企業(yè)殺毒軟件及其應(yīng)用(完整版)資料

企業(yè)殺毒軟件及其應(yīng)用（完整版）資料(可以直接使用，可編輯優(yōu)秀版資料，歡迎下載）

企業(yè)殺毒軟件及其應(yīng)用（完整版）資料(可以直接使用，可編輯優(yōu)秀版資料，歡迎下載）企業(yè)殺毒軟件及其應(yīng)用摘要摘要：當(dāng)前，各種殺毒軟件琳瑯滿目，選擇合適的殺毒軟件對(duì)于企業(yè)而言至關(guān)重要。根據(jù)企業(yè)部署殺毒軟件的全過程，并結(jié)合用戶反饋信息和大量測(cè)試，探討了常用殺毒軟件在企業(yè)中的應(yīng)用，以期為各企業(yè)選擇殺毒軟件提供參考。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：局域網(wǎng)；殺毒軟件；信息安全DOIDOI：10.11907/rjdk.1431060中圖分類號(hào)：TP301文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)文章編號(hào)：16727800（2021）0040044020引言隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，各種病毒也呈多樣化和復(fù)雜化趨勢(shì)，直接影響到人們的網(wǎng)絡(luò)工作環(huán)境，影響到企業(yè)信息安全及發(fā)展。近年來，由于病毒導(dǎo)致企業(yè)內(nèi)部信息泄漏事件層出不窮，給企業(yè)帶來了不可估量的損失，因而深入了解各殺毒軟件的功能，并探討其在企業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用至關(guān)重要。大量實(shí)例驗(yàn)證表明，應(yīng)該從殺毒軟件自身特點(diǎn)和用戶需求兩方面考慮，根據(jù)不同用戶在不同發(fā)展階段所需要解決的問題來發(fā)掘并解決問題。1殺毒軟件功能目前，殺毒軟件之間的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，主流殺毒軟件在保證查殺病毒等基本能力的基礎(chǔ)上也具備多樣化功能以滿足不同用戶的需求。對(duì)于企業(yè)而言，它們所關(guān)注的重點(diǎn)是殺毒軟件“能夠幫助企業(yè)解決什么安全問題”而不是“能殺什么樣的病毒”。企業(yè)殺毒軟件為企業(yè)提供產(chǎn)品、方案和服務(wù)套裝，但不僅僅是產(chǎn)品，更多地是面對(duì)大型復(fù)雜環(huán)境的應(yīng)用，滿足個(gè)性化定制部署[1]。本文從6個(gè)方面介紹殺毒軟件在企業(yè)中所應(yīng)具備的功能。1.1安全衛(wèi)士不同于廣域網(wǎng)，企業(yè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部通常配置有較少的網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備，因此每一臺(tái)計(jì)算機(jī)所處網(wǎng)絡(luò)環(huán)境看似安全，實(shí)則危險(xiǎn)。一旦網(wǎng)絡(luò)內(nèi)某一臺(tái)計(jì)算機(jī)感染了能夠利用系統(tǒng)漏洞進(jìn)行傳播的網(wǎng)絡(luò)病毒，則受攻擊的計(jì)算機(jī)數(shù)量將以指數(shù)速度急劇增長(zhǎng)，同時(shí)受攻擊的計(jì)算機(jī)還可能被植入病毒，從“受害者”轉(zhuǎn)變?yōu)椤肮粽摺?。所以企業(yè)殺毒一定要發(fā)揮病毒防御功能，扮演好安全衛(wèi)士角色，最大限度地保證企業(yè)免受病毒木馬侵害。1.2得力助手企業(yè)各種信息安全問題，往往并非企業(yè)信息部門的人員可以獨(dú)立解決。許多企業(yè)將所有問題歸咎于信息部門，不僅不公平，同時(shí)也無法真正解決問題。隨著企業(yè)信息化進(jìn)程的逐步推進(jìn)，企業(yè)內(nèi)各應(yīng)用系統(tǒng)迅速上線，致使企業(yè)信息部門的工作多樣而復(fù)雜，導(dǎo)致信息安全管理成為了其無法獨(dú)立承擔(dān)的沉重責(zé)任。信息安全不能僅僅靠信息部門來完成，也需要龐大的用戶支持和共同維護(hù)，企業(yè)內(nèi)龐大的用戶才是信息安全的生力軍，同時(shí)也是企業(yè)殺毒軟件面向的主要對(duì)象[2]。企業(yè)殺毒不僅要成為信息人員的得力助手，也要成為所有員工的得力助手[3]。1.3“貼心小棉襖”企業(yè)殺毒軟件需要具有很強(qiáng)的易用性，無需使用者過多參與，即可自行完成一些必要操作和配置，企業(yè)內(nèi)部員工不需要專業(yè)的計(jì)算機(jī)相關(guān)技能也可以方便地使用。并且，企業(yè)殺毒軟件也應(yīng)具有靈活的可定制性，能充分地滿足企業(yè)在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和日常工作中的新需求，為企業(yè)網(wǎng)絡(luò)管理員提供了極大便利。1.4“管家婆”企業(yè)殺毒軟件需要擔(dān)任“管家婆”的角色，幫助用戶清理電腦使用中產(chǎn)生的“垃圾”，優(yōu)化電腦性能、加快運(yùn)行速度等。同時(shí)也要擔(dān)任信息管理人員的“管家婆”，幫忙完成企業(yè)制度上的一些管理和日常維護(hù)工作，例如查殺毒歷史記錄、攻擊源鎖定、局域網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、臺(tái)帳信息記錄、用戶使用情況統(tǒng)計(jì)、軟件統(tǒng)一分發(fā)部署、外置設(shè)備統(tǒng)一管理等。1.5錦上添花企業(yè)殺毒軟件應(yīng)具備一些非必需的簡(jiǎn)單功能，這些功能可以大幅度提升效率，例如全網(wǎng)計(jì)算機(jī)IE主頁的統(tǒng)一修訂；企業(yè)所需關(guān)鍵信息的推送（對(duì)于擁有門戶的企業(yè)而言，該功能較為實(shí)用）；用戶桌面使用障礙遠(yuǎn)程求助等。同時(shí)實(shí)現(xiàn)雙向可視的遠(yuǎn)程桌面，并輔助信息管理員幫助用戶解決計(jì)算機(jī)使用過程中或系統(tǒng)應(yīng)用中遇到的問題。1.6攜手并進(jìn)，且行且磨合一整套殺毒軟件在企業(yè)內(nèi)真正運(yùn)行起來，需要經(jīng)過前期調(diào)研、小范圍測(cè)試、方案調(diào)整、穩(wěn)定性分析、全面推廣部署，以及后期的周期性更新和升級(jí)。因此，殺毒軟件必須有足夠的可定制性，以滿足企業(yè)在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用上不斷變化的需求，與企業(yè)共同發(fā)展，切實(shí)幫助企業(yè)解決問題[4]。2常用殺毒軟件選擇殺毒軟件，需要深入了解各種殺毒軟件的功能。本文選擇兩款業(yè)內(nèi)認(rèn)可度較高的殺毒軟件進(jìn)行介紹。2.1卡巴斯基卡巴斯基（Kaspersky）反病毒軟件是世界上擁有最尖端科技的殺毒軟件之一，總部設(shè)在俄羅斯首都莫斯科，全名“卡巴斯基實(shí)驗(yàn)室”，是國際著名的信息安全領(lǐng)導(dǎo)廠商?？ò退够鶠閭€(gè)人用戶、企業(yè)網(wǎng)絡(luò)提供反病毒、防黑客和反垃圾郵件產(chǎn)品。其關(guān)鍵功能有：①可看作一個(gè)系統(tǒng)管理平臺(tái)，提高IT效率，包括補(bǔ)丁管理、資產(chǎn)管理和資源配置；②實(shí)現(xiàn)加密功能，確保文件、文件夾、全磁盤或者設(shè)備的安全性；③實(shí)現(xiàn)訪問控制（應(yīng)用程序、設(shè)備、網(wǎng)頁），精確控制應(yīng)用程序、設(shè)備以及員工訪問和使用網(wǎng)絡(luò)的方式，提高安全性；④確保郵件安全，反惡意軟件和智能過濾垃圾郵件；⑤確保Internet網(wǎng)關(guān)安全，為最流行的Internet網(wǎng)管提供保護(hù)，確保員工在較少干擾下使用Internet。卡巴斯基在擁有強(qiáng)大功能的同時(shí)，也對(duì)電腦性能的消耗帶來一定負(fù)擔(dān)。其最大缺點(diǎn)就是對(duì)計(jì)算機(jī)CPU和內(nèi)存資源占據(jù)較多，尤其是掃描文件和更新病毒庫時(shí)，對(duì)CPU的占用較大，對(duì)計(jì)算機(jī)硬件要求總體過高。2.2奇虎360企業(yè)版奇虎360企業(yè)版是面向企業(yè)級(jí)用戶推出的專業(yè)安全解決方案。360殺毒軟件最大的亮點(diǎn)就是永久免費(fèi)、不限終端數(shù)。它通過一個(gè)輕量級(jí)的管理控制中心及BS模式的統(tǒng)一管理終端，解決企業(yè)對(duì)于安全統(tǒng)一管理的需求。主要特性有如下幾點(diǎn)：①永久免費(fèi)，全功能無限制，不限終端數(shù)，7*24專業(yè)服務(wù)；②全網(wǎng)安全，一鍵體檢，統(tǒng)一殺毒、清木馬、修漏洞、修復(fù)各類風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)，實(shí)現(xiàn)各類計(jì)算機(jī)風(fēng)險(xiǎn)匯總；③具備系統(tǒng)安全修復(fù)、軟件管家、清理垃圾、修復(fù)瀏覽器等多項(xiàng)功能，比其它傳統(tǒng)產(chǎn)品多一些實(shí)用功能；④XP盾甲，為XP系統(tǒng)修復(fù)補(bǔ)丁，防止系統(tǒng)遭到損害。3殺毒軟件應(yīng)用通過在茂名臻能熱電部署卡巴斯基和奇虎360企業(yè)級(jí)殺毒軟件，結(jié)合相關(guān)人員遇到的問題和所采用的解決辦法，對(duì)上述兩款殺毒軟件的功能和使用情況進(jìn)行深度剖析。由于單位內(nèi)電腦性能參差不齊，于是對(duì)不同層次性能的電腦進(jìn)行了抽樣，主要評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)體現(xiàn)在CPU和內(nèi)存。