企业杀毒软件及其应用(完整版)资料

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企业杀毒软件及其应用（完整版）资料(可以直接使用，可编辑优秀版资料，欢迎下载）企业杀毒软件及其应用摘要摘要：当前，各种杀毒软件琳琅满目，选择合适的杀毒软件对于企业而言至关重要。根据企业部署杀毒软件的全过程，并结合用户反馈信息和大量测试，探讨了常用杀毒软件在企业中的应用，以期为各企业选择杀毒软件提供参考。关键词关键词：局域网；杀毒软件；信息安全DOIDOI：10.11907/rjdk.1431060中图分类号：TP301文献标识码：A文章编号文章编号：16727800（2021）0040044020引言随着网络技术的快速发展，各种病毒也呈多样化和复杂化趋势，直接影响到人们的网络工作环境，影响到企业信息安全及发展。近年来，由于病毒导致企业内部信息泄漏事件层出不穷，给企业带来了不可估量的损失，因而深入了解各杀毒软件的功能，并探讨其在企业中的实际应用至关重要。大量实例验证表明，应该从杀毒软件自身特点和用户需求两方面考虑，根据不同用户在不同发展阶段所需要解决的问题来发掘并解决问题。1杀毒软件功能目前，杀毒软件之间的竞争日趋激烈，主流杀毒软件在保证查杀病毒等基本能力的基础上也具备多样化功能以满足不同用户的需求。对于企业而言，它们所关注的重点是杀毒软件“能够帮助企业解决什么安全问题”而不是“能杀什么样的病毒”。企业杀毒软件为企业提供产品、方案和服务套装，但不仅仅是产品，更多地是面对大型复杂环境的应用，满足个性化定制部署[1]。本文从6个方面介绍杀毒软件在企业中所应具备的功能。1.1安全卫士不同于广域网，企业网络内部通常配置有较少的网络安全设备，因此每一台计算机所处网络环境看似安全，实则危险。一旦网络内某一台计算机感染了能够利用系统漏洞进行传播的网络病毒，则受攻击的计算机数量将以指数速度急剧增长，同时受攻击的计算机还可能被植入病毒，从“受害者”转变为“攻击者”。所以企业杀毒一定要发挥病毒防御功能，扮演好安全卫士角色，最大限度地保证企业免受病毒木马侵害。1.2得力助手企业各种信息安全问题，往往并非企业信息部门的人员可以独立解决。许多企业将所有问题归咎于信息部门，不仅不公平，同时也无法真正解决问题。随着企业信息化进程的逐步推进，企业内各应用系统迅速上线，致使企业信息部门的工作多样而复杂，导致信息安全管理成为了其无法独立承担的沉重责任。信息安全不能仅仅靠信息部门来完成，也需要庞大的用户支持和共同维护，企业内庞大的用户才是信息安全的生力军，同时也是企业杀毒软件面向的主要对象[2]。企业杀毒不仅要成为信息人员的得力助手，也要成为所有员工的得力助手[3]。1.3“贴心小棉袄”企业杀毒软件需要具有很强的易用性，无需使用者过多参与，即可自行完成一些必要操作和配置，企业内部员工不需要专业的计算机相关技能也可以方便地使用。并且，企业杀毒软件也应具有灵活的可定制性，能充分地满足企业在网络应用和日常工作中的新需求，为企业网络管理员提供了极大便利。1.4“管家婆”企业杀毒软件需要担任“管家婆”的角色，帮助用户清理电脑使用中产生的“垃圾”，优化电脑性能、加快运行速度等。同时也要担任信息管理人员的“管家婆”，帮忙完成企业制度上的一些管理和日常维护工作，例如查杀毒历史记录、攻击源锁定、局域网状态监测、台帐信息记录、用户使用情况统计、软件统一分发部署、外置设备统一管理等。1.5锦上添花企业杀毒软件应具备一些非必需的简单功能，这些功能可以大幅度提升效率，例如全网计算机IE主页的统一修订；企业所需关键信息的推送（对于拥有门户的企业而言，该功能较为实用）；用户桌面使用障碍远程求助等。同时实现双向可视的远程桌面，并辅助信息管理员帮助用户解决计算机使用过程中或系统应用中遇到的问题。1.6携手并进，且行且磨合一整套杀毒软件在企业内真正运行起来，需要经过前期调研、小范围测试、方案调整、稳定性分析、全面推广部署，以及后期的周期性更新和升级。因此，杀毒软件必须有足够的可定制性，以满足企业在网络应用上不断变化的需求，与企业共同发展，切实帮助企业解决问题[4]。2常用杀毒软件选择杀毒软件，需要深入了解各种杀毒软件的功能。本文选择两款业内认可度较高的杀毒软件进行介绍。2.1卡巴斯基卡巴斯基（Kaspersky）反病毒软件是世界上拥有最尖端科技的杀毒软件之一，总部设在俄罗斯首都莫斯科，全名“卡巴斯基实验室”，是国际著名的信息安全领导厂商。卡巴斯基为个人用户、企业网络提供反病毒、防黑客和反垃圾邮件产品。其关键功能有：①可看作一个系统管理平台，提高IT效率，包括补丁管理、资产管理和资源配置；②实现加密功能，确保文件、文件夹、全磁盘或者设备的安全性；③实现访问控制（应用程序、设备、网页），精确控制应用程序、设备以及员工访问和使用网络的方式，提高安全性；④确保邮件安全，反恶意软件和智能过滤垃圾邮件；⑤确保Internet网关安全，为最流行的Internet网管提供保护，确保员工在较少干扰下使用Internet。卡巴斯基在拥有强大功能的同时，也对电脑性能的消耗带来一定负担。其最大缺点就是对计算机CPU和内存资源占据较多，尤其是扫描文件和更新病毒库时，对CPU的占用较大，对计算机硬件要求总体过高。2.2奇虎360企业版奇虎360企业版是面向企业级用户推出的专业安全解决方案。360杀毒软件最大的亮点就是永久免费、不限终端数。它通过一个轻量级的管理控制中心及BS模式的统一管理终端，解决企业对于安全统一管理的需求。主要特性有如下几点：①永久免费，全功能无限制，不限终端数，7*24专业服务；②全网安全，一键体检，统一杀毒、清木马、修漏洞、修复各类风险项，实现各类计算机风险汇总；③具备系统安全修复、软件管家、清理垃圾、修复浏览器等多项功能，比其它传统产品多一些实用功能；④XP盾甲，为XP系统修复补丁，防止系统遭到损害。3杀毒软件应用通过在茂名臻能热电部署卡巴斯基和奇虎360企业级杀毒软件，结合相关人员遇到的问题和所采用的解决办法，对上述两款杀毒软件的功能和使用情况进行深度剖析。由于单位内电脑性能参差不齐，于是对不同层次性能的电脑进行了抽样，主要评定标准体现在CPU和内存。表1为卡巴斯基使用情况（开启IE访问行为监测、硬盘文件、系统重要位置、邮件实时监测）的抽样测试情况。对于硬件配置情况偏低的电脑而言，卡巴斯基在某些电脑中“得不偿失”，使得用户在计算机上办公困难。安装和初步使用过程中，遭到用户强烈反对，相关信息人员经过讨论，对卡巴斯基的使用功能进行了多次降低调整，先是降低了邮件实时监测，保留了重要文件监测和IE访问监测功能，但是大部分用户仍然表示难以接受。信息工作人员再次改变杀毒策略，只保留基本杀毒功能和文件监视，但对于内存2G及2G以下电脑，用户办公还是受影响。最后只好对运行卡巴斯基严重影响办公的用户进行了卸载，改用奇虎360。奇虎360（包含360安全卫士和360杀毒）使用情况如表2所示。实践表明，奇虎360在企业内部推广没有受到太大阻力。统计调查发现，大部分用户家庭电脑中使用的是360杀毒软件，对奇虎360已经普遍接受，同时又有卡巴斯基的试用体验，让用户对奇虎360青睐有加。奇虎360里的台帐功能、硬件外设管理和远程桌面功能也备受信息人员推崇，给日常信息维护工作带来了许多便利。