作者： 郎銳 信息產(chǎn)業(yè)部電子第二十二研究所青島分所  
　
摘要： 本文提出了一種在VC下實現(xiàn)對GPS全球定位系統(tǒng)定位信息的接收以及對各定位參數(shù)數(shù)據(jù)的提取方法。

　　引言

　　衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的飛速發(fā)展已逐漸取代了無線電導(dǎo)航、天文導(dǎo)航等傳統(tǒng)導(dǎo)航技術(shù)，而成為一種普遍采用的導(dǎo)航定位技術(shù)，并在精度、實時性、全天候等方面取得了長足進(jìn)步。現(xiàn)不僅應(yīng)用于物理勘探、電離層測量和航天器導(dǎo)航等諸多民用領(lǐng)域，在軍事領(lǐng)域更是取得了廣泛的應(yīng)用--在彈道導(dǎo)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(lǐng)域均大量采用了衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)。有鑒于衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)在民用和軍事領(lǐng)域的重要意義，使其得到了許多國家的關(guān)注。我國也于2000年10月31日和12月21日成功發(fā)射了第一顆和第二顆導(dǎo)航定位試驗衛(wèi)星并建立了我國第一代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)--"北斗導(dǎo)航系統(tǒng)"，但由于起步晚也沒有得到廣泛應(yīng)用。目前在我國應(yīng)用最多的還是美國的GPS系統(tǒng)。本文就針對當(dāng)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(nèi)容較少，因此多用RS-232串口將定位信息（NEMA0183語句）從GPS接收機(jī)傳送到計算機(jī)中進(jìn)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(jìn)行編程處理。在Windows下不允許直接對硬件端口進(jìn)行控制操作，所有的端口均被視為"文件"，因此在對串口進(jìn)行偵聽之前需要通過打開文件來打開串口，并對其進(jìn)行相關(guān)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(shè)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(jìn)行設(shè)置
CommTimeOuts.ReadIntervalTimeout = MAXDWORD ; file://接收兩連續(xù)字節(jié)的最大時間間隔
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(shè)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(shè)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(jìn)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(jìn)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(jī)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(dǎo)航定位信息通過串口傳送到計算機(jī)中。前面的代碼只負(fù)責(zé)從串口接收數(shù)據(jù)并將其放置于緩存，在沒有進(jìn)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(jīng)過分類提取之前是無法加以利用的。因此，必須通過程序?qū)⒏鱾�字段的信息從緩存字節(jié)流中提取出來，將其轉(zhuǎn)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(jìn)行信息提取必須首先明確其幀結(jié)構(gòu)，然后才能根據(jù)其結(jié)構(gòu)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(jī)的數(shù)據(jù)主要由幀頭、幀尾和幀內(nèi)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(biāo)識了后續(xù)幀內(nèi)數(shù)據(jù)的組成結(jié)構(gòu)，各幀均以回車符和換行符作為幀尾標(biāo)識一幀的結(jié)束。對于通常的情況，我們所關(guān)心的定位數(shù)據(jù)如經(jīng)緯度、速度、時間等均可以從"$GPRMC"幀中獲取得到，該幀的結(jié)構(gòu)及各字段釋義如下：

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

　　<1> 當(dāng)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(dāng)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(biāo)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(biāo)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(jī)也在源源不斷地向主機(jī)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"$GPRMC"幀進(jìn)行數(shù)據(jù)的提取處理。如果情況特殊，需要從其他幀獲取數(shù)據(jù)，處理方法與之也是完全類似的。由于幀內(nèi)各數(shù)據(jù)段由逗號分割，因此在處理緩存數(shù)據(jù)時一般是通過搜尋ASCII碼"$"來判斷是否是幀頭，在對幀頭的類別進(jìn)行識別后再通過對所經(jīng)歷逗號個數(shù)的計數(shù)來判斷出當(dāng)前正在處理的是哪一種定位導(dǎo)航參數(shù)，并作出相應(yīng)的處理。下面就是對緩存Data中的數(shù)據(jù)進(jìn)行解幀處理的主要代碼，本文在此只關(guān)心時間（日期和時間）和地理坐標(biāo)（經(jīng)、緯度）：
for(int i=0;i<DATALENGTH;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(dāng)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(jīng)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(nèi)存，即時間、日期以及經(jīng)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(yīng)用中往往要根據(jù)需要對其做進(jìn)一步的運算處理，比如從GPS接收機(jī)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(biāo)準(zhǔn)時間。而且GPS使用的WGS－84坐標(biāo)系也與我國采用的坐標(biāo)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jīng)度超過90度(如東經(jīng)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(jīng)度(單位為分)
}
if(m_sPositionX.GetLength()==9) file://經(jīng)度未超過90度(如東經(jīng)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?jǐn)?shù)。
}



　　到此為止，已將時間和經(jīng)緯度信息提取到GPS結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)中存儲的數(shù)據(jù)作出相應(yīng)的處理。

　　小結(jié)

　　本文結(jié)合主要的相關(guān)程序代碼對GPS全球定位系統(tǒng)的定位導(dǎo)航信息的接收和參數(shù)數(shù)據(jù)的提取進(jìn)行了討論，同時也對串口的程序設(shè)計作了簡要的講述。通過本文的設(shè)計方法可以將GPS定位導(dǎo)航信息從GPS接收機(jī)完整接收，通過對定位參數(shù)的提取可將其應(yīng)用于其他高層應(yīng)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。