表1為卡巴斯基使用情況（開啟IE訪問行為監(jiān)測(cè)、硬盤文件、系統(tǒng)重要位置、郵件實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)）的抽樣測(cè)試情況。對(duì)于硬件配置情況偏低的電腦而言，卡巴斯基在某些電腦中“得不償失”，使得用戶在計(jì)算機(jī)上辦公困難。安裝和初步使用過程中，遭到用戶強(qiáng)烈反對(duì)，相關(guān)信息人員經(jīng)過討論，對(duì)卡巴斯基的使用功能進(jìn)行了多次降低調(diào)整，先是降低了郵件實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，保留了重要文件監(jiān)測(cè)和IE訪問監(jiān)測(cè)功能，但是大部分用戶仍然表示難以接受。信息工作人員再次改變殺毒策略，只保留基本殺毒功能和文件監(jiān)視，但對(duì)于內(nèi)存2G及2G以下電腦，用戶辦公還是受影響。最后只好對(duì)運(yùn)行卡巴斯基嚴(yán)重影響辦公的用戶進(jìn)行了卸載，改用奇虎360。奇虎360（包含360安全衛(wèi)士和360殺毒）使用情況如表2所示。實(shí)踐表明，奇虎360在企業(yè)內(nèi)部推廣沒有受到太大阻力。統(tǒng)計(jì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大部分用戶家庭電腦中使用的是360殺毒軟件，對(duì)奇虎360已經(jīng)普遍接受，同時(shí)又有卡巴斯基的試用體驗(yàn)，讓用戶對(duì)奇虎360青睞有加。奇虎360里的臺(tái)帳功能、硬件外設(shè)管理和遠(yuǎn)程桌面功能也備受信息人員推崇，給日常信息維護(hù)工作帶來了許多便利。然而，奇虎360也存在一些不足，它時(shí)常在未經(jīng)用戶同意的情況下推送并默認(rèn)安裝自己公司的其它產(chǎn)品，例如軟件管理和360安全瀏覽器，并使用一些誤導(dǎo)用戶的手段或者“強(qiáng)制捆綁安裝”方式讓用戶安裝使用，這種“流氓行為”并不為用戶所接受。結(jié)合上述實(shí)踐，得出選擇殺毒軟件需重點(diǎn)考慮如下方面：①用戶體驗(yàn)；②計(jì)算機(jī)硬件性能優(yōu)劣；③殺毒能力，漏洞掃描；④管理、安裝方式，體系架構(gòu)；⑤企業(yè)注重的一些特定需求是否能得到解決。其中，用戶體驗(yàn)需要首先考慮，簡(jiǎn)潔的使用界面、無歧義的文字解釋，以及可靠的設(shè)置與運(yùn)行，就是優(yōu)秀的企業(yè)殺毒軟件必備特征之一。就殺毒防護(hù)功能而言，卡巴斯基相對(duì)較強(qiáng)，但是在設(shè)置和使用上較為復(fù)雜，功能單一，占用大量計(jì)算機(jī)硬件性能，讓用戶無法接受。奇虎360雖然很注重用戶體驗(yàn)，涵蓋一些適用于企業(yè)內(nèi)部需求的附屬功能，讓信息人員及員工用戶愛不釋手，但是強(qiáng)制推送、默認(rèn)安裝、捆綁安裝等霸道行為也著實(shí)令用戶難以接受。因此，企業(yè)需結(jié)合自身實(shí)際，綜合考慮，選擇合適的殺毒軟件，最大程度地保障企業(yè)信息安全，更好地促進(jìn)企業(yè)發(fā)展。參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)：[1]金燁.產(chǎn)品與服務(wù)并重[N].中國計(jì)算機(jī)用戶，20211023.[2]胡斌昀.企業(yè)防毒軟件發(fā)展趨勢(shì)分析[J].中山大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2004，43（6）：142144.[3]扶蘇.抓住要點(diǎn)，兩招搞定中小企業(yè)信息安全[N].電腦報(bào)，20210515.[4]董軍.360引領(lǐng)企業(yè)安全轉(zhuǎn)型：從安全即產(chǎn)品到安全即服務(wù)[N].中國經(jīng)營(yíng)報(bào)，20210428.[5]劉宏偉.企業(yè)殺毒需變招[N].計(jì)算機(jī)世界，20211222.責(zé)任編輯（責(zé)任編輯：孫娟）目錄目錄 2摘要 4Abstract 5第一章 緒論 6第一節(jié)GPS的概念及發(fā)展概況 6第二節(jié)軟件無線電技術(shù)的發(fā)展概況 7第三節(jié)本文的主要研究?jī)?nèi)容及意義 9一、課題背景 9二、主要研究?jī)?nèi)容 9一、課題意義 10第二章 基于軟件無線電技術(shù)的GPS接收機(jī)研究 10第一節(jié)基于軟件無線電技術(shù)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)構(gòu)架 10第二節(jié)軟件無線電設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)分析 11一、射頻轉(zhuǎn)換（RF到IF） 11二、中頻AD/DA 11三、數(shù)字信號(hào)處理模塊 12四、算法軟件實(shí)現(xiàn) 12第三節(jié)GPS軟件接收機(jī)的設(shè)計(jì)原理 12第四節(jié)軟件接收機(jī)中頻數(shù)據(jù)處理的核心算法 14一、C/A碼信號(hào)捕獲 14二、C/A碼信號(hào)跟蹤 15第五節(jié)本章小結(jié) 16第三章 基于NMEA-0183碼的分析與研究 17第一節(jié)GPS定位數(shù)據(jù)NMEA-0183碼的介紹 17第二節(jié)基于WINDOWSAPI的串口通信研究 20第三節(jié)定位精度因子的分析 21第四節(jié)多通道信號(hào)的接收質(zhì)量分析 23第五節(jié)天空衛(wèi)星視圖的分析 24第六節(jié)相對(duì)位置移動(dòng)軌跡的跟蹤研究 26第七節(jié)本章小結(jié) 27第四章 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析 28第一節(jié)基于NMEA-0183碼應(yīng)用軟件的程序?qū)崿F(xiàn) 28第二節(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 36第三節(jié)本章小結(jié) 45第五章 結(jié)論與展望 45參考文獻(xiàn) 47摘要全球定位系統(tǒng)（GPS）在定位導(dǎo)航和地球空間測(cè)繪上都有著極其廣泛的應(yīng)用，用戶通過GPS終端設(shè)備獲取GPS定位數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航定位的應(yīng)用。軟件無線電（SDR）作為無線通信領(lǐng)域的一項(xiàng)突破性關(guān)鍵技術(shù)，被稱為二十一世紀(jì)“無線電世界的個(gè)人計(jì)算機(jī)”。它是無線通信領(lǐng)域繼模擬到數(shù)字、固定到移動(dòng)的第三次技術(shù)革命。使用軟件無線電思想構(gòu)建的GPS軟件接收機(jī)，在開放性和可重配置性上有著傳統(tǒng)接收機(jī)所無法比擬的優(yōu)勢(shì)，對(duì)接收算法研究和后續(xù)優(yōu)化有著重大研究意義。本文的研究工作涉及GPS軟件接收的關(guān)鍵技術(shù)研究、捕獲跟蹤算法與研究分析，以及基于NMEA-0183數(shù)據(jù)幀的實(shí)時(shí)采集軟件設(shè)計(jì)與研究。通過實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)幀，來分析和評(píng)估定位精度因子、信號(hào)質(zhì)量、衛(wèi)星幾何特征以及定位應(yīng)用中的相對(duì)位置移動(dòng)軌跡等，實(shí)現(xiàn)GPS接收應(yīng)用的定量研究。研究過程中，形成了高精度相對(duì)定位軌跡的創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)方法。實(shí)驗(yàn)證明：本文的研究結(jié)果可以拓展到多模式多系統(tǒng)的增強(qiáng)定位系統(tǒng)研究和區(qū)域位置服務(wù)的應(yīng)用研究。關(guān)鍵詞：軟件無線電（SDR）；GPS；NMEA-0183；基于位置服務(wù)（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)緒論GPS的概念及發(fā)展概況GPS是全球定位系統(tǒng)（GlobalPositioningSystem）的英文縮寫，它可以用來實(shí)現(xiàn)連續(xù)的實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航。所謂導(dǎo)航（navigation），在這里的定義是實(shí)時(shí)的測(cè)定運(yùn)動(dòng)載體在途行進(jìn)時(shí)的位置和速度，引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)載體沿一定的航線經(jīng)濟(jì)而安全的到達(dá)目的地[1]。完成高精度的導(dǎo)航定位，需要導(dǎo)航裝置作為輔助手段。其中有一類導(dǎo)航裝置，發(fā)射無線電信號(hào)，使用戶能夠通過終端設(shè)備接受多個(gè)該類導(dǎo)航裝置的無線電信號(hào)計(jì)算出其位置，我們稱這類導(dǎo)航裝置為無線電導(dǎo)航裝置。無線電導(dǎo)航裝置通?？煞譃槁坊托腔鶅纱箢悺Ｂ坊鶡o線電導(dǎo)航基于較少的無線電標(biāo)臺(tái)站，不但精度和范圍有限，而且易受無線電干擾。50年代末，前蘇聯(lián)發(fā)射了第一顆人造衛(wèi)星，美國科學(xué)家通過跟蹤研究，發(fā)現(xiàn)了多普勒頻移現(xiàn)象，并利用該原理促成了多普勒衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)TRANSIT的建立，開創(chuàng)了陸海空衛(wèi)星無線電導(dǎo)航的新時(shí)代，這是第一代星基無線電導(dǎo)航裝置。但由于多普勒衛(wèi)星軌道高度低，系統(tǒng)含星座較少，所以存在這軌道精度難以提高，定位時(shí)間間隔過長(zhǎng)等明顯缺點(diǎn)。