然而，奇虎360也存在一些不足，它时常在未经用户同意的情况下推送并默认安装自己公司的其它产品，例如软件管理和360安全浏览器，并使用一些误导用户的手段或者“强制捆绑安装”方式让用户安装使用，这种“流氓行为”并不为用户所接受。结合上述实践，得出选择杀毒软件需重点考虑如下方面：①用户体验；②计算机硬件性能优劣；③杀毒能力，漏洞扫描；④管理、安装方式，体系架构；⑤企业注重的一些特定需求是否能得到解决。其中，用户体验需要首先考虑，简洁的使用界面、无歧义的文字解释，以及可靠的设置与运行，就是优秀的企业杀毒软件必备特征之一。就杀毒防护功能而言，卡巴斯基相对较强，但是在设置和使用上较为复杂，功能单一，占用大量计算机硬件性能，让用户无法接受。奇虎360虽然很注重用户体验，涵盖一些适用于企业内部需求的附属功能，让信息人员及员工用户爱不释手，但是强制推送、默认安装、捆绑安装等霸道行为也着实令用户难以接受。因此，企业需结合自身实际，综合考虑，选择合适的杀毒软件，最大程度地保障企业信息安全，更好地促进企业发展。参考文献参考文献：[1]金烨.产品与服务并重[N].中国计算机用户，20211023.[2]胡斌昀.企业防毒软件发展趋势分析[J].中山大学学报：自然科学版，2004，43（6）：142144.[3]扶苏.抓住要点，两招搞定中小企业信息安全[N].电脑报，20210515.[4]董军.360引领企业安全转型：从安全即产品到安全即服务[N].中国经营报，20210428.[5]刘宏伟.企业杀毒需变招[N].计算机世界，20211222.责任编辑（责任编辑：孙娟）目录目录 2摘要 4Abstract 5第一章 绪论 6第一节GPS的概念及发展概况 6第二节软件无线电技术的发展概况 7第三节本文的主要研究内容及意义 9一、课题背景 9二、主要研究内容 9一、课题意义 10第二章 基于软件无线电技术的GPS接收机研究 10第一节基于软件无线电技术的系统设计构架 10第二节软件无线电设计的关键技术分析 11一、射频转换（RF到IF） 11二、中频AD/DA 11三、数字信号处理模块 12四、算法软件实现 12第三节GPS软件接收机的设计原理 12第四节软件接收机中频数据处理的核心算法 14一、C/A码信号捕获 14二、C/A码信号跟踪 15第五节本章小结 16第三章 基于NMEA-0183码的分析与研究 17第一节GPS定位数据NMEA-0183码的介绍 17第二节基于WINDOWSAPI的串口通信研究 20第三节定位精度因子的分析 21第四节多通道信号的接收质量分析 23第五节天空卫星视图的分析 24第六节相对位置移动轨迹的跟踪研究 26第七节本章小结 27第四章 实验与结果分析 28第一节基于NMEA-0183码应用软件的程序实现 28第二节实验结果分析 36第三节本章小结 45第五章 结论与展望 45参考文献 47摘要全球定位系统（GPS）在定位导航和地球空间测绘上都有着极其广泛的应用，用户通过GPS终端设备获取GPS定位数据，实现导航定位的应用。软件无线电（SDR）作为无线通信领域的一项突破性关键技术，被称为二十一世纪“无线电世界的个人计算机”。它是无线通信领域继模拟到数字、固定到移动的第三次技术革命。使用软件无线电思想构建的GPS软件接收机，在开放性和可重配置性上有着传统接收机所无法比拟的优势，对接收算法研究和后续优化有着重大研究意义。本文的研究工作涉及GPS软件接收的关键技术研究、捕获跟踪算法与研究分析，以及基于NMEA-0183数据帧的实时采集软件设计与研究。通过实时采集的数据帧，来分析和评估定位精度因子、信号质量、卫星几何特征以及定位应用中的相对位置移动轨迹等，实现GPS接收应用的定量研究。研究过程中，形成了高精度相对定位轨迹的创新实现方法。实验证明：本文的研究结果可以拓展到多模式多系统的增强定位系统研究和区域位置服务的应用研究。关键词：软件无线电（SDR）；GPS；NMEA-0183；基于位置服务（LBS）AbstractGlobalPositioningSystem(GPS)iswidelyappliedinnavigationandearthmapping.ThecustomersuseGPSdevicestoachievenavigationandpositioningbygettingtheGPSdata.Asakeytechnologybreakthroughinthefieldofwirelesscommunication,SoftwareDefinedRadio(SDR)isknownas“thePCinwirelessworld”inthe21stcentury.Followingtherevolutionfromanalogtodigital,fixedtomobile,SDRisthethirdtechnologicalrevolutioninthisfield.ThesoftwareGPSreceiver,basedonthetheoryofSDR,hasincomparableadvantagesoverthetraditionalGPSreceiverinopennessandre-configuration.Italsohasgreatsignificanceinthefollow-upresearchingandoptimizing.Inthispaper,somekeytechnologiesofsoftwareGPSreceiverwareresearchedandthereal-timeNMEA-0183dataacquisitionsoftwarewasrealized.TheGPSpositioninginformationsuchasgeometricdilutionofprecision(GDOP),SignaltoNoiseRatio(SNR)ofGPSsignals,geometriccharacteristicofGPSsatellitesandtrajectoryofrelativepositionwasquantitativelyanalyzed.Anewmethodtoformahigh-precisionshifttrajectorywaspresented.Alltheseworksdescribedabovecanbeusedinthefurtherresearchontheenhancedpositioninginmulti-modesystemandlocationbasedservices(LBS).Keywords: SoftwareDefinedRadio(SDR);GPS;NMEA-0183;LocationBasedServices(LBS)绪论GPS的概念及发展概况GPS是全球定位系统（GlobalPositioningSystem）的英文缩写，它可以用来实现连续的实时三维导航。所谓导航（navigation），在这里的定义是实时的测定运动载体在途行进时的位置和速度，引导运动载体沿一定的航线经济而安全的到达目的地[1]。完成高精度的导航定位，需要导航装置作为辅助手段。其中有一类导航装置，发射无线电信号，使用户能够通过终端设备接受多个该类导航装置的无线电信号计算出其位置，我们称这类导航装置为无线电导航装置。