1 GPGGA 解析 .12 3.3.2 GPRMC 解析 .14 3.3.3 GPGSA 解析 .15 3.3.4 GPGSV 解析 .16 3.3.5 GPS 设备操作 .17 4 结论 .19 致谢 . 错误 !未定义书签。 参考 文献 .20 - 4 - 附录 1 应用程序主界面代码 .22 附录 2 应用程序主界面 UI 设计代码 .27 - 1 - 1 引言 随着科学技术的发展与社会网络概念的结合，
8、人们对于位置信息的需求不断增加，如何获取移动定位信息的定 位技术已经成为当前的研究热门。传统的定位技术虽然比较成熟，但是成本较高，数据库的定位技术 (DCM)便应运而生，它只需利用软件来实现而不需要在移动终端或者网络端添加硬件。这种方法的定位精度要比传统的定位技术的精度高，这样就可以满足一般用户的定位需求和相关的位置服务 1。 1.1 研究背景 GPS即全球定位系统，美国从上世纪 70年代开始研发，用了 20年时间并消耗200亿美元终于在 1994年完成，具有在海上、陆地、空中全方位实时三维导航和定位的能力。近年来随着 GPS的持续改进，软件、硬件的技术不断完善，应用领域 正在不断扩展，目前已
9、遍布全球国民经济各个部门，并且慢慢深入了人们的日常生活。怎么样设计一个带有 GPS功能的移动设备，实现对 GPS卫星数据的接收和解码功能，现在已成为 GPS应用的焦点 2。 经过冷战的结束和全球经济的迅速发展，美国政府宣布在 2000年到 2006年时，在确保本国国家安全不被影响的前提下，取消 限制定位精度的政策 ，全世界范围内的所有 GPS民用信号精确度得到进一步的完善，并把利用 C/A码进行单点定位的精度由以前的 100米提升到了现在的 10米，这些措举将广泛地推动 GPS技术的开发和应用，并可以提高生产 的能力、作业的效率、科学的水平以及人们生活的质量，还可以激发 GPS市场的增长。由于
10、 GPS技术所具有的高效率、全天候和多功能的特点， GPS技术作为新的发展领域，已经完全融入了国民经济建设、国防建设和社会发展的各个应用领域。 1.2 研究内容 1、熟悉 GPS的作用与发展前景，并对 GPS的原理与应用做更进一步的认识，针对 GPS的作用进行测试； - 2 - 2、熟悉 Visual Studio 2008软件的功能和使用方法，研究开发 GPS的程序，并进行测试。 3、进行 Visual Studio 2008与手机的连接，然后在手机上 进行 GPS的导航和定位。 4、研究 Windows Mobile设备上 GPS模块工作的基本原理并用 Visual Studio 2008
11、进行 GPS定位应用开发。 1.3 研究现状 近几年来，中国的 GPS市场迎来了爆发式的发展，消费人群也从高端车主延伸到普通车主，越来越多的有车一族装备了 GPS导航仪。 GPS产品在各个电器商场里都有出售，比如国美电器、苏宁电器等 3C卖场都有它们的身影。另外， GPS产品还现身于沃尔玛、家乐福等大型超市，汽配城、汽车用品店以及汽车 4S店也都是他们的前沿阵线。 GPS全球卫星定位导航系统 (Global Positioning System-GPS)是美国从 20世纪 70年代开始研制的，在 1994年完成，用了 20年消耗美元 200亿。 GPS系统具有高精度、自动化、全天候、高效益等特
12、点，因此赢得了许多测绘工作者的喜赖。GPS系统成功地应用于大地测量、工程测量、工程变形监测、航空摄影测量、地壳运动监测、资源勘察和地球动力学等多项科学领域，因此给测绘领域带来一场巨大的技术革命 3。 GPS发展在中国同时也面临了不少的问题。比如导航的准确性受到质疑，这类问题一般都是由于地图更新不及时造成的，这是目前 GPS导航系统在实际应用当中的最大的不足之处。因此导航软件也有待完善，尽量把地图更新速度提高，提高系统的稳定性。 在日益更新的 GPS领域，开发出稳定的，定位能力强的定位软件是迫不及待的任务。 - 3 - 2 GPS 的原理 本章首先介绍了 GPS的发展；还介绍了 GPS的定位原理
13、。 GPS数据通信和差分技术 (DGPS)是 GPS应用中的两个关键技术， GPS数据通信的目的是把移动物体的位置信息传输到指挥调度中心 ,用于监视控制。常用的通信方式有短波通信、卫星通信、基于无线公网的通信以及集群通信等。差分 GPS技术 ,作为提高定位精度的一种重要手段而被越来越多的运用 GPS应用的系统结构和软硬设计方法，该系统主要用于 EMS速度和长途邮运。它的实现涉及 GPS、无线通信、 GIS、数据库鉴定及网络通信等多种技术 ,其中数据通信一直是系统的难点。 2.1 GPS 的发展 2.1.1 GPS 的发展历程 GPS 的发展至今为止共有两代。第一代全球定位系统（ GPS I）：