正是這些缺陷，促使了美國的全球定位系統(tǒng)（GPS）和俄羅斯的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GLONASS）的快速發(fā)展。美國的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）計(jì)劃自1973年起步，1978年發(fā)射首顆導(dǎo)航衛(wèi)星，1994年完成24顆中等高度圓軌道（MEO）衛(wèi)星組網(wǎng)，歷時(shí)16年，耗資120億美元。至今，已先后發(fā)展了3代衛(wèi)星。整個(gè)GPS系統(tǒng)由空間星座部分、地面監(jiān)控部分和用戶設(shè)備部分組成?？臻g星座部分主要由24顆GPS衛(wèi)星（21顆衛(wèi)星加3顆軌道備用衛(wèi)星）組成，衛(wèi)星高度20210km，軌道周期11小時(shí)58分，有6個(gè)軌道面，每個(gè)軌道至少4顆衛(wèi)星，軌道傾角55°。這樣的設(shè)計(jì)保證了地球上及近地空間在任何時(shí)間都至少可見4顆衛(wèi)星滿足最基本的定位要求。地面監(jiān)控部分包括衛(wèi)星監(jiān)控站、主控臺(tái)和信息注入站。監(jiān)控站是在主控站的直接控制下的數(shù)據(jù)自動(dòng)采集中心，對(duì)GPS衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)；主控站設(shè)在美國本土的科羅拉多（Colorado）的法爾孔（Falcon）空軍基地，協(xié)調(diào)和管理地面監(jiān)控系統(tǒng)，同時(shí)計(jì)算各衛(wèi)星的星歷、時(shí)鐘誤差和大氣修正參數(shù)并送到注入站，控制衛(wèi)星，使衛(wèi)星正常運(yùn)轉(zhuǎn)；注入站的主要工作是將衛(wèi)星軌道、時(shí)鐘糾正信息，控制命令上行注入衛(wèi)星。用戶設(shè)備部分就是用戶進(jìn)行導(dǎo)航定位的終端設(shè)備，由接收機(jī)硬件、數(shù)據(jù)處理軟件及微處理器構(gòu)成[2]。GPS衛(wèi)星采用碼分多址（CDMA）技術(shù)在兩個(gè)頻率上廣播測(cè)距碼和導(dǎo)航。這兩個(gè)載波頻率分別是L波段的（1575.42MHz）和（1227.60MHz）。測(cè)距碼有C/A碼和P碼，分別用于民用的標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)（SPS）和軍用的精密定位服務(wù)（PPS），兩者在定位精度上有著較大差異。導(dǎo)航數(shù)據(jù)主要是衛(wèi)星軌道坐標(biāo)、衛(wèi)星鐘差方程式參數(shù)、電離層現(xiàn)時(shí)修正等廣播星歷，它向用戶提供了定位一直參考點(diǎn)（信號(hào)發(fā)射衛(wèi)星）的起算坐標(biāo)和系統(tǒng)參考時(shí)間及相關(guān)傳播誤差修正[3]?！癎PS的應(yīng)用，僅受人們的想象力制約?！盙PS問世以來，已充分顯示了其在導(dǎo)航定位領(lǐng)域的霸主地位。許多領(lǐng)域也由于GPS的出現(xiàn)而產(chǎn)生革命性變化。目前，幾乎全世界所有需要導(dǎo)航定位的用戶，都被GPS的高精度，全天候，全球覆蓋，方便靈活和優(yōu)質(zhì)價(jià)廉的特點(diǎn)所吸引。按其作用，GPS的應(yīng)用可分為以下三類：導(dǎo)航，主要是為船舶、汽車、飛機(jī)等運(yùn)動(dòng)物體進(jìn)行定位導(dǎo)航。例如：船舶遠(yuǎn)洋導(dǎo)航和進(jìn)港引水；飛機(jī)航路引導(dǎo)和進(jìn)場(chǎng)降落；汽車自主導(dǎo)航；地面車輛跟蹤和城市智能交通管理；緊急救生；個(gè)人旅游及野外探險(xiǎn)；個(gè)人通訊終端。授時(shí)校頻。例如：電力，郵電，通訊等的時(shí)間同步；準(zhǔn)確時(shí)間頻率的授入。高精度測(cè)量。例如：各種等級(jí)的大地測(cè)量，控制測(cè)量；道路和各種線路放樣；水下地形測(cè)量；地殼形變測(cè)量，大壩和大型建筑物變形監(jiān)測(cè)；GIS應(yīng)用；工程機(jī)械（輪胎吊，推土機(jī)等）控制；精細(xì)農(nóng)業(yè)。軟件無線電技術(shù)的發(fā)展概況在1992年5月美國電信系統(tǒng)會(huì)議上，JeoMitola首次提出了軟件無線電（SoftwareDefinedRadio）的概念。軟件無線電（SDR）是指在一個(gè)開放的，標(biāo)準(zhǔn)化的、模塊化的通用硬件平臺(tái)上，通過軟件加載實(shí)現(xiàn)各種無線電通信功能(如工作頻段、調(diào)制解調(diào)類型、數(shù)據(jù)格式、加密模式和通信協(xié)議等)。其核心是：使寬帶A/D、D/A轉(zhuǎn)換器并盡可能地靠近天線；無線電功能盡可能地通過軟件來實(shí)現(xiàn)。理想的軟件無線電主要由天線、射頻前端、寬帶A/D和D/A轉(zhuǎn)換器、通用或?qū)Ｓ脭?shù)字信號(hào)處理器以及各種軟件組成。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)，特別是微處理機(jī)在高速數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和通信中的應(yīng)用，無線通信系統(tǒng)從模擬向數(shù)字轉(zhuǎn)化；最近快速發(fā)展的寬帶模數(shù)轉(zhuǎn)換和信號(hào)處理技術(shù)、日益提高了的硬件工藝水平、日臻成熟的可編程器件和EDA工具，使軟件無線電的概念轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用成為可能。無論是從軍用還是商用或是民用的要求考慮，軟件無線電都是通信系統(tǒng)用戶需求的必然產(chǎn)物。軍用無線電系統(tǒng)為了實(shí)現(xiàn)海、陸、空、天一體化的立體戰(zhàn)爭(zhēng)環(huán)境，要求在不同頻段、不同通信制式和不同的管理體制下均可以互聯(lián)通信；商業(yè)和民用客戶要求通信系統(tǒng)能支持多媒體服務(wù),包括移動(dòng)通信、高速和高速的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。為了滿足這些服務(wù)需求，物理層需要有高度靈活性和適應(yīng)性，必須是兼容多標(biāo)準(zhǔn)操作和功能。傳統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)對(duì)多標(biāo)準(zhǔn)通信解決方法并不靈活，當(dāng)介質(zhì)和信道特性改變時(shí)，硬件就必須完全更新。尤其是在當(dāng)今無線電標(biāo)準(zhǔn)和接口種類層出不窮的時(shí)期，為了節(jié)約成本，從經(jīng)濟(jì)角度考慮，傳統(tǒng)的無線電通信系統(tǒng)必將被每層可軟件重構(gòu)的軟件無線電設(shè)備所取代。軟件無線電的出現(xiàn)，使無線電技術(shù)由以硬件為主的時(shí)代走向以軟件為主的時(shí)代，事實(shí)上它是繼模擬通信技術(shù)、數(shù)字通信技術(shù)之后的第三代無線通信技術(shù)。軟件無線電具有以下一些特點(diǎn)：軟件無線電具有完全的可編程性，可通過軟件編程來實(shí)現(xiàn)無線電臺(tái)的功能，包括對(duì)無線波段、信道調(diào)制、接入方式、數(shù)據(jù)速率的編程等，因此通過程序進(jìn)行控制和操作，這是軟件無線電最突出的特點(diǎn)之一。但是軟件無線電不是不要硬件，而是把硬件作為一個(gè)基本平臺(tái)來架構(gòu)。軟件無線電的另一個(gè)重要特點(diǎn)是A/D、D/A變換與天線十分靠近，因而能比較迅速地將接收到的射頻模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，比較晚地將要發(fā)送的數(shù)字信號(hào)變換為射頻模擬信號(hào)，這就充分地利用了數(shù)字信號(hào)處理（DSP）器件的功能和軟件的資源。軟件無線電遵循開放平臺(tái)的設(shè)計(jì)思想，采用了模塊化的結(jié)構(gòu)，因而能夠方便的進(jìn)行硬件模塊的更換和軟件的升級(jí)，并能通過運(yùn)行不同的算法，實(shí)時(shí)的配置自己的信號(hào)波形，提供各種各樣的通信業(yè)務(wù)。其新業(yè)務(wù)僅需在電臺(tái)中加載新的軟件模塊即可實(shí)現(xiàn)，從而降低了通信設(shè)備的硬件成本。本文的主要研究?jī)?nèi)容及意義課題背景LBS（LocationBasedServices，基于位置服務(wù)）是定位技術(shù)的應(yīng)用開發(fā)，它的工作原理是：用戶終端設(shè)備（一般為、PDA、手提電腦等移動(dòng)終端）采用衛(wèi)星定位或其它方式獲取用戶位置等信息，并實(shí)時(shí)地將這些信息通過移動(dòng)通信方式傳至服務(wù)器，服務(wù)器根據(jù)用戶的請(qǐng)求做出響應(yīng)，并將響應(yīng)回饋到用戶終端。位置信息在大眾生活中占據(jù)著越來越重要的地位，尤其是從服務(wù)于人的信息應(yīng)用發(fā)展到借助傳感器的分布式網(wǎng)絡(luò)，再到以機(jī)器自動(dòng)裝置為主的網(wǎng)絡(luò)集群，位置信息無處不在。近年來，隨著電子、計(jì)算機(jī)、信息等技術(shù)的飛速發(fā)展和交叉研究，位置信息服務(wù)不再局限于運(yùn)營(yíng)商的一項(xiàng)增值業(yè)務(wù)。它已經(jīng)將電子地圖、車載導(dǎo)航、無線導(dǎo)航、交通信息四個(gè)領(lǐng)域形成了產(chǎn)業(yè)模式?？梢灶A(yù)測(cè)，位置服務(wù)已經(jīng)由業(yè)務(wù)的概念逐步外延到產(chǎn)業(yè)發(fā)展層面上。