基于gpsgsmgprs定位系统设计与实现2005

中国科学院中国科学院硕士学位论文—基于GPS和GSM．／GPRS的定位系统的设计与实经济各个部门，并开始逐步深入人们的日常生活．目前GS定位已经广泛应用于船舶、车辆的导航定位领域，术发展已经相当成熟。同时，随着移动通信网络的发展，S／GSM然而，S定位虽然能实现全球范围内的实时定位，但是对于S来说，其很大的一个缺点是跟踪卫星的信号常常由于建筑物及树木等的遮挡而使GPS降低，甚至无法进行正常的导航和定位．而基于SM／S网络的位置服务恰恰能弥补GPSGSM／GRS基于上述考虑，本文提出一种把GPS和GSM／GPRS网络定位集成在一起的基于S和MSS和MS设计并实现了集成了GPS功能和GSM／GPRS功能的双定位终端。该定位终端确实结合了S和M／S网络定位的优点，能实现室内、室外，PS和MS网络同时定位。可以在城市高楼区、林荫道、涵洞内等S定位精度大大降低或卫星信号丢失而无法定位的地方采用GSM／GRS网络定位，从而大大扩展了定位的范围。此外，该终端能够实现短消息和GPRS两种方式传输定位数据。不但保证了数据传输的可靠性，s研究并提出了几种提高定位系统定位精度和减少定位盲区的方法。主要方法包括：性导航系统(矾s)、俄罗斯的“格鲁纳斯”系统(GLcNSSAI．LE)以及我国的“北斗二代”系统。这些方法都能有效地提高定位精度，减关键词：定位系统，CaPS，GSM／GPRS，监TheDesignandImplementationofPositioningSystembasedOllGSM／GPRSandGPSJiangXirui(ComputerArchitecture)DkcctedByZhangandhashasdevelopedHighlyfieldofpeople'shavebeenwellusedinnavigationandthetechnologybeenrathermature．Inaddition,GSM／GPRSnetworkcanprovidepositioningserviceascanprovideworldwidereal-positioningreducedsharplyowingshortcomingTheDesignandImplementationofPositioningSystembasedOllGSM／GPRSandGPSJiangXirui(ComputerArchitecture)DkcctedByZhangandhashasdevelopedHighlyfieldofpeople'shavebeenwellusedinnavigationandthetechnologybeenrathermature．Inaddition,GSM／GPRSnetworkcanprovidepositioningserviceascanprovideworldwidereal-positioningreducedsharplyowingshortcomingisthatthepositioningcantheweaksignalwhichisblockedbybuildingsandtreesetc．Fortunately,GSM陷networkcanandprovidepositioningservicecantransmitthepositionmessagestoremoteusersorofBasedontheanewtheGPSandcannavigationofGPSandandperformanceisimprovedhighly．ThecontributionsinthisdissertationareasofofGPSpositioningtechnology．Theinformationindoorsandoutdoors．ThePositioningareaGSM／GPRSandthetrackingterminalCallandenlargedtOmessages SMS(ShortMessageService)andcostthroughpositioning2．PresentingahighlYpreciseandcontrolcenteroftheSMSandGPRStoreceiveandcontrolalsouserinterfaces hadditionalcentercanprovidesuggestion3．ResearchonthesolutionstOimprovethepositioningprecisionandtOreduceareas”wherethereis110mainsolutionsinclude legibleposition andintegratingoflatitudeINS(InertialNavigationGALILEObyEuropeand“BcidouⅡ，，byThetestingresultsofthepositioningsystembasedonGSM弼PI峪andthatOUrnewnavigationsystem'sperformanceismuchbetterthanthosewithsingletechnologyandthepositioningareacanbeenlargedtosystem,GPS，GSM／GPRS，Controlcenter,multi-positioningⅡ声明我声明本论文是我本人在导师指导声明我声明本论文是我本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，本论文中不包其它人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意日期：二。。