无线电导航装置通常可分为路基和星基两大类。路基无线电导航基于较少的无线电标台站，不但精度和范围有限，而且易受无线电干扰。50年代末，前苏联发射了第一颗人造卫星，美国科学家通过跟踪研究，发现了多普勒频移现象，并利用该原理促成了多普勒卫星导航定位系统TRANSIT的建立，开创了陆海空卫星无线电导航的新时代，这是第一代星基无线电导航装置。但由于多普勒卫星轨道高度低，系统含星座较少，所以存在这轨道精度难以提高，定位时间间隔过长等明显缺点。正是这些缺陷，促使了美国的全球定位系统（GPS）和俄罗斯的全球导航卫星系统（GLONASS）的快速发展。美国的全球卫星定位系统（GPS）计划自1973年起步，1978年发射首颗导航卫星，1994年完成24颗中等高度圆轨道（MEO）卫星组网，历时16年，耗资120亿美元。至今，已先后发展了3代卫星。整个GPS系统由空间星座部分、地面监控部分和用户设备部分组成。空间星座部分主要由24颗GPS卫星（21颗卫星加3颗轨道备用卫星）组成，卫星高度20210km，轨道周期11小时58分，有6个轨道面，每个轨道至少4颗卫星，轨道倾角55°。这样的设计保证了地球上及近地空间在任何时间都至少可见4颗卫星满足最基本的定位要求。地面监控部分包括卫星监控站、主控台和信息注入站。监控站是在主控站的直接控制下的数据自动采集中心，对GPS卫星进行连续监测；主控站设在美国本土的科罗拉多（Colorado）的法尔孔（Falcon）空军基地，协调和管理地面监控系统，同时计算各卫星的星历、时钟误差和大气修正参数并送到注入站，控制卫星，使卫星正常运转；注入站的主要工作是将卫星轨道、时钟纠正信息，控制命令上行注入卫星。用户设备部分就是用户进行导航定位的终端设备，由接收机硬件、数据处理软件及微处理器构成[2]。GPS卫星采用码分多址（CDMA）技术在两个频率上广播测距码和导航。这两个载波频率分别是L波段的（1575.42MHz）和（1227.60MHz）。测距码有C/A码和P码，分别用于民用的标准定位服务（SPS）和军用的精密定位服务（PPS），两者在定位精度上有着较大差异。导航数据主要是卫星轨道坐标、卫星钟差方程式参数、电离层现时修正等广播星历，它向用户提供了定位一直参考点（信号发射卫星）的起算坐标和系统参考时间及相关传播误差修正[3]。“GPS的应用，仅受人们的想象力制约。”GPS问世以来，已充分显示了其在导航定位领域的霸主地位。许多领域也由于GPS的出现而产生革命性变化。目前，几乎全世界所有需要导航定位的用户，都被GPS的高精度，全天候，全球覆盖，方便灵活和优质价廉的特点所吸引。按其作用，GPS的应用可分为以下三类：导航，主要是为船舶、汽车、飞机等运动物体进行定位导航。例如：船舶远洋导航和进港引水；飞机航路引导和进场降落；汽车自主导航；地面车辆跟踪和城市智能交通管理；紧急救生；个人旅游及野外探险；个人通讯终端。授时校频。例如：电力，邮电，通讯等的时间同步；准确时间频率的授入。高精度测量。例如：各种等级的大地测量，控制测量；道路和各种线路放样；水下地形测量；地壳形变测量，大坝和大型建筑物变形监测；GIS应用；工程机械（轮胎吊，推土机等）控制；精细农业。软件无线电技术的发展概况在1992年5月美国电信系统会议上，JeoMitola首次提出了软件无线电（SoftwareDefinedRadio）的概念。软件无线电（SDR）是指在一个开放的，标准化的、模块化的通用硬件平台上，通过软件加载实现各种无线电通信功能(如工作频段、调制解调类型、数据格式、加密模式和通信协议等)。其核心是：使宽带A/D、D/A转换器并尽可能地靠近天线；无线电功能尽可能地通过软件来实现。理想的软件无线电主要由天线、射频前端、宽带A/D和D/A转换器、通用或专用数字信号处理器以及各种软件组成。由于计算机技术，特别是微处理机在高速数字信号处理技术和通信中的应用，无线通信系统从模拟向数字转化；最近快速发展的宽带模数转换和信号处理技术、日益提高了的硬件工艺水平、日臻成熟的可编程器件和EDA工具，使软件无线电的概念转化为实际应用成为可能。无论是从军用还是商用或是民用的要求考虑，软件无线电都是通信系统用户需求的必然产物。军用无线电系统为了实现海、陆、空、天一体化的立体战争环境，要求在不同频段、不同通信制式和不同的管理体制下均可以互联通信；商业和民用客户要求通信系统能支持多媒体服务,包括移动通信、高速和高速的数据传输等。为了满足这些服务需求，物理层需要有高度灵活性和适应性，必须是兼容多标准操作和功能。传统数字通信系统对多标准通信解决方法并不灵活，当介质和信道特性改变时，硬件就必须完全更新。尤其是在当今无线电标准和接口种类层出不穷的时期，为了节约成本，从经济角度考虑，传统的无线电通信系统必将被每层可软件重构的软件无线电设备所取代。软件无线电的出现，使无线电技术由以硬件为主的时代走向以软件为主的时代，事实上它是继模拟通信技术、数字通信技术之后的第三代无线通信技术。软件无线电具有以下一些特点：软件无线电具有完全的可编程性，可通过软件编程来实现无线电台的功能，包括对无线波段、信道调制、接入方式、数据速率的编程等，因此通过程序进行控制和操作，这是软件无线电最突出的特点之一。但是软件无线电不是不要硬件，而是把硬件作为一个基本平台来架构。软件无线电的另一个重要特点是A/D、D/A变换与天线十分靠近，因而能比较迅速地将接收到的射频模拟信号转换为数字信号，比较晚地将要发送的数字信号变换为射频模拟信号，这就充分地利用了数字信号处理（DSP）器件的功能和软件的资源。软件无线电遵循开放平台的设计思想，采用了模块化的结构，因而能够方便的进行硬件模块的更换和软件的升级，并能通过运行不同的算法，实时的配置自己的信号波形，提供各种各样的通信业务。其新业务仅需在电台中加载新的软件模块即可实现，从而降低了通信设备的硬件成本。本文的主要研究内容及意义课题背景LBS（LocationBasedServices，基于位置服务）是定位技术的应用开发，它的工作原理是：用户终端设备（一般为、PDA、手提电脑等移动终端）采用卫星定位或其它方式获取用户位置等信息，并实时地将这些信息通过移动通信方式传至服务器，服务器根据用户的请求做出响应，并将响应回馈到用户终端。位置信息在大众生活中占据着越来越重要的地位，尤其是从服务于人的信息应用发展到借助传感器的分布式网络，再到以机器自动装置为主的网络集群，位置信息无处不在。近年来，随着电子、计算机、信息等技术的飞速发展和交叉研究，位置信息服务不再局限于运营商的一项增值业务。它已经将电子地图、车载导航、无线导航、交通信息四个领域形成了产业模式。可以预测，位置服务已经由业务的概念逐步外延到产业发展层面上。LBS的发展已经进入了黄金时期。面向数字化城市的基于位置服务的系统实现了定位、通信和GIS技术的集成以及生活指南信息的获取，为人们的生活带来了很多便利，在未来数字化工作和生活中也将发挥重要作用[4]。本文的研究工作受上海市国际合作基金项目“基于位置的移动信息服务关键技术研究与应用示范”的资助，项目是针对GPS定位信息在区域范围内的分布和基于地面卫星增强系统三维高精度定位系统的性能评估与验证。本文的研究正是接收系统中数据帧应用软件设计与研究，同时基于软件无线电的GPS接收机开发是本文研究的系统基础。