开题报告GPS轨迹记录系统

1、一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义1.国内外研究动态GPS系统的前身是美军研制的一种子午仪卫星定位系统（Transit），1958年研制，1964年正式投入使用。该系统用5到6颗卫星组成的星网工作，每天最多绕过地球13次，并且无法给出高度信息，在定位精度方面也不尽如人意。然而，子午仪系统使得研发部门对卫星定位取得了初步的经验，并验证了由卫星系统进行定位的可行性，为GPS系统的研制埋下了铺垫。由于卫星定位显示出在导航方面的巨大优越性及子午仪系统存在对潜艇和舰船导航方面的巨大缺陷。美国海陆空三军及民用部门都感到迫切需要一种新的卫星导航系统。 为此，美国海军研究实验室（NRL）提出了

2、名为Tinmation的用12到18颗卫星组成10000km高度的全球定位网计划，并于67年、69年和74年各发射了一颗试验卫星，在这些卫星上初步试验了原子钟计时系统，这是GPS系统精确定位的基础。而美国空军则提出了621-B的以每星群4到5颗卫星组成3至4个星群的计划，这些卫星中除1颗采用同步轨道外其余的都使用周期为24h的倾斜轨道，该计划以伪随机码（PRN）为基础传播卫星测距信号，其强大的功能，当信号密度低于环境噪声的1%时也能将其检测出来。伪随机码的成功运用是GPS系统得以取得成功的一个重要基础。海军的计划主要用于为舰船提供低动态的2维定位，空军的计划能供提供高动态服务，然而系统过于复杂

3、。由于同时研制两个系统会造成巨大的费用而且这里两个计划都是为了提供全球定位而设计的，所以1973年美国国防部将2者合二为一，并由国防部牵头的卫星导航定位联合计划局（JPO）领导，还将办事机构设立在洛杉矶的空军航天处。该机构成员众多，包括美国陆军、海军、海军陆战队、交通部、国防制图局、北约和澳大利亚的代表。 最初的GPS计划在联合计划局的领导下诞生了，该方案将24颗卫星放置在互成120度的三个轨道上。每个轨道上有8颗卫星，地球上任何一点均能观测到6至9颗卫星。这样，粗码精度可达100m，精码精度为10m。由于预算压缩，GPS计划不得不减少卫星发射数量，改为将18颗卫星分布在互成60度的6个轨道上

4、。然而这一方案使得卫星可靠性得不到保障。1988年又进行了最后一次修改：21颗工作星和3颗备用星工作在互成30度的6条轨道上。这也是现在GPS卫星所使用的工作方式。GPS的应用都是基于两个基本服务 1）空间位置服务 .定位：如汽车防盗、地面车辆跟踪和紧急救生。 .导航：如船舶远洋导航和进港引水、飞机航路引导和进场降落、智 能交通、汽车自主导航及导弹制导。 .测量：主要用于测量时间、速度、及大地测绘，如水下地形测量、 地壳形变测量，大坝和大型建筑物变形监测及浮动车数据， 利 用GPS定期记录车辆的位置和速度信息。从而计算道路的拥堵 情况。 2）时间服务 .系统同步：如CDMA通信系统和电力系统

5、.授时：准确时间的授入、准确频率的授入2010年，中国GPS市场发展迅速，无论是车载产品还是便携式产品，销量均较2009年有明显上升。另外，GPS产品价格在2010年出现明显下降，许多知名品牌也纷纷加大对低端市场的重视程度。从行业整体情况看，导航功能、相关增值服务正逐渐成为新的市场增长点，售后保障服务也更加规范，市场呈现良性发展趋势。 卫星导航技术的发展趋势主要表现在三方面：一是卫星导航的多系统并存，使系统可用性得以提高，应用领域将更广阔；二是多元组合导航技术正在得到推广应用，主要有GPS与移动通信基站定位、陀螺、航位推算技术等的组合应用；三是卫星导航与无线通信等其它高技术相结合，如GPS接收

6、机嵌入到蜂窝电话、便携式PC、PDA和手表等通信、安全和消费类电子产品中，从根本上促进了IT技术的整体发展。 随着汽车、手机等高档消费品的普及，中国正在成为全球卫星定位导航系统（GPS）产业增长最快的市场之一。中国投资咨询网2007年中国GPS导航市场分析及投资咨询报告称，截至2005年底，中国安装车载导航设备的车辆不足10万辆，普及率不到1%。随着中国市场的高速发展及新品牌的层出不穷，预计GPS产业产值在2007年可接近10亿元。“十一五”期间，GPS在航空、海路、铁路、建筑、电信、电力等领域的应用都会有很大的发展空间。2.选题的依据和意义从上面的分析可以看出，GPS的技术在国外已相当成熟，