g．本人授权中国科学院计算技术研究所可以保留并向国家有关部门构送交本论文的复印件和电子文档，允许本论文被查阅和借阅，可以将论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印扫描等复制手段保存、汇编本论文(保密论文在解密后适用本授权书。作者签名：如褊导师签名：V3』日期：山。第一章引1．1研究背景和研究意航定位系统就相当于一第一章引1．1研究背景和研究意航定位系统就相当于一个设置在太空中的无线电导航台，由若干颗导航定位卫星组成可以在任何时间、任何地点为地球上的户确定所在地理位置的经纬度和海拔高等信息GPS是英文NavigationSatelliteThnlngandR喇PositioningSystemRadioService)／GSM(GlobalSystemofMobilecommunication)移动网络【2】的定位终大大扩展定位区域，实现繁华街区、建筑物内、郊外甚至旷野和海上的全方位定位。同GPS和GSM／GPRS的定位系统可以应用于无线车辆、船只定位防盗系统【24】。安在汽车、船只上的每个移动终端接收卫星发射来的GPS的地理位置信息，然后编制成短消息发送给车船主。这样，在汽车被盗的情况下，通GPS-GSM移动终端和控制中心，车主就能很快找到丢失的汽车．此外，控制中心还特点，因而在野外勘探、陆路运输、海上作业及航空航天等诸多行业中都扮演着极其要的角色c)应用于测绘、旅游等其他领对于测绘领域，GPS卫星定1321，测定全球性的地球动态参数，GSM／GPRS则可以将大量的测绘信息对于测绘领域，GPS卫星定1321，测定全球性的地球动态参数，GSM／GPRS则可以将大量的测绘信息传送到测绘心以便分析和处理；卫星定位技术与传感技术的结合将实现精细农业的长足发展；手式的GPS接收二、巨大的市场潜据最新统计数字表明，目前GPS的全球用户逾400速扩大。lIPS已发展成为—个重要的产业。另据国际权威部门预测，2005年GPS球市场产值将达150亿美元。据调查，我国目前有近10万辆汽车安装上了GPS置。根据预测，到“十五”计划末，我国卫星导航定位市场的总产值将达70多亿元人民币GPS导航定位2单纯的基于GPS的定位终端或者基于移动网络的定位终端都将无法满足用户的求。前者的GPS定位信号受地形及建筑物的影响，会存在定位盲区；后者定位精度和单纯的GPS定位终端无法满足物流控制和调度的功能．要实现宏观调度就必须把个终端的位置信息传给控制中心，由控制中心对位置信息进行集中分析，并且把分析果实时反馈给终端，所以位置消息的传输功能是非常重要的。GSM／GPRS网络覆盖范十分广阔，并且信息传输价格低廉，特别是GPRS中国移动和中国联通的移动通信网络既是语音通信网络，又是一个能够提供丰据业务的服务网络。GSM网络定位是利用移动通信公司的服务提供商(sP置服务向公众提供高精度定位业务．无论在室内还是室外，只要有移动网络覆盖并展位置服务的地方即可实现定位2第一章引1．2研究现第一章引1．2研究现1．2．1GPS和GSM／GPRS 研制部署和控制的军民两用导航定位卫星系统。据报道，现在运行的“GPS“颗工作卫星和4颗备用卫星组成，它们分布在6个等间距的轨道平面上，每个轨道上有4颗工作卫星，卫星轨道接近圆形，用户在任何时间都至少能看到4—6位一次仅需几秒钟，可实现全球范围连续的、近实时的定位、测速与授时。“GPS”系所发射的信号编码也有精码与租码之分。精码保密，主要提供给本国和盟国的军事用使GPRS是通用分组无线业务【11】(GcneralPacketRadioScrvice)的英文简称，是在GSM系统上发展出来的一种新的承载业务，目的是为GSM用户提供分组形式的数据务[141。GPRS采用与GSM同样的无线调制标准、同样的频带、同样的突发结构、同的跳频规则以及同样的TDMA帧结构po]。这种新的分组数据信道与当前的电路交换话音业务信道极其相似，因此现有的基站子系统∞SS)从一开始就可提供全面S覆盖．GPRS换模式的网络资源。从而提供了一种商效、低成本的无线分组数据业务。特别适用于断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输第三代移动通信系统从标准出台到全面商业化还需较长时间，所以国际上各大通就属于GSM向3G过渡的中间方案p1]。GPRS不仅被欧洲的第二代移动通信系统支持，同时也被北美的IS-136支持。它的高数据率足以满足大多数3(3多媒体宽带业务而在时间上还较3G提前几年．并且当3G真正到来时，对于那些没有3G运营权的运3目前导航定位发展相当迅速，技术发展也日新月异。在军事上，目目前导航定位发展相当迅速，技术发展也日新月异。在军事上，目前导弹、火箭定位精度可以孟’黾米甚至毫米级别，可以做到“指哪打哪”．利用的主要技术是高精的GPS定位和惯性导航定位(INS)近些年来，定位和导航的需求也由军事领域逐渐扩展到了民用领域。汽车、火车船只调度系统、出租车和巴士导航系统、GPS手机定位等系统都基本投入使用。目前安装在车船上的GPS导航仪已经可以结合电子地图为司机进行导航，并且2006年3问世的GPS手机也已经可以将导航定位功能集成到移动设备上了．