LBS的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入了黃金時(shí)期。面向數(shù)字化城市的基于位置服務(wù)的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了定位、通信和GIS技術(shù)的集成以及生活指南信息的獲取，為人們的生活帶來了很多便利，在未來數(shù)字化工作和生活中也將發(fā)揮重要作用[4]。本文的研究工作受上海市國際合作基金項(xiàng)目“基于位置的移動(dòng)信息服務(wù)關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用示范”的資助，項(xiàng)目是針對(duì)GPS定位信息在區(qū)域范圍內(nèi)的分布和基于地面衛(wèi)星增強(qiáng)系統(tǒng)三維高精度定位系統(tǒng)的性能評(píng)估與驗(yàn)證。本文的研究正是接收系統(tǒng)中數(shù)據(jù)幀應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)與研究，同時(shí)基于軟件無線電的GPS接收機(jī)開發(fā)是本文研究的系統(tǒng)基礎(chǔ)。主要研究?jī)?nèi)容在本文中，主要闡述軟件無線電（SDR）概念，NMEA-0183協(xié)議，以及基于軟件無線電思想設(shè)計(jì)的GPS軟件接收機(jī)的體系結(jié)構(gòu)。并以PC機(jī)為平臺(tái)，VisualC++的MFC框架為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了GPS應(yīng)用分析軟件。通過串口連接，從接收機(jī)中讀取基于NMEA-0183協(xié)議的數(shù)據(jù)幀，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)幀顯示，導(dǎo)航信息顯示，接收機(jī)多通道衛(wèi)星信號(hào)信噪比（SNR）分析，天空衛(wèi)星視圖顯示，定位精度因子（GDOP）分析，用戶位置跟蹤，數(shù)據(jù)保存回放等主要功能，并使用GARMIN15LGPS接收機(jī)模塊和Fastraxitrax300接收機(jī)模塊對(duì)軟件的性能進(jìn)行了驗(yàn)證和分析。各章分述如下：第一章簡(jiǎn)要介紹了GPS系統(tǒng)和軟件無線電的基本概念。第二章中針對(duì)軟件無線電的特點(diǎn)，描述了GPS軟件接收機(jī)的構(gòu)架，以及中頻數(shù)字處理中的兩步核心流程的算法。第三章介紹了NMEA-0183協(xié)議和使用WindowsAPI的串口通信機(jī)制，給出了通過讀取NMEA碼可以實(shí)現(xiàn)的接收機(jī)功能描述。第四章描述了基于NMEA-0183協(xié)議的GPS接收機(jī)軟件的實(shí)現(xiàn)過程，并對(duì)其功能加以驗(yàn)證，綜合分析影響定位精度和位置移動(dòng)軌跡的因素。第五章為總結(jié)以及本文所描述的GPS應(yīng)用軟件的發(fā)展前景。課題意義降低定位精度因子，是在偽距測(cè)量誤差一定的情況下優(yōu)化GPS定位精度的有效途徑。相對(duì)位置移動(dòng)軌跡跟蹤測(cè)量是GPS對(duì)在測(cè)繪學(xué)上重要應(yīng)用。通過編寫GPS應(yīng)用分析軟件，研究如何影響定位精度因子的因素和引發(fā)跟蹤軌跡誤差的來源對(duì)提高GPS定位精度，實(shí)現(xiàn)精確測(cè)繪有著重要的意義。而高質(zhì)量的定位和跟蹤軌跡能夠使區(qū)域位置服務(wù)更為精確、高效?；谲浖o線電技術(shù)的GPS接收機(jī)研究基于軟件無線電技術(shù)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)構(gòu)架軟件無線電的體系結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)軟件無線電這一概念的具體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，包括硬件、軟件和接口協(xié)議等部分。理想的軟件無線電接收機(jī)的硬件應(yīng)包括寬帶射頻信號(hào)接受部分、高速采樣部分（A/D），中央?yún)f(xié)調(diào)控制部分和總線接口部分。由數(shù)據(jù)總線和控制總線將各部連接在一起，為硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)層上的軟件提供物理支持。當(dāng)系統(tǒng)處于接受狀態(tài)時(shí)，無線電信號(hào)通過天線耦合到寬帶射頻接收部分，通過下變頻采樣，轉(zhuǎn)化為中頻數(shù)字信號(hào)通過數(shù)據(jù)總線傳輸?shù)浇涌谥鳈C(jī)中。軟件部分應(yīng)包括硬件驅(qū)動(dòng)層、信道復(fù)用層、開發(fā)調(diào)試環(huán)境層、用戶/系統(tǒng)模塊層和應(yīng)用層組成。硬件驅(qū)動(dòng)層主要實(shí)現(xiàn)了對(duì)硬件資源的調(diào)用，為上層軟件提供了良好的硬件操作接口；信道復(fù)用層主要實(shí)現(xiàn)了多路信號(hào)復(fù)用的通信功能；開發(fā)調(diào)試環(huán)境層工作在用戶主機(jī)上，為用戶提供了易用開放的軟件開發(fā)平臺(tái)；用戶/系統(tǒng)模塊層主要包括了用于系統(tǒng)開發(fā)的底層模塊，通過調(diào)用這些模塊可以實(shí)現(xiàn)大部分通信功能；應(yīng)用層則是以開發(fā)好的各種軟件無線電應(yīng)用，可以脫離開發(fā)調(diào)試環(huán)境單獨(dú)使用[5]。接口協(xié)議部分主要由數(shù)據(jù)幀格式定義和通信過程操作時(shí)序組成。該協(xié)議要能過表達(dá)硬件平臺(tái)應(yīng)用的各種功能和設(shè)備驅(qū)動(dòng)層的各種請(qǐng)求，并具備可擴(kuò)展性。軟件無線電設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)分析射頻轉(zhuǎn)換（RF到IF）目前A/D轉(zhuǎn)換器的速率不高，很難實(shí)現(xiàn)在射頻（RF）及較高的中頻直接進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，所以在接收機(jī)前端處理中，通常要先進(jìn)行下變頻（Down-conversion）。RF變換模塊需要完成的任務(wù)包括：功率放大、接收預(yù)防大和RF信號(hào)與IF信號(hào)之間的變換。它的設(shè)計(jì)目的是使下一步中的A/D發(fā)揮最優(yōu)性能。一個(gè)窄帶超外差式接收機(jī)的射頻部分與寬帶軟件無線電的射頻部分相比有相似之處，但并不相同。寬帶的軟件無線電的射頻部分要求：在濾波器的滾降特性的銳利程度受到損害的情況下，強(qiáng)調(diào)仍然能提供線性的功率放大。中頻AD/DAA/D變換器要求有較高的采樣速率和分辨率，以便在恢復(fù)時(shí)降低失真。除此之外，還要求有較大的線性動(dòng)態(tài)范圍，以減少互調(diào)失真，使接收的弱信號(hào)仍能在強(qiáng)的干擾信號(hào)中檢測(cè)出來。它在移動(dòng)通信中有遠(yuǎn)近效應(yīng)時(shí)尤為重要。隨頻率和帶寬的增加，采樣速率和動(dòng)態(tài)范圍也將增大。此外，信噪比、無寄生動(dòng)態(tài)范圍、噪聲功率也是選擇A/D轉(zhuǎn)換器時(shí)的重要技術(shù)指標(biāo)。信噪比（SNR）是度量一個(gè)信號(hào)的傳輸質(zhì)量，與轉(zhuǎn)換器的分辨率直接相關(guān)。無寄生動(dòng)態(tài)范圍（SFDR），是度量變換器中的非線性誤差源，用來評(píng)估強(qiáng)信號(hào)下A/D變換器同步檢測(cè)弱信號(hào)的能力。噪聲功率比（CNR），定義為陷波濾波器帶內(nèi)噪聲功率譜密度之比，可提供與如何限制信道間互干擾的信息。數(shù)字信號(hào)處理模塊在數(shù)字信號(hào)處理模塊的實(shí)現(xiàn)方式上，主流趨勢(shì)為DSP（DigitalSignalProcessor，數(shù)字信號(hào)處理器）、FPGA（FieldProgrammableGateArray，現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列）和ASIC（ApplicationSpecificIntegratedCircuits，專用集成電路）?？梢院?jiǎn)單理解為,DSP以軟件方式,FPGA和ASIC以硬件方式實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理算法。由于DSP和FPGA均具備可編程能力,它們比較適合軟件無線電的需要?；贒SP的軟件無線電系統(tǒng)通過軟件編程實(shí)現(xiàn)了用戶參數(shù)和波形的改變，他的特點(diǎn)是通用性、靈活性好，開發(fā)容易。基于FPGA的系統(tǒng)由于FPGA具有在線編程，動(dòng)態(tài)改變器件邏輯功能的特性，實(shí)現(xiàn)物理器件的分時(shí)復(fù)用，因而有著比DSP更好的靈活性和更低的成本。ASIC則是實(shí)現(xiàn)了純粹的數(shù)字無線電系統(tǒng)。為了更好的體現(xiàn)軟件無線電通用、靈活、開放的特點(diǎn)，基于通用處理器的軟件無線電系統(tǒng)也隨之產(chǎn)生，這正是源于通用CPU的設(shè)計(jì)在可編程型、通用行、開放性上的巨大優(yōu)勢(shì)，是它成為了最接近理想軟件無線電的平臺(tái)，這也是軟件無線電在實(shí)現(xiàn)方式上的發(fā)展趨勢(shì)。算法軟件實(shí)現(xiàn)軟件無線電的本質(zhì)是用軟件定義無線通信。通過軟件，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了從信號(hào)解調(diào)、濾波、捕獲跟蹤等一系列原先要通過復(fù)雜硬件才能完成的基本軟件無線點(diǎn)功能。