引言

　　衛(wèi)星導航技術的飛速發(fā)展已逐漸取代了無線電導航、天文導航等傳統(tǒng)導航技術，而成為一種普遍采用的導航定位技術，并在精度、實時性、全天候等方面取得了長足進步。現(xiàn)不僅應用于物理勘探、電離層測量和航天器導航等諸多民用領域，在軍事領域更是取得了廣泛的應用--在彈道導彈、野戰(zhàn)指揮系統(tǒng)、精確彈道測量以及軍用地圖快速測繪等領域均大量采用了衛(wèi)星導航定位技術。有鑒于衛(wèi)星導航技術在民用和軍事領域的重要意義，使其得到了許多國家的關注。我國也于2000年10月31日和12月21日成功發(fā)射了顆和第二顆導航定位試驗衛(wèi)星并建立了我國代衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)--"北斗導航系統(tǒng)"，但由于起步晚也沒有得到廣泛應用。目前在我國應用多的還是美國的GPS系統(tǒng)。本文就針對當前比較普及的GPS系統(tǒng)，對其衛(wèi)星定位信息的接收及其定位參數(shù)提取的實現(xiàn)方法予以介紹。

　　定位信息的接收

　　通常GPS定位信息接收系統(tǒng)主要由GPS接收天線、變頻器、信號通道、微處理器、存儲器以及電源等部分組成。由于GPS定位信息內容較少，因此多用RS-232串口將定位信息（NEMA0183語句）從GPS接收機傳送到計算機中進行信息提取處理。從串口讀取數(shù)據(jù)有多種方法，在此直接使用 Win32 API函數(shù)對其進行編程處理。在Windows下不允許直接對硬件端口進行控制操作，所有的端口均被視為"文件"，因此在對串口進行偵聽之前需要通過打開文件來打開串口，并對其進行相關參數(shù)配置：

m_hCom=CreateFile("COM1",GENERIC_READ|GENERIC_WRITE,0,NULL,OPEN_EXISTING, FILE_FLAG_OVERLAPPED,NULL); file://以異步方式打開COM1口
SetCommMask (m_hCom, EV_RXCHAR ) ; file://添加或修改Windows所報告的事件列表
SetupComm (m_hCom,READBUFLEN/*讀緩沖*/,WRITEBUFLEN/*寫緩沖*/); // 初始化通訊設備參數(shù)
// 清除緩沖信息
PurgeComm (m_hCom, PURGE_TXABORT | PURGE_RXABORT | PURGE_TXCLEAR | PURGE_RXCLEAR) ;
// 對異步I/O進行設置
CommTimeOuts.ReadIntervalTimeout = MAXDWORD ; file://接收兩連續(xù)字節(jié)的時間間隔
CommTimeOuts.ReadTotalTimeoutMultiplier =0; file://接收每字節(jié)的平均允許時間
CommTimeOuts.ReadTotalTimeoutConstant = 0 ; file://接收時間常數(shù)
SetCommTimeouts (m_hCom , &CommTimeOuts) ;
file://獲取并設置串口
GetCommState ( m_hCom, &dcb) ;
dcb.BaudRate = CBR_4800;
dcb.ByteSize = 8;
dcb.Parity = ODDPARITY;
dcb.StopBits = ONESTOPBIT ;
SetCommState( m_hCom, &dcb);

　　在成功打開并設置通訊口后，可采取輪詢串口和事件觸發(fā)兩種方式對數(shù)據(jù)進行接收處理，本文在此采取效率比較高的事件觸發(fā)方式進行接收處理，通過等待EV_RXCHAR事件的發(fā)生來啟動ReadFile函數(shù)完成對GPS定位信息的接收：

while(true){
　WaitCommEvent (m_hCom,&dwEvtMask,NULL);
　if (dwEvtMask&EV_RXCHAR == EV_RXCHAR)
　　if(ComStat.cbInQue>0)
　　　ReadFile(m_hCom,m_readbuf,ComStat.cbInQue,&nLength,&olRead);
}

　　提取定位數(shù)據(jù)

　　GPS接收機只要處于工作狀態(tài)就會源源不斷地把接收并計算出的GPS導航定位信息通過串口傳送到計算機中。前面的代碼只負責從串口接收數(shù)據(jù)并將其放置于緩存，在沒有進一步處理之前緩存中是一長串字節(jié)流，這些信息在沒有經過分類提取之前是無法加以利用的。因此，必須通過程序將各個字段的信息從緩存字節(jié)流中提取出來，將其轉化成有實際意義的，可供高層決策使用的定位信息數(shù)據(jù)。同其他通訊協(xié)議類似，對GPS進行信息提取必須首先明確其幀結構，然后才能根據(jù)其結構完成對各定位信息的提取。對于本文所使用的GARMIN GPS天線板，其發(fā)送到計算機的數(shù)據(jù)主要由幀頭、幀尾和幀內數(shù)據(jù)組成，根據(jù)數(shù)據(jù)幀的不同，幀頭也不相同，主要有"$GPGGA"、"$GPGSA"、"$GPGSV"以及"$GPRMC"等。這些幀頭標識了后續(xù)幀內數(shù)據(jù)的組成結構，各幀均以回車符和換行符作為幀尾標識一幀的結束。對于通常的情況，我們所關心的定位數(shù)據(jù)如經緯度、速度、時間等均可以從"$GPRMC"幀中獲取得到，該幀的結構及各字段釋義如下：