此外，比较专业的航设备还可以实现在三维电子地图显示但是目前许多产品的定位功能都集成在移动终端上，需要有存贮了电子地图的卡的支持。如果用户漫游到其他城市，则需要更新SD卡数据。此外，城市建筑物遮挡严重，单纯的GPS在许多地方无法实现定位，所以存在许多定位盲区，和失位置的问题．如果采用多系统定位，并且有一个定位服务器做支持平台To．on，Tz血nblc，JAVAD，MAGELLAN,法国的THALES和中国的天测公司等等。产有几百收机能置入可乐的易拉罐中，当你轻轻拉开易拉罐拉环，你的位置信息即可传送到某可以在高楼丛中、停车场内、室内等弱信号区实现定位目前市场上的定位设备根据导航用途不同，主要存在两种精度。分别4第一章引络定位和网络传输功能集成第一章引络定位和网络传输功能集成到卫星接收机中也是一个重要发展趋势，具有GS／网络定位和网络传输功能的接收机有如下优势·基于GSM／GPRS网络的位置服务恰恰能弥补GPS定位的这一缺点。特别是在信号则比较良好，接收机就可以通过GSM网络实现定位【38消息传输。GSM／GPRS网络能将位置信息传送到远端，或者传输给手机用户··率取决于两个模块的各自的性能，而定位终端会将GPS和GSM／GPRs的定位1．3本文对基于GPS和GSM／GPRS集成定位系统的设计和实现方法进行了比较深入阐述。并研制出基于GPS和GSM／GPRS的定位系统的演示原型。该演示原型主要包三部分：GPS和GSM／GPRS集成定位接收终端硬件的设计和实现、定位终端的软件计和实现，以及监控中心的控制软件实现。该控制中心软件具有和其他系统(比如的接口，以便二次开发最后还提出一些提高定位精度和效率的方法，以及整个系统的可改进之处5网络定位两种定位方式。该定位终端收到定位请求之后，实时获取网络定位两种定位方式。该定位终端收到定位请求之后，实时获取GPS提供的经纬度速度、时间等GPS信息和Gs№，GPRS网络提供的位置，并以短消息或者1．312定位终端软件的设计和实接收机端的软件主要完成上电后系统的初始化，对各个模块的检测，接收GPS传来的GPS消息，接收GSM／GPRS模块传来的定位请求、定位消息并且通过模块把定位消息发送给位置请求方监控中心主要实现对GPS和GSM／GPRS集成的定位系统中的各个定位终端的控和跟踪，它能主动向系统中各个定位终端发送位置请求，并且获取各个终端的位解析出GPS消息中的经纬度、时间、速度等值以及GSM网络定位消息，并且通过软界面显示，供用户察看．同时通过软件接口将定位消息发送到与电子地图或GIS平台接口，以便其他后台程序利用终端的位置消息进一步进行分析和处理如果监控中心没有收到定位终端的位置消息，或者收到定位终端的位置消息不可述。主要方法包括：提高经纬度到位置信息的转换精度；实现多系统定位，集成多种位导航方式。比如惯性导航系统(INS)、俄罗斯的“格鲁纳斯”系统(GLONASS)盟的“伽利略”系统(Q姐Ⅱ腰0)以及我国的“北斗二代”系统【29】效地提高定位精度，减少定位盲区6第一章引1．4论文的组论文按第一章引1．4论文的组论文按如下的方式来组织：第二章简单综述基于GPS和GSM／GPRS的定位系统基本概念，原理和方法。第三章阐述了定位终端硬件的设计和实现的方法。从原理图计、PCB详细介绍定位终端软件的总体设计、关键流程的设计和关键技术的解决方法。第五章细介绍了定位服务中心的界面、Socket网络编程、串口编程以及和其他程序接口的设第七章对我们的工作进行总结，提出了有待改进之处和今后的工作方向7基于GPS和GSM／GPRS的定位系统是指集成了GPS定位、GSM／GPRS基于GPS和GSM／GPRS的定位系统是指集成了GPS定位、GSM／GPRS网络定且能借助GSM／GPRS者人工携带的移动定位终端和一个控制中心组成。该系统既能够结合GPS和GSM网下面给出这种定位系统构架的示意框图2，回迭网络定位消息位置请求图中所示的定位系统包括监控中心和定位终端。定位终端通过GPSGPS消息，实现GPS定位．同时能够通过GSM整个定位过程是用户向定位终端发送位置请求，定位终端接收到定位请求后同时过GPS模块和GSM／GPRS模块获取GPS消息和GSM网络定位消息回送给位置请求者，并同时将GPS消息和GSM网络位置消息通过或者短消息发送给监控中心．监控中心将GPS和GSM网络位置消息处理并为精确的位置消息以后发送给位置请求者9·定位盲区减少。GPS定位虽然能实现全球范围内的实时定位，但·定位盲区减少。GPS定位虽然能实现全球范围内的实时定位，但是在室内，收机无法接收到GPS信号，从而无法定位；但是一般室内GSM／GPRS信号则较良好，接收机就可以通过GSM网络实现定位。然而，GSM／GPRS网络的精度又不是很高，一般在二百米以内。所以基于GPS和GSM／GPRS的定位统可以克服GPS定位信号微弱和GSM／GPRS网络定位精度不高的缺点，而综了这两个定位方式的优点。做到了优实现“遥控”。GSM／GPRS网络能将位置信息传送到远端，或者传输给手机用户··提高了单一定位系统的定位精度和定位效率。基于GPS和GSM／GPRS的定求后会很快得到GSM／GPRS络位置消息，同时，定位终端会将GPSGSM／GPRS·提供多种增值服务。位置消息传送到控制中心后，控制中心还可以针对该位服务和所在位置周边情况介绍等等2．3．1硬件接口的设计和抗干扰及散热问各个模块要求的工作电压、电流不同，接口方式不同，所以如何成功的设计接口，使个模块互连并正常工作是硬件设计的关键问第二章基于GPS和GSM／GPRS的位系统综述块间的抗干扰、布线时的抗干扰和散热问题是硬件设计时必须重点考虑的问题2．