次外，還應(yīng)針對(duì)不同的軟件無線點(diǎn)的設(shè)計(jì)需求，在局部進(jìn)行軟件優(yōu)化處理。軟件算法的實(shí)現(xiàn)直接決定了系統(tǒng)的功能與性能。GPS軟件接收機(jī)的設(shè)計(jì)原理GPS信號(hào)接收機(jī)是GPS全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)的用戶設(shè)備，是實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航定位的終端儀器。傳統(tǒng)的GPS接收機(jī)的雖然種類繁多，但在結(jié)構(gòu)上通?？煞譃樯漕l前端（RFFront-end）、信號(hào)處理單元（SignalProcessing）和導(dǎo)航處理（NavigationProcessing）三部分。在前端中，接收機(jī)通過天線耦合接受GPS信號(hào)，經(jīng)過預(yù)放大（Pre-amp）、下變頻（Down-conversion）和濾波（Filter）后生成中頻信號(hào)（IF），對(duì)后通過A/D轉(zhuǎn)換器采樣，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)（DigitalIF）傳輸?shù)叫盘?hào)處理單元中。信號(hào)處理單元將已經(jīng)接受到的中頻數(shù)字信號(hào)進(jìn)行捕獲跟蹤處理，并對(duì)導(dǎo)航信息解調(diào)，以得到定位偽距（Pseudorange）、載波相位及星歷數(shù)據(jù)（Ephemeris）。最后在導(dǎo)航處理單元中，計(jì)算出用戶的經(jīng)緯度坐標(biāo)、行進(jìn)速度等信息，實(shí)現(xiàn)用戶的導(dǎo)航定位。GPS軟件接收機(jī)是在軟件無線電（SDR）思想知道下實(shí)現(xiàn)的。它繼承了軟件無線點(diǎn)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，即使A/D轉(zhuǎn)換器盡可能的靠近天線，其它部分實(shí)現(xiàn)軟件化，所以GPS軟件接收機(jī)與傳統(tǒng)接受機(jī)相比，保留了射頻前端，由軟件構(gòu)架對(duì)中頻數(shù)字信號(hào)進(jìn)行捕獲和跟蹤。一旦完成了跟蹤，通過子幀同步和奇偶校驗(yàn)，就可以將輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換成導(dǎo)航數(shù)據(jù)。從子幀中可以得到星歷數(shù)據(jù)。根據(jù)星歷數(shù)據(jù)可以確定當(dāng)前衛(wèi)星的位置。接受機(jī)到衛(wèi)星之間的偽距也可以確定。只要獲得了所有必需的信息，就可以計(jì)算出用戶的位置，并將其轉(zhuǎn)化為所需的坐標(biāo)系統(tǒng)中[6]。GPS軟件接收機(jī)結(jié)構(gòu)如下：軟件接收機(jī)中頻數(shù)據(jù)處理的核心算法C/A碼信號(hào)捕獲為了跟蹤GPS信號(hào)并進(jìn)行信息解碼，就必須先用捕獲程序來檢測(cè)信號(hào)的存在。一旦檢測(cè)到信號(hào)，必須測(cè)出兩個(gè)重要參數(shù)，一個(gè)是C/A碼信號(hào)的延時(shí)，另一個(gè)是載波信號(hào)的載波頻率。采集的數(shù)據(jù)通常包括幾個(gè)衛(wèi)星的信號(hào)，每個(gè)信號(hào)的C/A碼不同，開始時(shí)間不同，多普勒頻移不同。捕獲程序要找到C/A碼相位，并用這個(gè)信息對(duì)頻譜接擴(kuò)，輸出連續(xù)波信號(hào)，就可以得到它的載波頻率。C/A碼信號(hào)延時(shí)和載波頻率兩個(gè)參數(shù)將傳遞到跟蹤程序中。相關(guān)器I(同相)、Q(正交)通道第k次相關(guān)輸出分別為：其中A為信號(hào)幅度，為導(dǎo)航電文,為碼相位估計(jì)偏差，為多普勒頻移估計(jì)偏差，為復(fù)制碼自相關(guān)函數(shù)，N為積分碼片長(zhǎng)度，為載波相位，、為噪聲項(xiàng)。因此當(dāng)本地產(chǎn)生的載波頻率和復(fù)制碼相位與檢測(cè)信號(hào)完全匹配時(shí)，相關(guān)器的最終輸出為最大值。由于碼相位與多普勒頻移的不確定性，為了獲得相關(guān)峰值，以判定信號(hào)捕獲與否，需要對(duì)碼相位和多普勒頻率進(jìn)行二維搜索，若碼相位搜索步長(zhǎng)為個(gè)碼片，多普勒頻率搜索步長(zhǎng)為，則一個(gè)碼相位單元與一個(gè)多普勒頻移單元組成的二維搜索單元如下。當(dāng)接收到信號(hào)頻率和相位落入該搜索單元時(shí)，取得極大值。將與識(shí)別門限進(jìn)行比較，根據(jù)判定算法進(jìn)行判定是否成功捕獲到信號(hào)。C/A碼信號(hào)跟蹤跟蹤信號(hào)的基本方法是根據(jù)輸入信號(hào)構(gòu)造一個(gè)窄帶濾波器，當(dāng)輸入信號(hào)的頻率隨時(shí)間而變化時(shí)，濾波器的中心頻率必須跟隨信號(hào)變化。實(shí)際的跟蹤過程中，窄帶濾波器的中心頻率是固定的，但本振信號(hào)要隨輸入信號(hào)的頻率變化而變化，通過比相器對(duì)輸入信號(hào)和本振信號(hào)的相位對(duì)比，由于窄帶濾波器的帶寬很窄，與捕獲相比，跟蹤方式有著更高的靈敏度。跟蹤的主要目的是對(duì)捕獲的信號(hào)進(jìn)行載波和碼相位的精確跟蹤，以確保本地產(chǎn)生復(fù)制的載波和碼信號(hào)相位與輸入信號(hào)嚴(yán)格同步，為數(shù)據(jù)解調(diào)做進(jìn)一步準(zhǔn)備。為了跟蹤GPS信號(hào)，必須去掉C/A碼信息，因此跟蹤過程需要兩個(gè)環(huán)路來完成，一個(gè)跟蹤C(jī)/A碼；另一個(gè)環(huán)跟蹤載波頻率，主要由各類鎖相或鎖頻環(huán)來完成[7]。C/A碼鎖相環(huán)有3個(gè)輸出：超前碼、延時(shí)碼和即時(shí)碼。即時(shí)碼用于將輸入的數(shù)字信號(hào)中的C/A剝離掉，輸出是含有導(dǎo)航數(shù)據(jù)引起相位跳變的CW信號(hào)，并將其作為載波環(huán)的輸入。載波環(huán)的輸出信號(hào)是頻率為輸入信號(hào)的載頻CW信號(hào)，這個(gè)信號(hào)可用于剝離輸入信號(hào)中的載波信號(hào)，剝離后是一個(gè)只包含C/A碼而沒有載波的信號(hào)，這正好是碼環(huán)的輸入。本章小結(jié)自從軟件無線電這一概念被提出之后，就得到了全世界無線電領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。由于軟件無線電所具有的靈活性、開放性等特點(diǎn)，使其在無線通信中獲得了廣泛應(yīng)用。利用軟件無線電概念的設(shè)計(jì)GPS軟件接收機(jī)，繼承了軟件無線電系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，由軟件處理從射頻前端產(chǎn)生的中頻數(shù)字信號(hào)，實(shí)現(xiàn)GPS信號(hào)的捕獲、跟蹤及導(dǎo)航數(shù)據(jù)解調(diào)，完成了對(duì)當(dāng)前位置偽距信息的解算，并通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)定位導(dǎo)航?；贜MEA-0183碼的分析與研究GPS定位數(shù)據(jù)NMEA-0183碼的介紹NMEA協(xié)議是為了在不同類型的GPS導(dǎo)航設(shè)備中建立統(tǒng)一的BTCM（海事無線電技術(shù)委員會(huì)）標(biāo)準(zhǔn)，由美國國家海洋電子協(xié)會(huì)（NMEA-TheNationalMarineElectronicsAssociation）制定的GPS串口通訊協(xié)議。GPS接收機(jī)將用戶位置、速度，及當(dāng)前的相關(guān)衛(wèi)星數(shù)據(jù)以NMEA-0183協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范通過串口傳送到PC機(jī)，PDA等終端設(shè)備。NMEA-0183協(xié)議解決了不同品牌、不同型號(hào)的GPS接收機(jī)之間實(shí)現(xiàn)任意連接的接口問題。目前大多數(shù)常見的GPS接收機(jī)、GPS數(shù)據(jù)處理分析軟件、導(dǎo)航系統(tǒng)大多支持或至少兼容NMEA-0183協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。NMEA-0183協(xié)議對(duì)電器和數(shù)據(jù)規(guī)格都做了相應(yīng)的規(guī)定。在物理層，它要求通訊是建立在串口的基礎(chǔ)上的；在數(shù)據(jù)鏈路層，它規(guī)定了傳輸波特率為4800，數(shù)據(jù)位為8bit，無奇偶校驗(yàn)及握手信號(hào)，停止位為1bit；在應(yīng)用層，NMEA-0183碼是ASCII編碼的串行數(shù)據(jù)，由幀頭、幀尾和幀內(nèi)數(shù)據(jù)組成。它規(guī)定了每條信息幀都以“$”作為起始符號(hào)，接下來的5個(gè)字符決定了信息幀的類型構(gòu)成幀頭，其后的各個(gè)數(shù)據(jù)以“，”作為分隔符構(gòu)成幀內(nèi)數(shù)據(jù)，信息幀的最后一個(gè)數(shù)據(jù)緊接著“*”加上兩位的16進(jìn)制的校驗(yàn)和（Checksum）構(gòu)成幀尾，并以<CR><LF>結(jié)束此信息幀（見下圖）。根據(jù)本文所設(shè)計(jì)的GPS應(yīng)用軟件，下面著重介紹軟件所涉及到的相關(guān)數(shù)據(jù)幀格式。