14、 (1)美军在全球的第一代定位卫星系统于 20 世纪 80 年代起初开始部署，并在 1993 年 11 月部署完成。此后， GPS 第一代的卫星星座在政府的推动下开始为全球的民用航空、民用车辆和私家船舶以及商业 船舶进行导航。使得广大的用户得到了很大的方便，这就意味着用户可以有依靠， GPS 第一代提供的标准定位服务，至少可以在短时间内获得 100m 的水平位置定位精度，而且在 GPS 第一代卫星运行出现中断之前的 48 小时，国防部有义务通知美国联邦航空局和海岸警备队，使美国联邦航空和海岸警备队能够提前的做出准确的判断和做出正确的决定 4。 (2) GPS 第一代由三部分组成，分别是地面监控
15、部分、空间卫星部分和用户系统。空间卫星部分目前已由 24 颗“ Block / A”型工作卫星组成，另有 3颗卫星作为备用；用户系统就是全球范围 内的民用和军用的 GPS 第一代接收机。 (3)向用户发送定位和导航信息 5。 近几年来 ,随着双频技术、差分技术以及无码定位技术的飞速发展 , 美国 SA 政策的限制可以在一定程度上或者全部被解除 ,而且可以提高精确度，使单点定位得精确度降低到米级甚至更小 (主要用于静态定位方面 )，从而使其他国家减少美国方面的限制。虽然在 1990 年 3 月时 SA 政策的启动导致了民间用户的强烈不- 4 - 满，但随着俄罗斯 GLONASS 卫星导航系统的开
16、发和欧洲 NAVSAT 卫星导航系统的使用，使双频技术、差分技术和无码定位等技术在领域中不断地发展和成 熟， 1997迫使了美国国防部和运输部启动“ GPS 第一代现代化”的计划 4。 20 世纪末期，开始实施第二代全球定位系统 (GPS ),具体内容包括以下几点 :(1)为了提高定位系统的实用性和精确度覆盖的准确性，决定将星座的卫星数量由原来的 20 颗 30 颗增加到 30 颗 36 颗，这样就可以使用户的定位得到一致； (2)实施 WAGE 计划，即改善控制和操作区段的方法来进行设计，用来提高导航的精确度，使定位精度达到 1 米，能更加接近于零误差 ,目前军用信号的精确度仅为 7.6 米
17、； (3) 为了把军用信号的功率提高到 30dB， 需要把军用的信号和民用的信号频率分开，这样能在战争环境下干扰民用信号，有利于防止与美国敌对的国家或地区使用 (见图 2-1)； (4) 军用信号需要采用保密性强、伪随机码能容易捕获，并要载有先进的导航电文，而 C/A 码上载有的是标准导航电文 ,在战争环境条件下相互不会有影响 4。 图 2-1 GPS卫星的两种军用频谱方案 L2=1575.4MHZ B L1=1227.6MHZ L2=1575.4MHZ A L1=1227.6MHZ 分离的 C/A 码 P（ Y）码 C/A 码 M-码 M 码 P（ Y）码 C/A 码 M-码 P(Y)码具有
18、更大的功率，截获码嵌在其中 - 5 - (5) 为民用加发的频段分别为 L2 = 1227. 6MHz 和 L3 = 1176. 45MHz 信号载频， 以消除电离层的影响； (6) 为了提高系统的实用性和安全性，可以在 P码的基础上加上抗欺骗 (A2S)然后发展为 P(Y)码，这样就能有效地减小接收机接受到假信号的几率和被干扰的可能性。目前 ,美国的 GPS 第二代现代化计划正在实施和发展中 ,预计可以维持 15 年左右的时间 5。 2.1.2 无线电导航系统 近 20 年中，以 GPS 为主导的卫星导航技术得到了快速地发展，所以 GPS 系统得到了广泛的应用。此外以信息技术的高速发展为基础
19、，地形匹配导航、光学陀螺捷联式惯性导航仪、联合战术信息分发系统、定位报告系统等新一代导航结合 体也已经问世并投入使用 6。 无线电导航技术的应用已经不仅仅局限于交通运输，它还融入到了国民经济和人民生活的各个方面，比如林业、农业、工业、渔业、公安、急救、电力传输、石油开采、信息网络和科学研究等各种领域。无线电导航技术会发展成一个重要的高科技信息产业，不仅促进了国民经济的发展，还不断地提高了人民的生活水平。 2.1.3 GPS 系统的特点和应用前景 GPS 导航定位具有许多优点，比如高精度、高效率、多功能、操作简便、应用广泛等。下面就主要介绍一下其优点。 1定位精度高。经过相关实践已经证明了在 5
20、0公里以 内 GPS 的定位精度可以到达 6-10 米， 1000 公里以内的精确度就可以到达 9-10 米。工程精密定位在300-1500 米之间，一个小时或者一个小时以上的观测的平面位置误差不会大于一毫米，与 ME-5000 电磁波测距仪测定得边长大小相比较，其边长比较误差最大为 0.5 毫米，校差中的误差不会超过 0.3 毫米 7。 2观测时间短。 GPS 系统在不断地完善与更新，现在对于 20 公里以内的静态定位只需要 15 到 20 分钟之内；快速定位测量时，当流动站与基准站之间的距离在 20 公里以内时，流动站观测时间只需 2-3分钟，并且可以时时定位 ，每站观测只需 2-3秒钟，这样就可以更好的应用 GPS 系统测量了，还能使用户更加的