3．2短消息的收发是整个系统软件中非常基础并且关键的部分。与短消息处理相关的题主要有：短消息格式的转化，短消第二章基于GPS和GSM／GPRS的位系统综述块间的抗干扰、布线时的抗干扰和散热问题是硬件设计时必须重点考虑的问题2．3．2短消息的收发是整个系统软件中非常基础并且关键的部分。与短消息处理相关的题主要有：短消息格式的转化，短消息的编码问题，短消息模块命令的操纵和使用，及与短消息处理相关的AT指令2．3．3通过GPRS上网传输数目前基于GSM网络之上的GPI／峪功能正在全面开通，GPRS户节省大量通信费用。而如何通过GPRS上网传输数据也是该系统要重点解决的关键题心问题2．3．4通过I(it)编程实现网络定目前，网络定位功能是由网络服务提供商提供的服务，并且将该服务功能集成在M卡上。所以要实现网络定位，就是要利用STK提供的AT指令对SIK监控中心软件主要是通过友好的软件界面使用户实现对各个终端的控制。监控中接口设计，以便二次开发也是要采用的关键技术之2．4本章小统的优点和涉及到的关键技术．从下章开始将分部分逐一介绍定位系统各个部分的设统的优点和涉及到的关键技术．从下章开始将分部分逐一介绍定位系统各个部分的设和实现第三章定位终端硬件的设计和第三章定位终端硬件第三章定位终端硬件的设计和第三章定位终端硬件的设计和3．1定位终端硬件体系结LCD显示模块和电源模块组成，如图1短消息的形式疗该定位终端发送定位请求，终端将同时通过GPS定位模块和GSM消息的功能，GSM模块完成网络定位和短消息接收和发送的功能图3．1双定位终端硬件构成3．2MCU有两个串za[s]，分别为UARTl和UART0。MCU通过串口1与GPS信(接口原理图如图2所示)，通过串口0与GSM模块通信(接口原理图如图3因为MCU的两个串口、GPS模块通信串口、GSM模块通信串口均为1][L电平，故两个模块的TXD。不可以接反，否则无法通信)Gvsco州诩啪瑚3。3各部Gvsco州诩啪瑚3。3各部分采用的模块介第三章定位终端硬件的设计和第三章定位终端硬件的设计和·低供电电压范围；1．8、--MSP430F449芯片有两个UART(uAR册。MCU与其他外部设备、电源、晶振的连接原理图如下图所示【473．3．2GSM模块介绍及电路原理100引脚ZIF连接器见图16图SM_5100B100ZIF100ZIFGSM模块的主要接线原理图如下图所示【雠嗍|；=i；激器=lll2一第三章定位终端硬件的设计和第三章定位终端硬件的设计和·接收板结构·输出信息；SiRF二进制NMEA-0183，GGAGSAGSVRMCVTG-oeJk39C90-U)V图3．9J8中国科学院硕士学位论文一基于GPS和GSM／GPRS的定中国科学院硕士学位论文一基于GPS和GSM／GPRS的定位系统的设计与实图MIC29300-3．3BU芯3．4由于GSM模块和GPS模块都含有射频RF模块，为避免干扰，两个模块应尽量远离。可以放在PCB做法是行之有效的，没有明显的干扰存在为了提高系统的可靠性，需要将电源，接地线和一些电流较大的线加宽小布线的长度；布线拐弯处应采用45度角或者圆弧式的布线方式第三章定位终端硬件的设计第三章定位终端硬件的设计和块和GSM模块)放在PCB板的边缘，并且尽量远离；此外，可以将放置散热3．52在具体设计中，既考虑到功能的完整性，又着重考虑了电路的稳定性和可靠性。第四章定位终端软件的设计和第四章定位终端软件的设计和第四章定位终端软件的设计和第四章定位终端软件的设计和4．1软件体系结·主控模块完成MCU初始化(包括外接时钟的设置、开启两个串口中断、·用，位置请求消息和网络定位消息的判断等操作用户进行相关的操作·区之间的交图4．1软件体系结4．2主控模块实现程序流程图如图所图4．2主图4．2主第四章定位终端软件的设计和．c1>串口0#pragma{第四章定位终端软件的设计和．c1>串口0#pragma{／／fordebugpurpose。whattheuartOrx·cdsentto／／USARTITXbuffer／／gsmwit4-1=2gsmritindicatesthatthegsmdatabuffiswhattheuartOreceivedisbuffered／，此函数假定串口已经初始化完毕。所以并没有对串口状态进行检intWriteComm(int{rettlrll／／目前只有两个串口砸CommNum<0return，／发送{{{TX3UF0=buqindex]；／／transmit))}∥发送{{{'){TX3UF0=buqindex]；／／transmit))}∥发送{{{'){／／MSP430ClockModule||uarl0clockUTCqlD=SSEL0；HUSART0Transmit／／uartObaudUCrL0=CHAR；／／8-bit第四章定位终端软件的设计和F2SEL．--P2DIR=oxl0；／／P2．4outputME2第四章定位终端软件的设计和F2SEL．--P2DIR=oxl0；／／P2．4outputME2I=UTXEl+URXEl；／／EnableUSARnTXD瓜RX／／P4．0output4．3GPS的所有信息，它的格式《l>当前位置的格林尼治时间，格式为<2>状态，A为有效位置，v为非有效接收警告，即当前天线视野上方的卫少于3颗‘3>纬度，格式为“)．标明南北半球，N为北半球，s为南半球<7>地面上的GPS接收器的移动范围，范围为0．0-．(9>日期“格式为具体的．(9>日期“格式为具体的程序流程【51】如下图所