GGA——GPS定位信息(GlobalPositioningSystemFixedData)$GPGGA,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,M,<10>,M,<11>,<12>*hh<CR><LF>位置內(nèi)容描述<1>UTC時(shí)間hhmmss.sss(時(shí)分秒)<2>緯度ddmm.mmmm<3>緯度半球N（北緯）或S（南緯）<4>經(jīng)度ddmm.mmmm<5>經(jīng)度半球E（東經(jīng)）或W（西經(jīng)）<6>GPS狀態(tài)0=未定位，1=非差分定位，2=差分定位，6=正在估算<7>解算使用衛(wèi)星數(shù)00~12（0也將被傳輸）<8>HDOP水平精度因子<9>海拔高度米M單位<10>地球橢球面相對(duì)大地水準(zhǔn)面的高度米M單位<11>差分時(shí)間從最近一次接收到差分信號(hào)開始的秒數(shù)，如果不是差分定位將為空<12>差分站ID號(hào)0000~1023*hh校驗(yàn)和(Checksum)<CR><LF>信息傳輸結(jié)束GSA——當(dāng)前衛(wèi)星信息(GNSSDOPandActiveSatellites)$GPGSA,<1>,<2>,<3>,<3>,,,,,<3>,<3>,<3>,<4>,<5>,<6>*hh<CR><LF>位置內(nèi)容描述<1>模式M=手動(dòng)，A=自動(dòng)<2>定位類型1=沒有定位，2=2D定位，3=3D定位<3>通道1上衛(wèi)星PRN01~32用于解算的衛(wèi)星PRN<3>通道2上衛(wèi)星PRN01~32用于解算的衛(wèi)星PRN….….….<3>通道12上衛(wèi)星PRN01~32用于解算的衛(wèi)星PRN<4>PDOP位置精度因子（0.5~99.9）<5>HDOP水平精度因子（0.5~99.9）<6>VDOP垂直精度因子（0.5~99.9）*hh校驗(yàn)和(Checksum)<CR><LF>信息傳輸結(jié)束GSV——可見衛(wèi)星信息(GNSSSatellitesinView)$GPGSV,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,…,<4>,<5>,<6>,<7>*hh<CR><LF>位置內(nèi)容描述<1>GSV語句的總數(shù)1~3<2>當(dāng)前GSV語句數(shù)目1~3<3>顯示衛(wèi)星的總數(shù)目00~12<4>衛(wèi)星PRN通道1衛(wèi)星PRN（01~32）<5>衛(wèi)星仰角通道1衛(wèi)星仰角（0~90）<6>衛(wèi)星方位角通道1衛(wèi)星方位角（0~359）<7>信噪比SNR0~99，未跟蹤時(shí)為空….….….<4>衛(wèi)星PRN通道4衛(wèi)星PRN（01~32）<5>衛(wèi)星仰角通道4衛(wèi)星仰角（0~90）<6>衛(wèi)星方位角通道4衛(wèi)星方位角（0~359）<7>信噪比SNR0~99，未跟蹤時(shí)為空*hh校驗(yàn)和(Checksum)<CR><LF>信息傳輸結(jié)束RMC——推薦定位信息(RecommendedMinimumSpecificGNSSData)$GPRMC,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11>,<12>*hh<CR><LF>位置內(nèi)容描述<1>UTC時(shí)間hhmmss.sss<2>定位狀態(tài)A=有效定位，V=無效定位<3>緯度ddmm.mmmm<4>緯度半球N（北緯）或S（南緯）<5>經(jīng)度ddmm.mmmm<6>經(jīng)度半球E（東經(jīng)）或（西經(jīng)）<7>地表速度000.0~999.9節(jié)<8>地表航向000.0~359.9<9>UTC日期ddmmyy<10>磁偏角000.0~180.0<11>磁偏角方向E（東）或W（西）<12>模式指示A=自主定位，D=差分，E=估算，N=數(shù)據(jù)無效*hh校驗(yàn)和(Checksum)<CR><LF>信息傳輸結(jié)束ZDA——時(shí)間信息(SiRFTimingMessage)$GPZDA,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>*hh<CR><LF>位置內(nèi)容描述<1>UTC時(shí)間hhmmss.sss<2>日01~31<3>月01~12<4>年1980~2079<5>時(shí)區(qū)小時(shí)與UTC的偏量<6>時(shí)區(qū)分鐘與UTC的偏量*hh校驗(yàn)和(Checksum)<CR><LF>信息傳輸結(jié)束基于WINDOWSAPI的串口通信研究串行端口是一種非常重要的通信資源，它是CPU和串行設(shè)備間的編碼轉(zhuǎn)換器。當(dāng)數(shù)據(jù)從CPU經(jīng)過串口發(fā)送出去時(shí)，字節(jié)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行的位。在接收時(shí)，串行的位被轉(zhuǎn)換為字節(jié)數(shù)據(jù)。串行端口在傳輸方式上可分為3種：?jiǎn)喂ねㄐ拧腚p工通信和全雙工通信。在通信方式上又可分為同步通信方式和異步通信方式兩種。本文所設(shè)計(jì)的軟件傳輸通信方式是基于RS-232串行接口標(biāo)準(zhǔn)的全雙工異步通信方式。在Windows下開發(fā)串行通行程序的方法兩種：MSComm控件編程和WindowsAPI串口編程。由于利用WindowsAPI函數(shù)進(jìn)行串口程序設(shè)計(jì)時(shí)較前者具有更高的靈活性和可移植性，故本文中軟件應(yīng)用了這種通信方式。在Windows環(huán)境下，串口是系統(tǒng)資源的一部分，應(yīng)用程序要進(jìn)行串口通信，必須先向系統(tǒng)申請(qǐng)資源（打開串口），并在結(jié)束通信后釋放資源（關(guān)閉串口）。由于串口資源在Win32環(huán)境中是被作為文件來對(duì)待的，因此，在通信過程中，可將串口作為文件來處理，例如使用CreateFile，ReadFile函數(shù)分別來打開和讀取串口資源。[8]串口通信的實(shí)現(xiàn)大致有以下幾個(gè)過程。打開串口，初始化串口配置使用CreateFile函數(shù)打開指定串行端口(例如設(shè)定邏輯端口名稱為“COM1”)獲取串口句柄，并設(shè)定共享模式為獨(dú)占，訪問模式為讀寫，創(chuàng)建方式為打開已存串口，傳輸方式為異步。在獲取串口句柄后，設(shè)置輸入和輸出緩沖區(qū)的大小（本軟件中緩沖區(qū)大小為4096），超時(shí)信息（COMMTIMEOUTS結(jié)構(gòu)體初始化）及串口信息（串口設(shè)備控制塊DCB初始化）。針對(duì)NMEA-0183協(xié)議的相關(guān)規(guī)定，在這里對(duì)串口信息（串口設(shè)備控制塊DCB）中的相關(guān)變量進(jìn)行修改，將波特率（BaudRate）默認(rèn)值設(shè)定為4800，每字節(jié)位數(shù)（ByteSize）為8bit，無奇偶校驗(yàn)位，停止位為1bit。全局監(jiān)控串口事件建立全局的線程函數(shù)ThreadFunction(LPVOIDpParam)，用于檢測(cè)串口中的事件，一旦檢測(cè)到串口中有數(shù)據(jù)接受，將發(fā)送消息WM_COMMNOTIFY，調(diào)用OnCommNotify(WPARAMwParam,LPARAMlParam)消息處理函數(shù)接受數(shù)據(jù)。串口數(shù)據(jù)讀寫在進(jìn)入消息處理函數(shù)后，使用DWORDReadComm(char*buf,DWORDdwLength)來獲取串行數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)獲取通過文件讀操作ReadFile完成）。并針對(duì)獲取的串行數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，提取有用信息加以保存，為后續(xù)應(yīng)用服務(wù)。關(guān)閉串口，釋放資源禁止所有事件，關(guān)閉串口設(shè)備句柄。定位精度因子的分析隨著全球定位系統(tǒng)（GPS）的普及，定位導(dǎo)航所涉及的領(lǐng)域越來越多，用戶對(duì)于定位精度的要求也越來越高。影響定位精度的主要因素是偽距的測(cè)量誤差和已知衛(wèi)星位置的誤差。造成偽距測(cè)量誤差的因素很多，例如：電離層、對(duì)流層、多普勒頻移等。對(duì)這些因素的討論已經(jīng)比較成熟，它們只能在一定范圍內(nèi)降低偽距測(cè)量誤差，并不能從定位系統(tǒng)的體制上改善定位精度。因此，若要提高定位系統(tǒng)的定位精度，有必要衛(wèi)星位置關(guān)系所引起的誤差。定位精度衰減因子(GeometricDilutionofPrecision，GDOP)是一個(gè)反映衛(wèi)星之間相對(duì)位置關(guān)系對(duì)定位誤差影響大小的物理量。通過調(diào)整衛(wèi)星之間以及衛(wèi)星和用戶裝置的幾何位置關(guān)系，減小GDOP值，進(jìn)而從體制上降低定位誤差，在偽距測(cè)量誤差基本相同的情況下，提高定位精度[9]。GDOP包括位置、水平、垂向和時(shí)間精度衰減因子(PDOP、HDOP、VDOP和TDOP)四個(gè)參數(shù)，這5個(gè)DOP分別表示定位定時(shí)總誤差、位置誤差、水平位置誤差、垂直位置誤差和時(shí)鐘誤差對(duì)測(cè)距誤差的放大倍數(shù)，即：其中是的對(duì)角線元素，H是觀測(cè)矩陣。通過觀察以上5個(gè)公式，可以發(fā)現(xiàn)GDOP可以有PDOP和TDOP導(dǎo)出：衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)至少要有4顆衛(wèi)星來進(jìn)行定位計(jì)算，典型情況采用4星定位，此時(shí)GDOP還可表示為：式中是的伴隨矩陣，是用戶到衛(wèi)星的單位矢量末端四點(diǎn)聯(lián)成的四面體體積。隨著四面體體積V的增大，GDOP減小。．當(dāng)V達(dá)到最大時(shí)GDOP最小，由于正四面體的體積最大?？