主要研究内容在本文中，主要阐述软件无线电（SDR）概念，NMEA-0183协议，以及基于软件无线电思想设计的GPS软件接收机的体系结构。并以PC机为平台，VisualC++的MFC框架为基础，设计了GPS应用分析软件。通过串口连接，从接收机中读取基于NMEA-0183协议的数据帧，实现了数据帧显示，导航信息显示，接收机多通道卫星信号信噪比（SNR）分析，天空卫星视图显示，定位精度因子（GDOP）分析，用户位置跟踪，数据保存回放等主要功能，并使用GARMIN15LGPS接收机模块和Fastraxitrax300接收机模块对软件的性能进行了验证和分析。各章分述如下：第一章简要介绍了GPS系统和软件无线电的基本概念。第二章中针对软件无线电的特点，描述了GPS软件接收机的构架，以及中频数字处理中的两步核心流程的算法。第三章介绍了NMEA-0183协议和使用WindowsAPI的串口通信机制，给出了通过读取NMEA码可以实现的接收机功能描述。第四章描述了基于NMEA-0183协议的GPS接收机软件的实现过程，并对其功能加以验证，综合分析影响定位精度和位置移动轨迹的因素。第五章为总结以及本文所描述的GPS应用软件的发展前景。课题意义降低定位精度因子，是在伪距测量误差一定的情况下优化GPS定位精度的有效途径。相对位置移动轨迹跟踪测量是GPS对在测绘学上重要应用。通过编写GPS应用分析软件，研究如何影响定位精度因子的因素和引发跟踪轨迹误差的来源对提高GPS定位精度，实现精确测绘有着重要的意义。而高质量的定位和跟踪轨迹能够使区域位置服务更为精确、高效。基于软件无线电技术的GPS接收机研究基于软件无线电技术的系统设计构架软件无线电的体系结构是实现软件无线电这一概念的具体设计结构，包括硬件、软件和接口协议等部分。理想的软件无线电接收机的硬件应包括宽带射频信号接受部分、高速采样部分（A/D），中央协调控制部分和总线接口部分。由数据总线和控制总线将各部连接在一起，为硬件设备驱动层上的软件提供物理支持。当系统处于接受状态时，无线电信号通过天线耦合到宽带射频接收部分，通过下变频采样，转化为中频数字信号通过数据总线传输到接口主机中。软件部分应包括硬件驱动层、信道复用层、开发调试环境层、用户/系统模块层和应用层组成。硬件驱动层主要实现了对硬件资源的调用，为上层软件提供了良好的硬件操作接口；信道复用层主要实现了多路信号复用的通信功能；开发调试环境层工作在用户主机上，为用户提供了易用开放的软件开发平台；用户/系统模块层主要包括了用于系统开发的底层模块，通过调用这些模块可以实现大部分通信功能；应用层则是以开发好的各种软件无线电应用，可以脱离开发调试环境单独使用[5]。接口协议部分主要由数据帧格式定义和通信过程操作时序组成。该协议要能过表达硬件平台应用的各种功能和设备驱动层的各种请求，并具备可扩展性。软件无线电设计的关键技术分析射频转换（RF到IF）目前A/D转换器的速率不高，很难实现在射频（RF）及较高的中频直接进行A/D转换，所以在接收机前端处理中，通常要先进行下变频（Down-conversion）。RF变换模块需要完成的任务包括：功率放大、接收预防大和RF信号与IF信号之间的变换。它的设计目的是使下一步中的A/D发挥最优性能。一个窄带超外差式接收机的射频部分与宽带软件无线电的射频部分相比有相似之处，但并不相同。宽带的软件无线电的射频部分要求：在滤波器的滚降特性的锐利程度受到损害的情况下，强调仍然能提供线性的功率放大。中频AD/DAA/D变换器要求有较高的采样速率和分辨率，以便在恢复时降低失真。除此之外，还要求有较大的线性动态范围，以减少互调失真，使接收的弱信号仍能在强的干扰信号中检测出来。它在移动通信中有远近效应时尤为重要。随频率和带宽的增加，采样速率和动态范围也将增大。此外，信噪比、无寄生动态范围、噪声功率也是选择A/D转换器时的重要技术指标。信噪比（SNR）是度量一个信号的传输质量，与转换器的分辨率直接相关。无寄生动态范围（SFDR），是度量变换器中的非线性误差源，用来评估强信号下A/D变换器同步检测弱信号的能力。噪声功率比（CNR），定义为陷波滤波器带内噪声功率谱密度之比，可提供与如何限制信道间互干扰的信息。数字信号处理模块在数字信号处理模块的实现方式上，主流趋势为DSP（DigitalSignalProcessor，数字信号处理器）、FPGA（FieldProgrammableGateArray，现场可编程门阵列）和ASIC（ApplicationSpecificIntegratedCircuits，专用集成电路）。可以简单理解为,DSP以软件方式,FPGA和ASIC以硬件方式实现数字信号处理算法。由于DSP和FPGA均具备可编程能力,它们比较适合软件无线电的需要。基于DSP的软件无线电系统通过软件编程实现了用户参数和波形的改变，他的特点是通用性、灵活性好，开发容易。基于FPGA的系统由于FPGA具有在线编程，动态改变器件逻辑功能的特性，实现物理器件的分时复用，因而有着比DSP更好的灵活性和更低的成本。ASIC则是实现了纯粹的数字无线电系统。为了更好的体现软件无线电通用、灵活、开放的特点，基于通用处理器的软件无线电系统也随之产生，这正是源于通用CPU的设计在可编程型、通用行、开放性上的巨大优势，是它成为了最接近理想软件无线电的平台，这也是软件无线电在实现方式上的发展趋势。算法软件实现软件无线电的本质是用软件定义无线通信。通过软件，系统实现了从信号解调、滤波、捕获跟踪等一系列原先要通过复杂硬件才能完成的基本软件无线点功能。次外，还应针对不同的软件无线点的设计需求，在局部进行软件优化处理。软件算法的实现直接决定了系统的功能与性能。GPS软件接收机的设计原理GPS信号接收机是GPS全球导航定位系统的用户设备，是实现导航定位的终端仪器。传统的GPS接收机的虽然种类繁多，但在结构上通常可分为射频前端（RFFront-end）、信号处理单元（SignalProcessing）和导航处理（NavigationProcessing）三部分。在前端中，接收机通过天线耦合接受GPS信号，经过预放大（Pre-amp）、下变频（Down-conversion）和滤波（Filter）后生成中频信号（IF），对后通过A/D转换器采样，将模拟信号转换为数字信号（DigitalIF）传输到信号处理单元中。信号处理单元将已经接受到的中频数字信号进行捕获跟踪处理，并对导航信息解调，以得到定位伪距（Pseudorange）、载波相位及星历数据（Ephemeris）。最后在导航处理单元中，计算出用户的经纬度坐标、行进速度等信息，实现用户的导航定位。GPS软件接收机是在软件无线电（SDR）思想知道下实现的。它继承了软件无线点的设计特点，即使A/D转换器尽可能的靠近天线，其它部分实现软件化，所以GPS软件接收机与传统接受机相比，保留了射频前端，由软件构架对中频数字信号进行捕获和跟踪。一旦完成了跟踪，通过子帧同步和奇偶校验，就可以将输出的信号转换成导航数据。从子帧中可以得到星历数据。根据星历数据可以确定当前卫星的位置。接受机到卫星之间的伪距也可以确定。只要获得了所有必需的信息，就可以计算出用户的位置，并将其转化为所需的坐标系统中[6]。