图GPS的AT命令集会稍有不同。具体可以参考各个厂家的DataSheet和{AT第四章定位终端软件的设计和命令完成GSM脯令集，是由诺基亚、爱立信、摩托罗拉和HP第四章定位终端软件的设计和命令完成GSM脯令集，是由诺基亚、爱立信、摩托罗拉和HP等厂家共同为GSM系统研制[371，使用AT命令集可以控制和管理与GsM网络相关的各种业务，其中包含了对GSM／GPRS模块的基本配置、对SMS(ShortMessageService)的控制、S1K命令、有关GPRS功能络定位，所以下面只介绍部分通用控制命令c0衄and(发出一条短消息命令AT+CMGC；SendallAT+CMGF：Selectmessageformat(Jz'i择短消息信息格式：O-PDU；1-文本AT+CMGL：ListSMSmessagefrompreferredstore(ylJ,gISIM卡中的短消息信PDU／text：0／'‘RECln呱EAD”为未l广‘I通CREAD”读UNSENr，”‘STOSENT'为发4严AII?AT+CMGR：RcadSMSmessageGSM公司和中国联通公司都开通了位置服务功能。只要选用支持STK的SIMSTK(SⅡ订STK开发中用户和网络交互信息，它包括十多种命令。这里介绍两个典型命令·Getlnput一．如果选单还选单，则需要多次使用这一命令务平台通过完成这些功能请求来向用户提供服务。所以，只要业务平台提供定位服务”中国科学院硕中国科学院硕士学位论文—基于CoPS和GSM／GPRS的定位系统的设计与实。开W图GSM定位模块软件流程其中STK编程涉及的主要流程如下图所示四章定位终端软件的设计和盯!P打c"却‘n出^●nd^●晰●咖·S1-I∞‘Uw-的模块使用四章定位终端软件的设计和盯!P打c"却‘n出^●nd^●晰●咖·S1-I∞‘Uw-的模块使用的具体AT指令实现会各不相同，使用展讯公司SM5100B的GSM／GPRS块的STK功能实现网络定位消息获取对应的AT指令序列如下执行结l23 +STGI：3l五+STGl4,5．。；国科学院硕士学位论文—基于GPS和GSM／GPRS的定位系统的设计与实+STGI：5,5，”8083I)53557BAl7406OK／／0．694+STGI：I,3。5肖T+STGI-；国科学院硕士学位论文—基于GPS和GSM／GPRS的定位系统的设计与实+STGI：5,5，”8083I)53557BAl7406OK／／0．694+STGI：I,3。5肖T+STGI-+S'I'GI：3,3。67OK／／0．58AT+STGR-- ／／3．1缸’S忑GI--9+S玳+S矾／／16．85+STGI：2，2，“805F694FElOK／／0．73+STIIq：99／／0．8肌娜R=5析消息内容，所以定位终端软件设计不用考虑UNICODE到汉字显示的转换问题。第四章定位终端软件的设计和1AT+SDATACONF=I，W”，℃10．77．16．10。234AT+SSTRSEND--5o6共五条命令，发第四章定位终端软件的设计和1AT+SDATACONF=I，W”，℃10．77．16．10。234AT+SSTRSEND--5o6共五条命令，发送完之后即可完成通过GPRs发送消息。主要是对单片机中的串口1行操作，发送字符串的AT命令(1)连接服务／／Activate／／类似于socket中的(2)发送位置数据fi'om(3)是否通过网络给定位终端发送数据GSM／GPRS模块(4)有上面+STCPD：I的提示后，读出服务器发送的消息√气T+SDAD汛+SSTR：I,Datafi'om如果GSM模块没GSM／GPRS模块(4)有上面+STCPD：I的提示后，读出服务器发送的消息√气T+SDAD汛+SSTR：I,Datafi'om如果GSM模块没有收到消息，发送AT+sⅨ妞堰EAD=l后收(5)消息发送不成功的返回值即AT+SSTRSEND=I,"Datafrom√msn姐蛆啪=l，1，0／／接收数据为按照ACSII码字符砒时数据需要由盯+Sn虹越uBAD读，／该TCP连接已关闭。(TCP被异||4．6软件模块间的接口方法、和出错处理等问题。并且用代码实例和具体命令序列阐述了各主控模块主要完成MCU初始化(包括外接时钟的设置、开启两个串口中断、串口波特率的设置等)、GSM／GPRS和GPS消息的初始化、调用GSM／GPRS模块和GPS模块提供的函数、调用D的设置、对各个功能模块的初始化和调用GSM／GPRS模块完成短消息的读取、解析和发送，STK(S眦第四章定位终端软第四章定位终端软件的设计和相关的操串口操作模块完成收发缓冲区的管理，以及数据在收发缓冲区和消息缓冲区之间交第五章定位服务中心的设计和第五章定位服务中心第五章定位服务中心的设计和第五章定位服务中心的设计和监控中心主要实现对GPS和GSM／GPRS集成的定位系统中的各个定位终端的控和跟踪，它能接收并主动向系统中各个定位终端发送位置请求，然后获取各个终端的置消息，解析出GPS消息中的经纬度、时间、速度等值以及GSM网络定位消息，并通过软件界面显示，供监控中心管理员察看．同时通过软件接口将定位消息发送到与子地图【19】或GIS等软件平台接口，以便其他后台程序利用终端的位置消息进一步进分析和处理。最后，监控中心还能将处理之后的较精确的用户位置消息发送回位置请者如果监控中心没有收到定位终端的位置消息，或者收到定位终端的位置消息不可5。