芍活w衛(wèi)星在用戶頭頂，另外三顆星在用戶與地面相切平面上的投影互成120°，衛(wèi)星仰角等于接收機(jī)屏蔽角，這四顆衛(wèi)星與用戶的相對(duì)幾何位置最佳[10]。在標(biāo)準(zhǔn)的NMEA-0183碼中可以獲取PDOP數(shù)據(jù)，但無法獲取TDOP數(shù)據(jù)。市面上的GPS接收機(jī)廠商中，GARMIN公司生產(chǎn)的接收機(jī)除了對(duì)NMEA-0183碼支持外，還有著一些GARMIN定義語句，如PGRME，PGRMF等。其中PGRMF中提供了對(duì)TDOP的描述：$PGRMF,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11>,<12>,<13>,<14>,<15>*hh<CR><LF>位置內(nèi)容描述<1>GPS周數(shù)0~1023<2>GPS秒數(shù)0~604799<3>UTC日期ddmmyy<4>UTC時(shí)間hhmmss<5>GPS秒跳數(shù)<6>緯度ddmm.mmmm<7>緯度半球N（北緯）或S（南緯）<8>經(jīng)度ddmm.mmmm<9>經(jīng)度半球E（東經(jīng)）或（西經(jīng)）<10>模式M=手動(dòng)，A=自動(dòng)<11>定位類型E（東）或W（西）<12>地面速率0~1851公里/小時(shí)<13>地面航向000~359<14>PDOP0~9<15>TDOP0~9*hh校驗(yàn)和(Checksum)<CR><LF>信息傳輸結(jié)束多通道信號(hào)的接收質(zhì)量分析通過讀取分析從串口發(fā)送來的NMEA-0183碼數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)接收機(jī)各通道中衛(wèi)星信號(hào)信噪比（SNR）的動(dòng)態(tài)顯示。其中GPGSA和GPGSV是實(shí)現(xiàn)該功能的相關(guān)數(shù)據(jù)幀。它們的數(shù)據(jù)格式在3.1中已有描述，下面通過實(shí)際截取的NMEA-0183碼來闡述如何實(shí)現(xiàn)多通道信號(hào)質(zhì)量的解讀。$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$GPGSV,3,3,12,22,04,176,,23,03,318,,05,00,049,,03,00,197,*72GPGSA的第3位到第14位表示用于解算的衛(wèi)星PRN，即被顯示PRN的衛(wèi)星已被接收機(jī)捕獲并跟蹤。故16、14、31、32、06這5顆衛(wèi)星已處于跟蹤狀態(tài)。GPGSV數(shù)據(jù)幀共有3行，通過解讀可知當(dāng)前天空中可用衛(wèi)星應(yīng)有12顆。幀內(nèi)數(shù)據(jù)包含了每個(gè)通道上衛(wèi)星的PRN及其對(duì)應(yīng)的信噪比（SNR）。如果信噪比位為空，則表示SNR為零，即未捕獲該衛(wèi)星。如果信噪比位有數(shù)據(jù)，但在GPGSA數(shù)據(jù)幀中未記錄該衛(wèi)星的PRN，則表示該衛(wèi)星信號(hào)僅處于捕獲狀態(tài)，未被跟蹤。由此可以得出當(dāng)前時(shí)刻接收機(jī)各通道信號(hào)的接收質(zhì)量分析（見下表）。通道衛(wèi)星PRN信噪比SNR捕獲狀態(tài)13134跟蹤21627跟蹤31422跟蹤43215跟蹤529未捕獲60625跟蹤720未捕獲83022捕獲922未捕獲1023未捕獲1105未捕獲1203未捕獲天空衛(wèi)星視圖的分析對(duì)于確定數(shù)據(jù)精確度和GPS穩(wěn)定性，衛(wèi)星的位置是非常重要的信息。GPS衛(wèi)星二十四小時(shí)在軌道上旋轉(zhuǎn)，它們?cè)谌我鈺r(shí)間，任意地點(diǎn)都至少有六顆被用戶觀測(cè)到，這樣就可以盡量減少接受盲點(diǎn)。衛(wèi)星的位置可以用天空視圖來表示，它是以衛(wèi)星相對(duì)于用戶當(dāng)前位置的仰角和方位角來定義的圓坐標(biāo)系。由圓心向外，仰角從90°遞減到0°。仰角表示衛(wèi)星與水平面的夾角，0°為水平，90°為“天頂”（即當(dāng)前位置的正上方）。方位角則以北極N為0°，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。這GPGSV數(shù)據(jù)幀中，可以獲取各通道中衛(wèi)星的仰角和方位角。以前文中所截取的NMEA-0183碼為例，各衛(wèi)星的仰角、方向角和狀態(tài)如下：衛(wèi)星PRN仰角方向角狀態(tài)31586跟蹤1649235跟蹤1447135跟蹤3237230跟蹤293270未捕獲631163跟蹤2019299未捕獲301745捕獲224176未捕獲233318未捕獲5049未捕獲3037未捕獲由以上數(shù)據(jù)可繪制當(dāng)前衛(wèi)星天空視圖（如下圖）。圖中，紅色表示該衛(wèi)星未捕獲，藍(lán)色表示衛(wèi)星處于捕獲狀態(tài)，綠色表示衛(wèi)星處于跟蹤狀態(tài)。相對(duì)位置移動(dòng)軌跡的跟蹤研究一旦有4顆以上的衛(wèi)星處于捕獲狀態(tài)，那么接收機(jī)就可以得出用戶的當(dāng)前地理位置，即經(jīng)度緯度信息。在實(shí)際應(yīng)用中，用戶經(jīng)常希望了解自己的行動(dòng)軌跡以及運(yùn)動(dòng)距離，這就需要將接收機(jī)所接受到的經(jīng)緯度信息加以整理，并以其中的某個(gè)時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)作為原點(diǎn)（用戶規(guī)定），將其他數(shù)據(jù)以該原點(diǎn)換算為相對(duì)坐標(biāo)（與原點(diǎn)經(jīng)緯度相減），即可在經(jīng)緯度坐標(biāo)系上得到用戶的相對(duì)位置移動(dòng)軌跡。下面為一段NMEA-0183碼數(shù)據(jù)（僅提取了GPGGA數(shù)據(jù)幀）：$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以第一幀的坐標(biāo)為原點(diǎn)可以得到相對(duì)位置坐標(biāo)（原點(diǎn)為東經(jīng)121.287664度，北緯31.169623度）。緯度經(jīng)度相對(duì)緯度相對(duì)經(jīng)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根據(jù)相對(duì)經(jīng)緯度信息，求得距離標(biāo)尺。以當(dāng)前圓的緯度計(jì)算地球緯度半徑：，式中為地球赤道半徑，為原點(diǎn)緯度。然后就可得到經(jīng)度方向上的距離尺度：，式中為相對(duì)經(jīng)度。如果固定了用戶位置，相對(duì)位置移動(dòng)軌跡就可以當(dāng)作對(duì)同一經(jīng)緯度的統(tǒng)計(jì)測(cè)量結(jié)果，即靜態(tài)位置偏移軌跡。它在一定程度上反映了GPS接收機(jī)的測(cè)量精度。通過統(tǒng)計(jì)運(yùn)算，可以分別求出測(cè)量經(jīng)度和緯度的期望和均方差，期望是對(duì)當(dāng)前位置經(jīng)緯度的最佳估計(jì)，而均方差可以體現(xiàn)GPS接收機(jī)的精度信息。本章小結(jié)在本章中，介紹了GPS接收機(jī)運(yùn)用最為廣泛的NMEA-0183協(xié)議。解讀NMEA-0183碼中的數(shù)據(jù)幀，可以對(duì)GPS信號(hào)進(jìn)行多種方式的研究。NMEA-0183協(xié)議是一種基于串口的傳輸協(xié)議，通過計(jì)算機(jī)配置與接收機(jī)之間的串口連接，是研究NMEA碼的基礎(chǔ)。而使用WindowsAPI是最為靈活、移植性最強(qiáng)的串口連接方式。NMEA碼給出了UTC時(shí)間、日期、用戶所在經(jīng)緯度、速度及可見衛(wèi)星PRN、仰角、方位角、信噪比等諸多信息數(shù)據(jù)。使用GARMIN接收機(jī)，除了能夠獲得標(biāo)準(zhǔn)NMEA碼數(shù)據(jù)幀，還可以從自身特有的數(shù)據(jù)幀中獲得時(shí)間精度因子（TDOP）等信息。這些數(shù)據(jù)在定位精度因子（GDOP）分析、衛(wèi)星天空視圖實(shí)現(xiàn)、多通道衛(wèi)星信號(hào)質(zhì)量分析及相對(duì)位置偏移軌跡跟蹤研究上都扮演這重要的角色。定位精度因子（GDOP）和靜態(tài)位置偏移軌跡都從側(cè)面反應(yīng)了GPS定位精度。靜態(tài)位置偏移軌跡直觀的給出了接收機(jī)對(duì)同一位置的統(tǒng)計(jì)測(cè)量結(jié)果，從統(tǒng)計(jì)點(diǎn)的方差給出了接收機(jī)的測(cè)量精度。而定位精度因子（GDOP）則從解算衛(wèi)星的幾何結(jié)構(gòu)上分析出當(dāng)前測(cè)量值的精度（可用性）。從總體上講，優(yōu)化用于解算的衛(wèi)星幾何結(jié)構(gòu)，可以降低定位精度因子（GDOP），提高每一次測(cè)量的定位精度，從而優(yōu)化GPS系統(tǒng)的整體定位精度，形成更精確的相對(duì)位置移動(dòng)軌跡信息，為用戶提供更為高效準(zhǔn)確的位置服務(wù)（LBS）。實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析基于NMEA-0183碼應(yīng)用軟件的程序?qū)崿F(xiàn)本文所設(shè)計(jì)的GPS應(yīng)用分析軟件除了要實(shí)現(xiàn)定位的基本功能外，還要實(shí)現(xiàn)第三章中所提及的各項(xiàng)數(shù)據(jù)分析功能以及NMEA-0183碼的儲(chǔ)存回放，所以在整體框架結(jié)構(gòu)上采用了SDMV單文檔多視圖（SingleDocumentMultiplyView)方式。