GPS软件接收机结构如下：软件接收机中频数据处理的核心算法C/A码信号捕获为了跟踪GPS信号并进行信息解码，就必须先用捕获程序来检测信号的存在。一旦检测到信号，必须测出两个重要参数，一个是C/A码信号的延时，另一个是载波信号的载波频率。采集的数据通常包括几个卫星的信号，每个信号的C/A码不同，开始时间不同，多普勒频移不同。捕获程序要找到C/A码相位，并用这个信息对频谱接扩，输出连续波信号，就可以得到它的载波频率。C/A码信号延时和载波频率两个参数将传递到跟踪程序中。相关器I(同相)、Q(正交)通道第k次相关输出分别为：其中A为信号幅度，为导航电文,为码相位估计偏差，为多普勒频移估计偏差，为复制码自相关函数，N为积分码片长度，为载波相位，、为噪声项。因此当本地产生的载波频率和复制码相位与检测信号完全匹配时，相关器的最终输出为最大值。由于码相位与多普勒频移的不确定性，为了获得相关峰值，以判定信号捕获与否，需要对码相位和多普勒频率进行二维搜索，若码相位搜索步长为个码片，多普勒频率搜索步长为，则一个码相位单元与一个多普勒频移单元组成的二维搜索单元如下。当接收到信号频率和相位落入该搜索单元时，取得极大值。将与识别门限进行比较，根据判定算法进行判定是否成功捕获到信号。C/A码信号跟踪跟踪信号的基本方法是根据输入信号构造一个窄带滤波器，当输入信号的频率随时间而变化时，滤波器的中心频率必须跟随信号变化。实际的跟踪过程中，窄带滤波器的中心频率是固定的，但本振信号要随输入信号的频率变化而变化，通过比相器对输入信号和本振信号的相位对比，由于窄带滤波器的带宽很窄，与捕获相比，跟踪方式有着更高的灵敏度。跟踪的主要目的是对捕获的信号进行载波和码相位的精确跟踪，以确保本地产生复制的载波和码信号相位与输入信号严格同步，为数据解调做进一步准备。为了跟踪GPS信号，必须去掉C/A码信息，因此跟踪过程需要两个环路来完成，一个跟踪C/A码；另一个环跟踪载波频率，主要由各类锁相或锁频环来完成[7]。C/A码锁相环有3个输出：超前码、延时码和即时码。即时码用于将输入的数字信号中的C/A剥离掉，输出是含有导航数据引起相位跳变的CW信号，并将其作为载波环的输入。载波环的输出信号是频率为输入信号的载频CW信号，这个信号可用于剥离输入信号中的载波信号，剥离后是一个只包含C/A码而没有载波的信号，这正好是码环的输入。本章小结自从软件无线电这一概念被提出之后，就得到了全世界无线电领域的广泛关注。由于软件无线电所具有的灵活性、开放性等特点，使其在无线通信中获得了广泛应用。利用软件无线电概念的设计GPS软件接收机，继承了软件无线电系统的优点，由软件处理从射频前端产生的中频数字信号，实现GPS信号的捕获、跟踪及导航数据解调，完成了对当前位置伪距信息的解算，并通过坐标转换实现定位导航。基于NMEA-0183码的分析与研究GPS定位数据NMEA-0183码的介绍NMEA协议是为了在不同类型的GPS导航设备中建立统一的BTCM（海事无线电技术委员会）标准，由美国国家海洋电子协会（NMEA-TheNationalMarineElectronicsAssociation）制定的GPS串口通讯协议。GPS接收机将用户位置、速度，及当前的相关卫星数据以NMEA-0183协议的标准规范通过串口传送到PC机，PDA等终端设备。NMEA-0183协议解决了不同品牌、不同型号的GPS接收机之间实现任意连接的接口问题。目前大多数常见的GPS接收机、GPS数据处理分析软件、导航系统大多支持或至少兼容NMEA-0183协议标准。NMEA-0183协议对电器和数据规格都做了相应的规定。在物理层，它要求通讯是建立在串口的基础上的；在数据链路层，它规定了传输波特率为4800，数据位为8bit，无奇偶校验及握手信号，停止位为1bit；在应用层，NMEA-0183码是ASCII编码的串行数据，由帧头、帧尾和帧内数据组成。它规定了每条信息帧都以“$”作为起始符号，接下来的5个字符决定了信息帧的类型构成帧头，其后的各个数据以“，”作为分隔符构成帧内数据，信息帧的最后一个数据紧接着“*”加上两位的16进制的校验和（Checksum）构成帧尾，并以<CR><LF>结束此信息帧（见下图）。根据本文所设计的GPS应用软件，下面着重介绍软件所涉及到的相关数据帧格式。GGA——GPS定位信息(GlobalPositioningSystemFixedData)$GPGGA,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,M,<10>,M,<11>,<12>*hh<CR><LF>位置内容描述<1>UTC时间hhmmss.sss(时分秒)<2>纬度ddmm.mmmm<3>纬度半球N（北纬）或S（南纬）<4>经度ddmm.mmmm<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>解算使用卫星数00~12（0也将被传输）<8>HDOP水平精度因子<9>海拔高度米M单位<10>地球椭球面相对大地水准面的高度米M单位<11>差分时间从最近一次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*hh校验和(Checksum)<CR><LF>信息传输结束GSA——当前卫星信息(GNSSDOPandActiveSatellites)$GPGSA,<1>,<2>,<3>,<3>,,,,,<3>,<3>,<3>,<4>,<5>,<6>*hh<CR><LF>位置内容描述<1>模式M=手动，A=自动<2>定位类型1=没有定位，2=2D定位，3=3D定位<3>通道1上卫星PRN01~32用于解算的卫星PRN<3>通道2上卫星PRN01~32用于解算的卫星PRN….….….<3>通道12上卫星PRN01~32用于解算的卫星PRN<4>PDOP位置精度因子（0.5~99.9）<5>HDOP水平精度因子（0.5~99.9）<6>VDOP垂直精度因子（0.5~99.9）*hh校验和(Checksum)<CR><LF>信息传输结束GSV——可见卫星信息(GNSSSatellitesinView)$GPGSV,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,…,<4>,<5>,<6>,<7>*hh<CR><LF>位置内容描述<1>GSV语句的总数1~3<2>当前GSV语句数目1~3<3>显示卫星的总数目00~12<4>卫星PRN通道1卫星PRN（01~32）<5>卫星仰角通道1卫星仰角（0~90）<6>卫星方位角通道1卫星方位角（0~359）<7>信噪比SNR0~99，未跟踪时为空….….….