1定位服务中心的软件架定位服务中心的软件体系架构如下图所调处理井显终端的位置和状图5．1定具体实现中采用的类和类与类之间的继承和调用关系如下图所第五章定位服务中心的设计和图第五章定位服务中心的设计和图基本框架包含了如图5．2所一作为程序的主窗口类，CMainFrm用CSplitterWnd类分成了左右两个独立窗口，左用来显示各种功能按钮的是COutbarView类，右边用来显示信息内容的口，分别定义为COutlist类和CContentACCESS数据库的CDaoDatabase和CDaoRecordset两个类实现，而这个类本身为二ACCESS数据库的CDaoDatabase和CDaoRecordset两个类实现，而这个类本身为二现类，而ClAsteningSocket用建立和Server的连接CMsg类表示在网络上发送信息的基本格式，对信息的扩充起到基础作用。在建立罗连接的过程中，CDiscussionDlg用来指定服务端口三其他组四在COutlist中，对于数据库的加入，查找和删除是—个很细致的工作，虽然查阅大量的资料，基本上实现了预定的功能，但仍然在一些诸如主键设置和排序上面BOOLDelMsg(int5．2界面设界面采用单文档的设计结构，使用户用比较熟悉的OUTLOK界面风格．设计中除了考虑功能的完整性和合理性外，还重点考虑的界面的友好性和用户的易操作性。主要第五章定位服务中心的设计和●服务器第五章定位服务中心的设计和●服务器GPRS发送数●所有接收的消息列●垃圾具体的监控中心主页面和消息发送对话框分别见图5．3和图图5．3监中日科学院硕士学中日科学院硕士学位论文—基于CoPS和GSM／GPRS的定位系统的设计与实GPRS网络接收和发送数要实现从网络接收GPRS消息其实就是使用sockct进行网络编程。监控中心相当于r，t构采用cst通过Socket建立网络连接程序流程图如下网络连接通过加陀提供的CSockct类来实现，利用其监听、接受连接的功能，实现第五章定位服务中心的设第五章定位服务中心的设计和用于服务器端监听的CListeningSocket类．当有用户通过CListcningSoct服务器为用户建立基于CSoc融类的OCli吼tSocket进行通讯整个的控制过程在主窗口的文档类OI．oSlUDc中实现控制，文档类同样控制Olt类中对于用户信息的即时显示功能GSM短消息的接收和发通过串口的GSM模块发送消息．程序主要完成对串口的操作．向串口发送肖T串命该设计应用Wi32的串口设备驱动程序实现和串口间的通讯，使用对话框类CoetC该设计应用Wi32的串口设备驱动程序实现和串口间的通讯，使用对话框类CoetCme5．5与GIS和电子地图等其他程序的接因为收到的GP$识的，所以将GPS【27】【29】。所以我们的程序提供一个和其他程序的接口和两个消息存放缓冲区，电子地和GIS等软件平台只要从“GPS消息缓冲区”提取消息，然后将转换好的位置消息存到“实际位置消息”缓冲区即可．该缓冲区可以选择在内存中实现也可以通过读写文操作来实现，如果数据量较大还可以考虑通过数据库的读写操作来实现5．6本章主要介绍了监控中心的软件设计框架、各个功能模块要解决的关键问题、各监控中心软件主要是通过友好的软件界面使用户实现对各个移动定位终端的控制常重要的目前我们设计的监控中心只实现了最基本的监控功能，在性能和效率方面还不是很第六章定位系统定位精度的提高和定位盲区减少的方法研第第六章定位系统定位精度的提高和定位盲区减少的方法研第六章定位系统定位精度的提高和定位盲区减少的方法研6．1提高定位精度的方惯性导航系统(INS)是一种不依赖于任何外部信息、也不向外部辐射能量的自式导航系统。兵有很好的隐蔽性，其工作环境不仅包括空中、地球表面，还可以惯性导航的基本工作原理是以牛顿力学定律为基础的，通过测量载体在惯性参考系的速度，将它对时间进行积分，且把它变换到导航坐标系中，就能够得到在导航坐标系的速度、偏航角和位置信息等目前，惯导可分为两大类：平台式惯导和捷联式惯导的主要区别在于，前有实体的物理平台，陀螺和加速度计置于由陀螺稳定的平台上，该平台跟踪导航坐标以实现速度和位置解算，姿态数据直接取自于平台的环架；在捷联式惯导中，陀螺和速度计直接固连在载体上。惯性平台的功能由计算机完成，故有时也称作”数学平台惯性导航系统既可以作为导航的独立装置来使m[18GPS导航系统协同工作．惯性导航系统一般有加速度计、陀螺平台、计算机，以及控制分器加以积分，把信号变成速度，再由另一积分器积分成路程，再经过坐标变换而得速度计测出的加速度信号，可按下页平面导航原理图6．1平面导图惯导有固定的漂移率，这样会造成物体运动的误差，因此长射程的武器惯导有固定的漂移率，这样会造成物体运动的误差，因此长射程的武器通常会采战斧也采用了GPS／INS+地形匹配的技术，多数运载火箭采用平台式惯导等惯性导航与卫星定位(矾S／GPS自优势并取长补短，利用GPS的长期稳定性与适中精度，来弥补INS或增大的缺点，利用INS的短期高精度来弥补GPS丢失信号等的缺点，进一步突出捷联式惯性导航系统结构简单，可靠性高、体积小的定向操纵性能，使之快速捕获或重新捕获GPS卫星信号，同时借助GPS连续提供高精度位置信息和速度信息，估计并校正惯导系统的位置误差、速度误差和系统其它差参数，实现对其空中传递对准和标定，从而可放宽对其精度提出的要求，使得整个合制导系统达到最优化，具有很高的GPs门阱S两者组合的关键器件，是作为两者的接口并起数据融合作用的卡尔曼滤器128]。卡尔曼滤波技术是由RC．卡尔曼和R．S．