其特點(diǎn)是利用唯一的文檔類對(duì)程序的所有公用數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理，并以多視圖的形式對(duì)文檔類中的數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化。這種方法在極大程度上保證了數(shù)據(jù)同步性，并簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程，只需要在數(shù)據(jù)改變處使用UpdateAllViews()函數(shù)，所有的視圖就會(huì)相應(yīng)的調(diào)用自身定義的OnUpdate()函數(shù)來完成數(shù)據(jù)更新。SDMV應(yīng)用程序本身是MFC的MDI應(yīng)用程序的擴(kuò)展型。他繼承了MDI中的應(yīng)用類CWinApp，主框架類MDIMainFrame和子框架類MDIChildFrame。不同之處SDMV在于文檔類CDocument唯一。在應(yīng)用類中，程序要為每一個(gè)子窗口以自身的子框架類和唯一的文檔類來建立模板，而在主框架類用要完成工具欄、菜單欄的創(chuàng)建。由于添加了NMEA碼的存儲(chǔ)及回放，軟件的在運(yùn)行中分為NormalMode、RecordMode和ReplayMode三種模式。NormalMode為一般模式，即不對(duì)NMEA碼進(jìn)行記錄；RecordMode為記錄模式，在對(duì)串口讀取NMEA碼的同時(shí)，對(duì)其進(jìn)行外部備份，存儲(chǔ)于NMEA0183.txt文件中；ReplayMode為回放模式，通過打開先前建立的外部存儲(chǔ)文件，獲取NMEA碼進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。軟件的總體數(shù)據(jù)流程圖如下所示：從上圖中，可以看出NormalMode和ReplayMode僅在數(shù)據(jù)來源上存在區(qū)別。軟件的重要環(huán)節(jié)在于數(shù)據(jù)更新系統(tǒng)，通過將NMEA0183碼中的有用數(shù)據(jù)（即第三章中所涉及的數(shù)據(jù)）提取出來后，存入文檔類中，通過SDMV的數(shù)據(jù)更新機(jī)制，更新子窗口中視圖顯示數(shù)據(jù)。六個(gè)子窗口分別實(shí)現(xiàn)了上圖中所示的數(shù)據(jù)分析功能，下面將對(duì)各子窗口的實(shí)現(xiàn)方式加以說明。DataView窗口的實(shí)現(xiàn)DataView子窗口用于顯示UTC時(shí)間、經(jīng)緯度、海拔、DOP、定位狀態(tài)及質(zhì)量等基本定位導(dǎo)航數(shù)據(jù)，采用CFormView類作為窗口的基類。由于顯示數(shù)據(jù)較多，使用列表視圖控件（ListControl）可以大大的減少工作量。在窗體初始化過程中，完成列表中的各數(shù)據(jù)的名稱的創(chuàng)建，再在數(shù)據(jù)更新過程中（OnUpdate()函數(shù)）通過調(diào)用GetDocument()函數(shù)讀取文檔中的相關(guān)公用數(shù)據(jù)，向列表中填寫。CDataView類框架圖如下：DataView窗體效果：NMEA窗口的實(shí)現(xiàn)NMEA窗口用來復(fù)現(xiàn)正在從串口接受或從外部文檔中讀取的NMEA碼以及當(dāng)前使用的串口名和波特率。同樣采用了CFormView類作為基類，數(shù)據(jù)顯示采用了編輯框控件（EditBox）。程序結(jié)構(gòu)上與DataView窗口大體一致。CGPSReceiverView類框架圖如下：NMEA窗體效果：SNR窗口的實(shí)現(xiàn)SNR窗口用于實(shí)現(xiàn)3.4中提到的多通道信號(hào)的接收質(zhì)量分析。以CFormView類作為基類，運(yùn)用進(jìn)度條控件TextProgressCtrl來實(shí)現(xiàn)信噪比的柱狀圖顯示。CSatelliteSNR類框架圖如下：SNR窗體效果：SkyView窗口的實(shí)現(xiàn)SkyView窗口用于實(shí)現(xiàn)3.5中提到的天空衛(wèi)星視圖的分析。本文中軟件是以基于MFC的OpenGL語言來實(shí)現(xiàn)圖形顯示的。由于OpenGL與MFCGDI繪圖的機(jī)制不同，所以在窗體初始化時(shí)首先要建立設(shè)備句柄（DeviceContext）到繪制環(huán)境（RenderingContext簡(jiǎn)稱RC）的映射，并將其設(shè)定為當(dāng)前RC。這將分為三個(gè)步驟：設(shè)置窗口像素格式；產(chǎn)生RC；設(shè)置為當(dāng)前RC。之后執(zhí)行OnDraw()函數(shù)實(shí)現(xiàn)顯示內(nèi)容的繪制。在數(shù)據(jù)更新時(shí)，OnUpdata()函數(shù)通過GetDocument()獲取文檔中更新的數(shù)據(jù)，并使用InvalidateRect(NULL,FALSE)函數(shù)調(diào)用OnDraw()完成新數(shù)據(jù)的重繪。CSkyView類框架圖如下：SkyView窗體效果：TrackingMap窗口的實(shí)現(xiàn)TrackingView窗口用于實(shí)現(xiàn)3.6相對(duì)位置移動(dòng)軌跡的跟蹤分析。和SkyView窗口一樣運(yùn)用了OpenGL語言進(jìn)行繪圖。此外，TrackingView窗口加入了設(shè)置選項(xiàng)，可在窗口上點(diǎn)擊右鍵進(jìn)行原點(diǎn)、顯示尺度的設(shè)置，開啟統(tǒng)計(jì)功能。CTrackingView類框架圖如下：TrackingMap窗體效果：CConfig類框架結(jié)構(gòu)圖如下：Config窗口效果：DOP窗口的實(shí)現(xiàn)DOPView窗口用于實(shí)現(xiàn)3.3定位精度因子的分析。為了對(duì)精度因子做橫向評(píng)估，實(shí)現(xiàn)在統(tǒng)一窗口多種DOP相對(duì)于時(shí)間的曲線函數(shù)繪制，窗口采用了TeeChart控件，通過調(diào)用TeeChart的功能函數(shù)plotDynamicLine()，在窗口上實(shí)現(xiàn)DOP數(shù)據(jù)相對(duì)于當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)的動(dòng)態(tài)曲線。CDOPView類框架圖如下：DOPView窗口效果：工具欄實(shí)現(xiàn)軟件提供的工具欄實(shí)現(xiàn)了各窗口的打開，串口設(shè)置及連接，數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和回放等基本功能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析試驗(yàn)中為了實(shí)現(xiàn)相對(duì)位置的軌跡跟蹤分析，希望GPS接收機(jī)能夠快速穩(wěn)定的捕獲跟蹤GPS衛(wèi)星信號(hào)，所以使用了Fastrax公司的itrax300GPS接收模塊。在試驗(yàn)中，我們對(duì)實(shí)時(shí)的NMEA-0183碼數(shù)據(jù)幀做了錄制，以供后期分析。接收機(jī)于2021年5月14日下午16：38：22開始實(shí)現(xiàn)定位，并獲得穩(wěn)定信號(hào)。以下為這一時(shí)刻的數(shù)據(jù)幀信息。$GPGGA,083822.000,3116.9612,N,12128.7573,E,1,04,1.7,3.0,M,8.1,M,,0000*60$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通過GPGSA幀可以看出已有4顆衛(wèi)星被系統(tǒng)跟蹤，用于偽距解算。上圖為這一時(shí)刻基本定位數(shù)據(jù)信息，其中UTC時(shí)間為格林尼治時(shí)間，與北京時(shí)間有著-8小時(shí)的時(shí)差。由于該接收機(jī)使用標(biāo)準(zhǔn)NMEA-0183碼，所以沒有PGRMF語句，無法測(cè)得TDOP信息。這一時(shí)刻的衛(wèi)星信號(hào)質(zhì)量及天空視圖為：16:38:22的多通道衛(wèi)星信號(hào)質(zhì)量16:38:22的天空衛(wèi)星視圖以這一時(shí)刻為相對(duì)位置跟蹤起點(diǎn)，考察接收機(jī)的定位能力。圖中的白點(diǎn)為但前位置，使用軟件的SetOrigin()功能，將該點(diǎn)作為跟蹤原點(diǎn)。以16：41：28作為第二個(gè)采集時(shí)間點(diǎn)，這一時(shí)刻的數(shù)據(jù)幀如下：$GPGGA,084128.000,3116.9936,N,12128.7904,E,1,05,2.3,9.2,M,8.1,M,,0000*6F$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基本定位數(shù)據(jù)信息為：此時(shí)有5顆衛(wèi)星的信號(hào)被用于跟蹤解算。衛(wèi)星的信號(hào)質(zhì)量及天空視圖如下：16:41:28的多通道衛(wèi)星信號(hào)質(zhì)量16:41:28的衛(wèi)星天空視圖實(shí)際試驗(yàn)中，我們的試驗(yàn)平臺(tái)先東行一段距離后向北轉(zhuǎn)彎，由于路面不平整，平臺(tái)處于較顛簸的狀態(tài)，故對(duì)定位精度存在一定影響。在跟蹤視圖中，記錄了從開始實(shí)現(xiàn)定位到此時(shí)的全部經(jīng)緯度信息?；九c我們的行進(jìn)路線一致。16:41:28時(shí)的位置跟蹤視圖軌跡跟蹤試驗(yàn)結(jié)束時(shí)為16:45:15，這一時(shí)刻的數(shù)據(jù)幀如下：$GPGGA,084515.000,3116.9285,N,12128.8410,E,1,06,1.4,10.6,M,8.1,M,,0000*5A$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