<4>卫星PRN通道4卫星PRN（01~32）<5>卫星仰角通道4卫星仰角（0~90）<6>卫星方位角通道4卫星方位角（0~359）<7>信噪比SNR0~99，未跟踪时为空*hh校验和(Checksum)<CR><LF>信息传输结束RMC——推荐定位信息(RecommendedMinimumSpecificGNSSData)$GPRMC,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11>,<12>*hh<CR><LF>位置内容描述<1>UTC时间hhmmss.sss<2>定位状态A=有效定位，V=无效定位<3>纬度ddmm.mmmm<4>纬度半球N（北纬）或S（南纬）<5>经度ddmm.mmmm<6>经度半球E（东经）或（西经）<7>地表速度000.0~999.9节<8>地表航向000.0~359.9<9>UTC日期ddmmyy<10>磁偏角000.0~180.0<11>磁偏角方向E（东）或W（西）<12>模式指示A=自主定位，D=差分，E=估算，N=数据无效*hh校验和(Checksum)<CR><LF>信息传输结束ZDA——时间信息(SiRFTimingMessage)$GPZDA,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>*hh<CR><LF>位置内容描述<1>UTC时间hhmmss.sss<2>日01~31<3>月01~12<4>年1980~2079<5>时区小时与UTC的偏量<6>时区分钟与UTC的偏量*hh校验和(Checksum)<CR><LF>信息传输结束基于WINDOWSAPI的串口通信研究串行端口是一种非常重要的通信资源，它是CPU和串行设备间的编码转换器。当数据从CPU经过串口发送出去时，字节数据转换为串行的位。在接收时，串行的位被转换为字节数据。串行端口在传输方式上可分为3种：单工通信、半双工通信和全双工通信。在通信方式上又可分为同步通信方式和异步通信方式两种。本文所设计的软件传输通信方式是基于RS-232串行接口标准的全双工异步通信方式。在Windows下开发串行通行程序的方法两种：MSComm控件编程和WindowsAPI串口编程。由于利用WindowsAPI函数进行串口程序设计时较前者具有更高的灵活性和可移植性，故本文中软件应用了这种通信方式。在Windows环境下，串口是系统资源的一部分，应用程序要进行串口通信，必须先向系统申请资源（打开串口），并在结束通信后释放资源（关闭串口）。由于串口资源在Win32环境中是被作为文件来对待的，因此，在通信过程中，可将串口作为文件来处理，例如使用CreateFile，ReadFile函数分别来打开和读取串口资源。[8]串口通信的实现大致有以下几个过程。打开串口，初始化串口配置使用CreateFile函数打开指定串行端口(例如设定逻辑端口名称为“COM1”)获取串口句柄，并设定共享模式为独占，访问模式为读写，创建方式为打开已存串口，传输方式为异步。在获取串口句柄后，设置输入和输出缓冲区的大小（本软件中缓冲区大小为4096），超时信息（COMMTIMEOUTS结构体初始化）及串口信息（串口设备控制块DCB初始化）。针对NMEA-0183协议的相关规定，在这里对串口信息（串口设备控制块DCB）中的相关变量进行修改，将波特率（BaudRate）默认值设定为4800，每字节位数（ByteSize）为8bit，无奇偶校验位，停止位为1bit。全局监控串口事件建立全局的线程函数ThreadFunction(LPVOIDpParam)，用于检测串口中的事件，一旦检测到串口中有数据接受，将发送消息WM_COMMNOTIFY，调用OnCommNotify(WPARAMwParam,LPARAMlParam)消息处理函数接受数据。串口数据读写在进入消息处理函数后，使用DWORDReadComm(char*buf,DWORDdwLength)来获取串行数据（数据获取通过文件读操作ReadFile完成）。并针对获取的串行数据进行处理分析，提取有用信息加以保存，为后续应用服务。关闭串口，释放资源禁止所有事件，关闭串口设备句柄。定位精度因子的分析随着全球定位系统（GPS）的普及，定位导航所涉及的领域越来越多，用户对于定位精度的要求也越来越高。影响定位精度的主要因素是伪距的测量误差和已知卫星位置的误差。造成伪距测量误差的因素很多，例如：电离层、对流层、多普勒频移等。对这些因素的讨论已经比较成熟，它们只能在一定范围内降低伪距测量误差，并不能从定位系统的体制上改善定位精度。因此，若要提高定位系统的定位精度，有必要卫星位置关系所引起的误差。定位精度衰减因子(GeometricDilutionofPrecision，GDOP)是一个反映卫星之间相对位置关系对定位误差影响大小的物理量。通过调整卫星之间以及卫星和用户装置的几何位置关系，减小GDOP值，进而从体制上降低定位误差，在伪距测量误差基本相同的情况下，提高定位精度[9]。GDOP包括位置、水平、垂向和时间精度衰减因子(PDOP、HDOP、VDOP和TDOP)四个参数，这5个DOP分别表示定位定时总误差、位置误差、水平位置误差、垂直位置误差和时钟误差对测距误差的放大倍数，即：其中是的对角线元素，H是观测矩阵。通过观察以上5个公式，可以发现GDOP可以有PDOP和TDOP导出：卫星导航系统至少要有4颗卫星来进行定位计算，典型情况采用4星定位，此时GDOP还可表示为：式中是的伴随矩阵，是用户到卫星的单位矢量末端四点联成的四面体体积。随着四面体体积V的增大，GDOP减小。．当V达到最大时GDOP最小，由于正四面体的体积最大。可知一颗卫星在用户头顶，另外三颗星在用户与地面相切平面上的投影互成120°，卫星仰角等于接收机屏蔽角，这四颗卫星与用户的相对几何位置最佳[10]。在标准的NMEA-0183码中可以获取PDOP数据，但无法获取TDOP数据。市面上的GPS接收机厂商中，GARMIN公司生产的接收机除了对NMEA-0183码支持外，还有着一些GARMIN定义语句，如PGRME，PGRMF等。其中PGRMF中提供了对TDOP的描述：$PGRMF,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11>,<12>,<13>,<14>,<15>*hh<CR><LF>位置内容描述<1>GPS周数0~1023<2>GPS秒数0~604799<3>UTC日期ddmmyy<4>UTC时间hhmmss<5>GPS秒跳数<6>纬度ddmm.mmmm<7>纬度半球N（北纬）或S（南纬）<8>经度ddmm.mmmm<9>经度半球E（东经）或（西经）<10>模式M=手动，A=自动<11>定位类型E（东）或W（西）<12>地面速率0~1851公里/小时<13>地面航向000~359<14>PDOP0~9<15>TDOP0~9*hh校验和(Checksum)<CR><LF>信息传输结束多通道信号的接收质量分析通过读取分析从串口发送来的NMEA-0183码数据，可以实现对接收机各通道中卫星信号信噪比（SNR）的动态显示。其中GPGSA和GPGSV是实现该功能的相关数据帧。它们的数据格式在3.1中已有描述，下面通过实际截取的NMEA-0183码来阐述如何实现多通道信号质量的解读。$GPGSA,A,3,16,14,31,32,06,,,,,,,,7.8,2.2,7.5*38$GPGSV,3,1,12,31,58,006,34,16,49,235,27,14,47,135,22,32,37,230,15*7C$GPGSV,3,2,12,29,32,070,,06,31,163,25,20,19,299,,30,17,045,22*7D$GPGSV,3,3,12,22,04,176,,23,03,318,,05,00,049,,03,00,197,*72GPGSA的第3位到第14位表示用于解算的卫星PRN，即被显示PRN的卫星已被接收机捕获并跟踪。