布西于20世纪60年用高速数字式计算机进行人造地球卫星轨道和导航等计算要求，而提出的一类新的线滤波的模型和方法，通称为卡尔曼滤波136]。采用卡尔曼滤波器，可以将惯导系统的差、陀螺的随机漂移、加速度计的误差，作为状态变量列出离散化的状态方程，建立估值，控制器根据这些误差的最优估值对惯导系统进行校正综合，使组合系统的导航位误差为最小．由于卡尔曼滤波器是一种具有无偏性的递推线性最小方差估计，即其振陀螺，以及各种微机电制造技术等。③GPS／INS耦合技术，包括卡尔曼滤波配置、第六章定位系统定位楠度的提高和定位盲区减少的方法研干扰技术，包括GPS接收机第六章定位系统定位楠度的提高和定位盲区减少的方法研干扰技术，包括GPS接收机把经纬度数据转换成用户可以理解的位置数据是监控中心服务器的重要功能。位转换效率越高，转换精度越高，则用户获取的位置信息就越迅速越准确。所以提高中心服务器的性能是提高定位精度性能的有效方法位置转换工作实质就是对空间数据库的查找和匹配。难点就在于如何在空间海量据库中准确而迅速的找出经纬度对应的位置信息．解决方法可以从数据库本身和查配算法的优化两方面入手．既可以采用已有的空间数据库还可以自定义出符合我们的空间数据库；既可以采用经典的查找匹配算法，也可以我们自己进行多种查找算法化的策略总之，从提高空间数据库的效率入手进而提高定位精度和效率是行之有效的。然这部分工作不仅仅涉及定位领域的知识，还涉及GIS和计算机数据库领域方面的技所以这部分是一个跨领域的研究课题。也是我们下一步工作的努力方向之一6．2虽然GPS在导航、定位、测速、定向方面有着广泛的应用，但由于其信号常被地形地物遮挡，导致精度大大降低，甚至不能使用．尤其在高楼林立城区和植被茂密的林区目前．世界上正在运行的全球卫星导航定位系统主要有两大系统：一是美国的系统，二是俄罗斯的“格鲁纳斯”系统。近年来，欧洲也提出了有自己特色的“伽利略”球卫星定位计划。因而，未来密布在太空的全球卫星定位系统将形成美、俄、欧操纵与GPS系统一样，俄罗斯GLONASS(GIobalOrbitingSystem)卫星位系统也是由军方负责研制和控制的军民两用导航定位卫星系统。由24颗卫星组成的中图科学院硕士学位论文—基于GPS和GSM／GPRS的定位系统的设计与实中图科学院硕士学位论文—基于GPS和GSM／GPRS的定位系统的设计与实号采用码分多址体制，每颗卫星的信号频率和调制方式相同，不同卫星的信号靠不伪码区分；而GLONASS采用频分多址体制，卫星靠频率不同来区分，每组频率的伪机码相同。由于卫星发射的载波频率不同，GLONASS可以有效地防止整个卫星导航统同时被敌方干扰，因而具有更强的抗干扰能力．二是坐标系不同。GPS坐标系，而GLONASS使用前苏联地心坐标系，两者各有优长．三是时间标准不同。系统时与世界协调时相关联，而GLONASS则与莫斯科标准时欧洲于上个世纪90年代起，开始着手对“伽利略”计划【43】进行论证。但由于美国极力反对以及欧盟内部存在分歧，所以直到2002年3斥资27亿美元，在5年内完成“伽利略”卫星导航定位系统的部署工作，计划在2008建成并投入运营，从而标志该系统已正式启动。据外刊报道，“伽利略’’卫星导航定位统星座将由30颗卫星组成，卫星采用中等地球轨道，均匀地分布在高度约为2．3的3个轨道面上。地面控制设施包括卫星控制中心和提供各项服务所必需的地面设施支持开放、商用、生命安全、政府管理和搜救等多项服务．据悉，这一系统不但面向球，还有区域服务单元，即把全球划分为8个区域，可发送针对各自区域的集成信息。统能满足机场、港口、铁路，公路、工业密集区等不同场合的定位要求，并有很高的位精度．其典型功能是信号中继，即向用户接收机的数据传输，可以通过～种特殊的系方式或其他系统的中继来实现，例如通过移动通信网来实现。其服务中心是面向时问信号精度可达到很高。必要时，免费使用的信号精度可达6米，如果与GPS合作用甚至能精确至4米．正如有关专家所说：“如今的GPS只能找到街道，而伽利略却找到车库之门的国家．我国将发射“北斗二代”卫星导航系统的第一颗星，与现有“北斗一代”三第六章定位系统定位精度的第六章定位系统定位精度的提高和定位盲区减少的方法研科学技术的发展速度，今年下半年即可组网，2008年可实现大规模的市场化应用。为进一步规范卫星导航应用市场，形成一套完整的国家标准，推动我国自主北斗卫星系的民用化建无论是GPS、GLDNASS，GAI肛EO系统还是我国正在研发的“北斗二号”定位统，他们的导航终端的工作原理都基本相同。可以预见，几年后将形成多个系统逐鹿空。所以研发多系统接收势在必行．并且是减少定位盲区的行之有效的方法第七章总结和展随着移动定位技术的发展，单纯的基于GPS端都将无法满足用户的需求。前者的GPS盲区；后者定位精度和定位能力极大地受到移动网络的限制。本文提出一种集成了定位和GSM／GPRS件的设计和实现和监控中心软件设计和实现的方法．实验结果表明，这种定位系统结了GPS和GSM／GPRS网络两种定位方式第七章总结和展随着移动定位技术的发展，单纯的基于GPS端都将无法满足用户的需求。前者的GPS盲区；后者定位精度和定位能力极大地受到移动网络的限制。本文提出一种集成了定位和GSM／GPRS件的设计和实现和监控中心软件设计和实现的方法．实验结果表明，这种定位系统结了GPS和GSM／GPRS网络两种定位方式的优点，定位性能大大提高本章将总结全文的主要工作，并对今后的工作提出进一步的设想7．