　　$GPRMC,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11>*hh

　　<1> 當前位置的格林尼治時間，格式為hhmmss

　　<2> 狀態(tài), A 為有效位置, V為非有效接收警告，即當前天線視野上方的衛(wèi)星個數(shù)少于3顆。

　　<3> 緯度, 格式為ddmm.mmmm

　　<4> 標明南北半球, N 為北半球、S為南半球

　　<5> 徑度，格式為dddmm.mmmm

　　<6> 標明東西半球，E為東半球、W為西半球

　　<7> 地面上的速度，范圍為0.0到999.9

　　<8> 方位角，范圍為000.0到 359.9 度

　　<9> 日期, 格式為ddmmyy

　　<10> 地磁變化，從000.0到 180.0 度

　　<11> 地磁變化方向，為E 或 W

　　至于其他幾種幀格式，除了特殊用途外，平時并不常用，雖然接收機也在源源不斷地向主機發(fā)送各種數(shù)據(jù)幀，但在處理時一般先通過對幀頭的判斷而只對"$GPRMC"幀進行數(shù)據(jù)的提取處理。如果情況特殊，需要從其他幀獲取數(shù)據(jù)，處理方法與之也是完全類似的。由于幀內各數(shù)據(jù)段由逗號分割，因此在處理緩存數(shù)據(jù)時一般是通過搜尋ASCII碼"$"來判斷是否是幀頭，在對幀頭的類別進行識別后再通過對所經歷逗號個數(shù)的計數(shù)來判斷出當前正在處理的是哪一種定位導航參數(shù)，并作出相應的處理。下面就是對緩存Data中的數(shù)據(jù)進行解幀處理的主要代碼，本文在此只關心時間（日期和時間）和地理坐標（經、緯度）：

for(int i=0;i 　if(Data[i]=='$') file://幀頭，SectionID為逗號計數(shù)器
　　SectionID=0;
　　if(Data[i]==10){ file://幀尾
}
　if(Data[i]==',') file://逗號計數(shù)
　　SectionID++;
　else {
　　switch(SectionID){
　　　case 1: file://提取出時間
　　　　m_sTime+=Data[i];
　　　　break;
　　　case 2: file://判斷數(shù)據(jù)是否可信(當GPS天線能接收到有3顆GPS衛(wèi)星時為A，可信)
　　　　if(Data[i]=='A')
　　　　　GPSParam[m_nNumber].m_bValid=true;
　　　　　break;
　　　case 3: file://提取出緯度
　　　　　m_sPositionY+=Data[i];
　　　　　break;
　　　case 5: file://提取出經度
　　　　　m_sPositionX+=Data[i];
　　　　　break;
　　　case 9: file://提取出日期
　　　　　m_sDate+=Data[i];
　　　　　break;
　　　　　default:
　　　　　break;
　　}
　}
}

　　現(xiàn)在已將所需信息提取到內存，即時間、日期以及經緯度分別保存在CString型變量 m_sTime、m_Data、m_sPositionY和m_sPositionX中。在實際應用中往往要根據(jù)需要對其做進一步的運算處理，比如從GPS接收機中獲得的時間信息為格林尼治時間，因此需要在獲取時間上加8小時才為我國標準時間。而且GPS使用的WGS－84坐標系也與我國采用的坐標系不同，有時也要對此加以變換。而這些變換運算必須通過數(shù)值運算完成，因此需要將前面獲取的字符型變量轉化為數(shù)值型變量，這部分工作可放在檢測到幀尾完成：

::strcpy(buf,m_sTime);
str.Format("%c%c",buf[0],buf[1]);
GPSParam[m_nNumber].m_nHour=(atoi(str)+8)%24; file://提取出小時并轉化為24小時制北京時間
file://buf第2、3字節(jié)為分鐘，4、5字節(jié)為秒，提取方法同上
……
::strcpy(buf,m_sDate);
str.Format("%c%c",buf[0],buf[1]); file://提取出月份
file://buf第2、3字節(jié)為天，4、5字節(jié)為年，提取方法同上
……
::strcpy(buf,m_sPositionY);
str.Format("%c%c",buf[0],buf[1]);
PositionValue=atoi(str);
str.Format("%c%c%c%c%c%c%c",buf[2],buf[3],buf[4],buf[5],buf[6],buf[7],buf[8]);
GPSParam[m_nNumber].m_dPositionY=PositionValue*60+atof(str); file://提取出緯度
……
::strcpy(buf,m_sPositionX);
if(m_sPositionX.GetLength()==10) file://經度超過90度(如東經125度)
{
　str.Format("%c%c%c",buf[0],buf[1],buf[2]);
　PositionValue=atoi(str);
　str.Format("%c%c%c%c%c%c%c",buf[3],buf[4],buf[5],buf[6],buf[7],buf[8],buf[9]);
　GPSParam[m_nNumber].m_dPositionX=PositionValue*60+atof(str); file://提取出經度(單位為分)
}
if(m_sPositionX.GetLength()==9) file://經度未超過90度(如東經89度)
{
　file://處理方法同上，只是buf的第0、1字節(jié)為度數(shù)，2~9為分數(shù)。
}


　　到此為止，已將時間和經緯度信息提取到GPS結構數(shù)組GPSParam中的各個變量中去，后續(xù)的處理和高層決策可根據(jù)該結構中存儲的數(shù)據(jù)作出相應的處理。

　　小結

　　本文結合主要的相關程序代碼對GPS全球定位系統(tǒng)的定位導航信息的接收和參數(shù)數(shù)據(jù)的提取進行了討論，同時也對串口的程序設計作了簡要的講述。通過本文的設計方法可以將GPS定位導航信息從GPS接收機完整接收，通過對定位參數(shù)的提取可將其應用于其他高層應用決策如各種GIS、RS系統(tǒng)等。本文程序在Windows 98下，由Microsoft Visual C++ 6.0編譯通過。