故16、14、31、32、06这5颗卫星已处于跟踪状态。GPGSV数据帧共有3行，通过解读可知当前天空中可用卫星应有12颗。帧内数据包含了每个通道上卫星的PRN及其对应的信噪比（SNR）。如果信噪比位为空，则表示SNR为零，即未捕获该卫星。如果信噪比位有数据，但在GPGSA数据帧中未记录该卫星的PRN，则表示该卫星信号仅处于捕获状态，未被跟踪。由此可以得出当前时刻接收机各通道信号的接收质量分析（见下表）。通道卫星PRN信噪比SNR捕获状态13134跟踪21627跟踪31422跟踪43215跟踪529未捕获60625跟踪720未捕获83022捕获922未捕获1023未捕获1105未捕获1203未捕获天空卫星视图的分析对于确定数据精确度和GPS稳定性，卫星的位置是非常重要的信息。GPS卫星二十四小时在轨道上旋转，它们在任意时间，任意地点都至少有六颗被用户观测到，这样就可以尽量减少接受盲点。卫星的位置可以用天空视图来表示，它是以卫星相对于用户当前位置的仰角和方位角来定义的圆坐标系。由圆心向外，仰角从90°递减到0°。仰角表示卫星与水平面的夹角，0°为水平，90°为“天顶”（即当前位置的正上方）。方位角则以北极N为0°，顺时针旋转。这GPGSV数据帧中，可以获取各通道中卫星的仰角和方位角。以前文中所截取的NMEA-0183码为例，各卫星的仰角、方向角和状态如下：卫星PRN仰角方向角状态31586跟踪1649235跟踪1447135跟踪3237230跟踪293270未捕获631163跟踪2019299未捕获301745捕获224176未捕获233318未捕获5049未捕获3037未捕获由以上数据可绘制当前卫星天空视图（如下图）。图中，红色表示该卫星未捕获，蓝色表示卫星处于捕获状态，绿色表示卫星处于跟踪状态。相对位置移动轨迹的跟踪研究一旦有4颗以上的卫星处于捕获状态，那么接收机就可以得出用户的当前地理位置，即经度纬度信息。在实际应用中，用户经常希望了解自己的行动轨迹以及运动距离，这就需要将接收机所接受到的经纬度信息加以整理，并以其中的某个时间点的数据作为原点（用户规定），将其他数据以该原点换算为相对坐标（与原点经纬度相减），即可在经纬度坐标系上得到用户的相对位置移动轨迹。下面为一段NMEA-0183码数据（仅提取了GPGGA数据帧）：$GPGGA,115920.000,3116.9623,N,12128.7664,E,1,05,1.6,62.6,M,8.1,M,,0000*5B$GPGGA,115921.000,3116.9619,N,12128.7671,E,1,05,1.6,61.9,M,8.1,M,,0000*5B$GPGGA,115922.000,3116.9616,N,12128.7676,E,1,05,1.6,61.6,M,8.1,M,,0000*5F$GPGGA,115923.000,3116.9609,N,12128.7681,E,1,05,1.6,63.2,M,8.1,M,,0000*5E$GPGGA,115924.000,3116.9609,N,12128.7682,E,1,06,1.4,62.4,M,8.1,M,,0000*5C以第一帧的坐标为原点可以得到相对位置坐标（原点为东经121.287664度，北纬31.169623度）。纬度经度相对纬度相对经度N31.169623E121.2876640.0000000.000000N31.169619E121.287671-0.0000040.000007N31.169616E121.287676-0.0000070.000012N31.169609E121.287681-0.0000140.000017N31.169609E121.287682-0.0000140.000018根据相对经纬度信息，求得距离标尺。以当前圆的纬度计算地球纬度半径：，式中为地球赤道半径，为原点纬度。然后就可得到经度方向上的距离尺度：，式中为相对经度。如果固定了用户位置，相对位置移动轨迹就可以当作对同一经纬度的统计测量结果，即静态位置偏移轨迹。它在一定程度上反映了GPS接收机的测量精度。通过统计运算，可以分别求出测量经度和纬度的期望和均方差，期望是对当前位置经纬度的最佳估计，而均方差可以体现GPS接收机的精度信息。本章小结在本章中，介绍了GPS接收机运用最为广泛的NMEA-0183协议。解读NMEA-0183码中的数据帧，可以对GPS信号进行多种方式的研究。NMEA-0183协议是一种基于串口的传输协议，通过计算机配置与接收机之间的串口连接，是研究NMEA码的基础。而使用WindowsAPI是最为灵活、移植性最强的串口连接方式。NMEA码给出了UTC时间、日期、用户所在经纬度、速度及可见卫星PRN、仰角、方位角、信噪比等诸多信息数据。使用GARMIN接收机，除了能够获得标准NMEA码数据帧，还可以从自身特有的数据帧中获得时间精度因子（TDOP）等信息。这些数据在定位精度因子（GDOP）分析、卫星天空视图实现、多通道卫星信号质量分析及相对位置偏移轨迹跟踪研究上都扮演这重要的角色。定位精度因子（GDOP）和静态位置偏移轨迹都从侧面反应了GPS定位精度。静态位置偏移轨迹直观的给出了接收机对同一位置的统计测量结果，从统计点的方差给出了接收机的测量精度。而定位精度因子（GDOP）则从解算卫星的几何结构上分析出当前测量值的精度（可用性）。从总体上讲，优化用于解算的卫星几何结构，可以降低定位精度因子（GDOP），提高每一次测量的定位精度，从而优化GPS系统的整体定位精度，形成更精确的相对位置移动轨迹信息，为用户提供更为高效准确的位置服务（LBS）。实验与结果分析基于NMEA-0183码应用软件的程序实现本文所设计的GPS应用分析软件除了要实现定位的基本功能外，还要实现第三章中所提及的各项数据分析功能以及NMEA-0183码的储存回放，所以在整体框架结构上采用了SDMV单文档多视图（SingleDocumentMultiplyView)方式。其特点是利用唯一的文档类对程序的所有公用数据进行统一管理，并以多视图的形式对文档类中的数据进行可视化。这种方法在极大程度上保证了数据同步性，并简化了数据传输的过程，只需要在数据改变处使用UpdateAllViews()函数，所有的视图就会相应的调用自身定义的OnUpdate()函数来完成数据更新。SDMV应用程序本身是MFC的MDI应用程序的扩展型。他继承了MDI中的应用类CWinApp，主框架类MDIMainFrame和子框架类MDIChildFrame。不同之处SDMV在于文档类CDocument唯一。在应用类中，程序要为每一个子窗口以自身的子框架类和唯一的文档类来建立模板，而在主框架类用要完成工具栏、菜单栏的创建。由于添加了NMEA码的存储及回放，软件的在运行中分为NormalMode、RecordMode和ReplayMode三种模式。NormalMode为一般模式，即不对NMEA码进行记录；RecordMode为记录模式，在对串口读取NMEA码的同时，对其进行外部备份，存储于NMEA0183.txt文件中；ReplayMode为回放模式，通过打开先前建立的外部存储文件，获取NMEA码进行数据处理。