7、然而由于GPS在我国处于起步阶段，与产业发展相配套的环境还不尽完善，制约了企业的创新和发展。这也预示着GPS未来在中国的航空、海路、铁路、建筑、电信、电力等领域的应用都会有很大的发展空间。例如在交通领域：目前,随着社会的发展,交通的发展越来越快,道路、航线等变得越来越复杂,交通事故时有发生,在这种情况下,将用户的运行路线实时记录下来有助于分析事故原因。GPS行驶记录仪可以记录车辆的运行方向、速度、位置等基本信息,并可对车辆进行超速报警,可及时提醒驾驶员,提高驾驶员。 又如：我们可以将这种功能潜入到各种电子设备当中，如手表，手机等日常使用的电子产品，用于对人的实时定位和轨迹记录。当今的中国正步入

8、人口老龄化社会，平均每67个人当中就有一个老人。老年人口众多，421（四个老人，两个年轻人，一个孩子）问题突出。年轻人工作压力大，生活压力大，老年人空巢化严重，老人无人照顾，老人走失事件频频出现。这无疑也是一个巨大的市场，可以应用GPS对老年人的轨迹进行实时记录，这样，就可以避免老人走失问题。该课题是一个非常有创新的课题，同时也结合的它的实用性，具有实用价值。通过对该课题的设计也很好的煅炼了自己的能力。让我对GPS的工作原理有了更深的认识。同时，在实现这个设计的过程也很好地煅炼了自己的动手能力和独立思考能力。完成一个这样有实用价值的作品，对我以后步入社会后的工作也很有帮助。二、研究的基本内容，

9、拟解决的主要问题：设计一种GPS轨迹记录仪器，要求测量经纬度坐标，能与地图连接，实时在地图上显示位置，并记录运动轨迹，也可以根据需要查询某时间点的位置。设计指标： 1.GPS定位精度10米左右；2.记录时间大于24小时；所要解决的主要有以下几个问题1、硬件电路的设计制作，将GPS定位、GPRS通信模块、单片机、电源模块集成到一个系统板中；2、用单片机解析GPS定位数据（因为GPS数据是一大串的，要提取里边有用的）；3、实现GPRS通信，将单片机处理以后的定位数据通过GPRS方式发送到电脑终端；4、上位机软件的编写，需要制作一个上位机软件界面来调用百度地图显示GPS定位；5、数据库数据存储，将上

10、位机软件从计算机WEB端口读取的数据处理后存储到数据库中；三、研究步骤、方法及措施：由上述介绍可以将该课题设计分为两大部分：底层部分：1、单片机处理GPS数据2、单片机控制GPRS模块3、SIM900A模 块发送GPS定位数据上层部分：1、web端口数据提取2、上位机软件界面显示3、数据库数据存储 4、数据库数据调用 电源模块 上位机软件百度地图 数据库 PCGPRS通信模块 单片机MSP430F149GPS定位模块 图形界面 图1 系统框图 根据上述介绍可以写出程序主流程图如图2所示： 开始 系统初始GPS数据是否有效GPS发送数据Y单片机数据处理数据调用GPRS发送数据存储PC WEB终端

11、N 数据是否满 地图显示轨迹Y清空数据库 图2 程序主流程图1.底层部分：GPS定位模块实时在向与其链接的单片机串口发送数据，包括有效数据和无效数据，通过编写单片机中断延时程序和串口识别程序来实现在设定的时间间隔读取一次有效数据。读取到有效的数据以后，单片机控制GPRS模块,通过SIM900A向指定的WEB端口发送单片机转换好的数据，完成定位数据的发送。2.上层部分：编写上位机程序对WEB端口接受到的数据进行提取，并通过上位机调用百度地图（百度地图是开放的，它有一个调入接口），将接受到的经纬度信息显示在地图上，同时将读取到的数据存储在事先编写好的数据库里，判断数据库是否满，如果满，则对数据库进

12、行清空。四、研究工作进度：序号时间内容1确定论文题目，收集资料2任务书3开题报告会4熟悉单片机的开发，各模块硬件的设计与制作5外文文献翻译和文献综述写作6编写程序及调试7整个系统软硬件联调8撰写毕业论文9论文评审及修改10毕业答辩五、主要参考文献：1 王解先. GPS精密定轨定位M上海:同济大学出版社,1997.52 鲁郁. GPS全球定位接收机：原理与软件实现M北京:电子工业出版社,2009 3(美)James Bao-Yen Tsui . GPS软件接收机基础：a software approachM 北京:电子工业出版社,20074 魏二虎，黄劲松. GPS测量操作与数据处理M武汉:武汉

13、大学出版社,2004.65 洪利，章扬，李世宝. MSP430 单片机原理与应用实例详解M北京:北京航空航天大学出版社,20106 沈建华, 杨艳琴. MSP430系列16位超低功耗单片机原理与实践M北京:北京航空航天大学出版社,20087 胡大可. MSP430系列单片机C语言程序设计与开发M北京:北京航空航天大学出版社,2003.18 杨青青,祖静,尤文斌.嵌入式GPS轨迹记录仪J.电阻测试，2011，（1）9 吕辉. 由浅入深学C# :基础、进阶与必做300题M北京:电子工业出版社,201110 陈强. C#编程新手自学手册M北京:机械工业出版社,201211 齐文达.基于SD卡的GPS轨迹记录仪研究设计J.科学技术与工程,2011,(28).12 Kirkpatr