1本文主要贡献与创本文介绍了定位系统中涉及的相关概念，综述了这个领域内已有的研究成果和成技术，并分析了各个定位系统的联系和区别。在此基础上，本文针对实际存在的问出一种基于GPS和GSM／GPRS的定位系统的想法1．设计并实现了集成了GPS功能和GSM／GPRS功能的双定位终端。该定位终端2．提出了～MFC的单文档程序结构，能够同时支持短消息收发和GPlLS服务平台(GIS和电子地图等)的接口和友好的用户界面。同时，该监控中心还能和3．研究并提出了几种提高定位系统定位精度和减少定位盲区的方法。主要方法包提高经纬度到位置信息的转换精度；实现多系统定位，集成多种定位导航方式。比如性导航系统(INS)、俄罗斯的“格鲁纳斯”系统(GLONASS)、欧盟的“伽第七章总结和展(GAI肛压0)以及我国的“北斗二代”系统。这些方法都能有效地提高第七章总结和展(GAI肛压0)以及我国的“北斗二代”系统。这些方法都能有效地提高定位精度少定位盲区对GPS和GSM／GPRS基于GPS和GSM／GPRS的定位系统测试的实验结果表明我的定位系统确实在定位性能上比单定位方式大大提高．定位终端能够正常接收号，并且在没有GPS定位消息的方式下通过GSM／GPRS准确实现定位，此外能够成通过GSM短消息和GPRS将位置消息同时传输给用户和监控中心且将各个终端的位置显示给管理员查看，同时将位置消息存入后台数据库，以供计费接口7．2今后工作展用前景的方法，但还存在着一定的问题和不足，对它的进一步研究工作可以围绕以下题展开1．定位终端功能更强目前我们设计的定位终端，MCU采用的是TI公司的MSP430单片机，这款虽然在单片机中属于功能比较强大完善的产品，但是由于主频、编程FLASH能模块和接口等的限制，尚不能运行Linux，winCE功能，向智能型和多用途的定位终端方向努力【221【23】。此外，还可以采用我们计算所龙芯和空间信息处理实验室的现成DSP动定位终端的运行平台和解决方案2．定位监控要组建一个高性能、高质量的导航定位系统，只有定位终端是远远不够的。还需集成了GIS、GPS、GSM和电子地图等综合功能的控制后台的强有力支持．我们的定中心除了要能够支持大用户量的突发数据处理之外，还要能够保证处理的效率和速度到对用户请求的及时、快速、准确的响应．此外，定位监控中心还应该提供除了定导航之外的丰富多彩的增值服务。比如提供对用户出行路线的建议、天气预报、周边3．要提高定位精度和定位范围，3．要提高定位精度和定位范围，实现“精确定位无处不在”的理想，利用多系统定势在必行。不论是现在已经使用的GPS、INS、GSM，GPI峪、G“)NAss还是即将4．定位终端的小GPS／GSM／GPRS芯片进行开发【42】，从而减小定位终端的重量和体积。我们中国科学计算技术研究所在芯片级的设计方面有强大的技术实力和宝贵的经验。所以能够实“掌上定位”到“指上定位”是我们下一步定位终端小型化的努力方向总之，在定位系统的设计方面，我们才迈出了第一步，许多高精尖的技术问题还有解决。我们下一步的研究工作应该着重放在这些高精尖的关键技术问题上【49】，努参考文【1】1MaChao&LinMing,GPS—GSMMobileNavigator．CircuitCcll碣2003-02，151：1—社GPS【3】VonTeta1．ASN-22CombinedGPS，GU)NAsSReceiverModule【5】同SMSl00B【8参考文【1】1MaChao&LinMing,GPS—GSMMobileNavigator．CircuitCcll碣2003-02，151：1—社GPS【3】VonTeta1．ASN-22CombinedGPS，GU)NAsSReceiverModule【5】同SMSl00B【8】 navigation,DGPS rerxivers,GPSnew印【lo]landauHprecisionof3rdInternationalconferenceondifferential Practiceon 【12】DataQuality．SurveyReview03K),200【TcclmologyfactsandproductsupportPracticeonAil-bomGPSQuality．Survey【171WebsJD’KceDS．AdirectperformancecomparisonbetweenlooselycoupleandintegrationoftheDanidCanalysisofatightlyOGPS／InertialSystemfortwointegritymonitoring【19]http：／Avww．delorme．com／PubHshesatlatopographicReceiverintegrationoftheDanidCanalysisofatightlyOGPS／InertialSystemfortwointegritymonitoring【19]http：／Avww．delorme．com／PubHshesatlatopographicReceiverwww．topcongps．corn,January[21]Abbott,Eandlowell．I．andvehicleNavigationUsingGPS[J]．Proceedingsofthe[221刘舒时．基于智能手机的导航监控系统．中国全球定位系统技术应用协会第八次应用协会第八次年会论文集，2005．10：95-【24】南振岐．数字城市公众地理信息系统之智能交通车辆GPS监控调度系统方案．中【25】l_in-Wu，Ming