软件的总体数据流程图如下所示：从上图中，可以看出NormalMode和ReplayMode仅在数据来源上存在区别。软件的重要环节在于数据更新系统，通过将NMEA0183码中的有用数据（即第三章中所涉及的数据）提取出来后，存入文档类中，通过SDMV的数据更新机制，更新子窗口中视图显示数据。六个子窗口分别实现了上图中所示的数据分析功能，下面将对各子窗口的实现方式加以说明。DataView窗口的实现DataView子窗口用于显示UTC时间、经纬度、海拔、DOP、定位状态及质量等基本定位导航数据，采用CFormView类作为窗口的基类。由于显示数据较多，使用列表视图控件（ListControl）可以大大的减少工作量。在窗体初始化过程中，完成列表中的各数据的名称的创建，再在数据更新过程中（OnUpdate()函数）通过调用GetDocument()函数读取文档中的相关公用数据，向列表中填写。CDataView类框架图如下：DataView窗体效果：NMEA窗口的实现NMEA窗口用来复现正在从串口接受或从外部文档中读取的NMEA码以及当前使用的串口名和波特率。同样采用了CFormView类作为基类，数据显示采用了编辑框控件（EditBox）。程序结构上与DataView窗口大体一致。CGPSReceiverView类框架图如下：NMEA窗体效果：SNR窗口的实现SNR窗口用于实现3.4中提到的多通道信号的接收质量分析。以CFormView类作为基类，运用进度条控件TextProgressCtrl来实现信噪比的柱状图显示。CSatelliteSNR类框架图如下：SNR窗体效果：SkyView窗口的实现SkyView窗口用于实现3.5中提到的天空卫星视图的分析。本文中软件是以基于MFC的OpenGL语言来实现图形显示的。由于OpenGL与MFCGDI绘图的机制不同，所以在窗体初始化时首先要建立设备句柄（DeviceContext）到绘制环境（RenderingContext简称RC）的映射，并将其设定为当前RC。这将分为三个步骤：设置窗口像素格式；产生RC；设置为当前RC。之后执行OnDraw()函数实现显示内容的绘制。在数据更新时，OnUpdata()函数通过GetDocument()获取文档中更新的数据，并使用InvalidateRect(NULL,FALSE)函数调用OnDraw()完成新数据的重绘。CSkyView类框架图如下：SkyView窗体效果：TrackingMap窗口的实现TrackingView窗口用于实现3.6相对位置移动轨迹的跟踪分析。和SkyView窗口一样运用了OpenGL语言进行绘图。此外，TrackingView窗口加入了设置选项，可在窗口上点击右键进行原点、显示尺度的设置，开启统计功能。CTrackingView类框架图如下：TrackingMap窗体效果：CConfig类框架结构图如下：Config窗口效果：DOP窗口的实现DOPView窗口用于实现3.3定位精度因子的分析。为了对精度因子做横向评估，实现在统一窗口多种DOP相对于时间的曲线函数绘制，窗口采用了TeeChart控件，通过调用TeeChart的功能函数plotDynamicLine()，在窗口上实现DOP数据相对于当前时间点的动态曲线。CDOPView类框架图如下：DOPView窗口效果：工具栏实现软件提供的工具栏实现了各窗口的打开，串口设置及连接，数据储存和回放等基本功能。实验结果分析试验中为了实现相对位置的轨迹跟踪分析，希望GPS接收机能够快速稳定的捕获跟踪GPS卫星信号，所以使用了Fastrax公司的itrax300GPS接收模块。在试验中，我们对实时的NMEA-0183码数据帧做了录制，以供后期分析。接收机于2021年5月14日下午16：38：22开始实现定位，并获得稳定信号。以下为这一时刻的数据帧信息。$GPGGA,083822.000,3116.9612,N,12128.7573,E,1,04,1.7,3.0,M,8.1,M,,0000*60$GPGSA,A,3,31,30,32,22,,,,,,,,,1.9,1.7,1.0*3D$GPGSV,3,1,11,14,65,359,38,30,59,058,37,05,47,049,,22,47,191,36*7B$GPGSV,3,2,11,31,46,288,43,16,38,200,,32,38,305,40,18,27,171,*70$GPGSV,3,3,11,06,21,118,,09,04,066,,07,02,175,*4F$GPRMC,083822.000,A,3116.9612,N,12128.7573,E,0.16,105.49,140508,,,A*6C通过GPGSA帧可以看出已有4颗卫星被系统跟踪，用于伪距解算。上图为这一时刻基本定位数据信息，其中UTC时间为格林尼治时间，与北京时间有着-8小时的时差。由于该接收机使用标准NMEA-0183码，所以没有PGRMF语句，无法测得TDOP信息。这一时刻的卫星信号质量及天空视图为：16:38:22的多通道卫星信号质量16:38:22的天空卫星视图以这一时刻为相对位置跟踪起点，考察接收机的定位能力。图中的白点为但前位置，使用软件的SetOrigin()功能，将该点作为跟踪原点。以16：41：28作为第二个采集时间点，这一时刻的数据帧如下：$GPGGA,084128.000,3116.9936,N,12128.7904,E,1,05,2.3,9.2,M,8.1,M,,0000*6F$GPGSA,A,3,31,30,32,22,14,,,,,,,,8.4,2.3,8.1*33$GPGSV,3,1,10,14,69,031,37,30,58,056,40,31,47,290,34,22,46,190,35*7E$GPGSV,3,2,10,16,40,200,,32,39,304,30,05,37,046,32,18,26,171,30*7C$GPGSV,3,3,10,29,19,118,33,09,03,067,*78$GPRMC,084128.000,A,3116.9936,N,12128.7904,E,1.46,86.01,140508,,,A*5F基本定位数据信息为：此时有5颗卫星的信号被用于跟踪解算。卫星的信号质量及天空视图如下：16:41:28的多通道卫星信号质量16:41:28的卫星天空视图实际试验中，我们的试验平台先东行一段距离后向北转弯，由于路面不平整，平台处于较颠簸的状态，故对定位精度存在一定影响。在跟踪视图中，记录了从开始实现定位到此时的全部经纬度信息。基本与我们的行进路线一致。16:41:28时的位置跟踪视图轨迹跟踪试验结束时为16:45:15，这一时刻的数据帧如下：$GPGGA,084515.000,3116.9285,N,12128.8410,E,1,06,1.4,10.6,M,8.1,M,,0000*5A$GPGSA,A,3,32,29,22,30,14,31,,,,,,,3.0,1.4,2.6*3E$GPGSV,3,1,10,14,69,037,33,30,57,054,33,31,4