1.1课题背景

全球定位系统，简称GPS(Global Positioning System)，是迄今为止技术上最为成熟的卫星定位技术，GPS自问世以来，在航空、航天、通信、科研等诸多的重要领域都已显示了其在导航、定位领域中的霸主地位，而许多领域也因为GPS的出现发生了革命性变化。在民用领域，GPS已经成为国际上八大无线高新技术产业。但是, 如果要开发各种GPS 应用系统, 如水上测绘系统、车辆导航系统等, 就需要实时从GPS 接收机中读取坐标、精度等信息, 以便作进一步的处理, 这就涉及到GPS 与计算机的联机通讯和信息提取问题。如何提取定位数据，对所提取的定位数据进行科学的分析是我们最终目的。由于GPS接收机与手持机之间的数据交换格式一般都由生产厂商缺省定制，其定义内容普通用户很难知晓，且不同品牌、不同型号的GPS接收机所配置的控制应用程序也因生产厂家的不同而不同。所以，对于通用GPS应用软件，需要一个统一格式的数据标准，以解决与任意一台GPS的接口问题。NMEA-0183数据标准就是解决这类问题的方案，也是目前使用最为广泛，最为优越的。所以通过对NMEA-0183协议的解析有助于我们对GPS定位信息数据的提取和分析。

1.2研究现状

NMEA-0183是以语句形式发送数据的，接收机可能发送很多类型的语句，而我们需要的可能只是某些语句中的几个字段。因此就需要对接收到的数据进行解析，取得所需的信息。

文献[1]文提出的动态定位精度测定方法, 可以对DGPS模块在单机模式、地面伪距差分模式和卫星差分模式下的定位精度进行测试和分析。本次测试的地面伪距差分定位精度优于卫星差分, 卫星差分定位精度优于单机定位.对于GARMINGPS15L和UbloxLEA-4S, 伪距差分定位相对单机定位, 定位精度可分别提高20%和87%.在视野狭窄地段, 无论单机定位、伪距差分定位还是卫星差分定位, 动态定位精度都受到一定影响,和视野开阔地段相比, 精度明显下降。文献[2]详细介绍了GPS 通用的NMEA-0183 数据标准, 并在VB 语言编写的函数的基础上, 说明了一种有效的NMEA-0183 信息处理方法和其中的注意事项。文献[3]通过对基于ASCII无地址格式与NEMA-0183格式实时数据流解析方法介绍与程序编写，实现了相关数据的提取，验证了上述解析方法的适用性。如果按照串口通信中用户层协议一般编制原则，其他类似数据格式的ASCII数据，就可以以NEMA-0183格式数据和基于ASCII码无地址格式数据为基础，按照需求目的，在原有代码基础上，稍作改动，就可获取所需测量信息。文献[4]通过利用VB.NET中的MSComm 控件实现了GPS接收机的串口通信，在实际应用中串口的属性均被封装在控件中，避免了程序的重复性，增强了程序的可读性。MSComm 控件大大简化了串口通信的编程，使计算机和GPS 接收机之间数据传输速度更快，效果较好。将编写的算法应用到基于PC 机的车载GPS 道路信息更新系统中，通过把GPS 接收机和便携式电脑的串口相连，可以快速获取GPS 定位导航信息，实验结果证明系统运行稳定、准确、简便、实时性强。文献[5]利用VisualC 6.0提供的MSComm控件, 采用CMSComm类的事件驱动方法在实现串行通信中具有编程简单、可视化强、使用稳定等优点, 使计算机和GPS-OEM接收机之间的数据传输更加快捷准确, 在利用GPS进行导航和定位系统中得到了广泛的应用。文献[6]介绍全球定位系统(GPS)的基本工作原理及其通常所采用的通信协议,在此基础上以GARMIN 公司出品的GPS15L芯片为例,采用Visual C 6.0 的MSComm 控件实现GPS#8212;OEM 与PC 机之间的串口( RS232) 通信, 实现GPS 定位信息的采集和提取。文献[7]重点研究GPS数据中的”$GPMRC数据帧格式, 可以利用VC 6.0的MCSomm 控件对串口通信中发送的GPS数据进行读取与解析, 能够实现对物体的准确定位与安全导航等功能。文献[8]通过利用MATLAB软件环境, 现场接收并实时处理海上地球物理调查过程中的GPS定位数据, 剔除原始数据中的跳点,处理定位误差。采用样条拟合对测线进行拟合光滑, 绘制各步处理结果的图形, 并将处理前后的航向、航速数据及由此计算出的Eotvos改正值绘制成的曲线进行比较。文献[9]在分析GPS数据格式的基础上, 探讨了利用MATLAB 7.0软件环境,实现计算机实时接收、处理GPSOEM 板NMEA-0183 输出信息的方法, 可见卫星的图形显示以及的程序实现。文献[10]采用VB与MATLAB混合编程，开发了一套集数据提取、数据处理、建模、仿真及比较功能于一体的实船数据处理、建模及仿真系统，利用”育鲲”轮试验数据对本系统进行测试，测试效果令人满意。系统界面美观，简捷易用，功能完备。文献[11]本文对基于GPS采集与处理系统的总体方案进行了研究，完成了系统硬件电路设计部分和系统软件的设计，实现了GPS数据采集，提取需要的定位信息以及定位信息的SD卡存储功能和Google earth定位结果的显示。通过对各个模块程序进行了仿真测试，各部分程序运行稳定，功能可靠，满足系统要求。并介绍了GPS测量误差的来源，详细分析了卡尔曼滤波理论及动态滤波理论的数学模型，对卡尔曼滤波算法进行了程序设计，通过MATLAB实现了对采集GPS数据进行了卡尔曼动态滤波仿真实验，实验结果表明卡尔曼动态滤波算法滤除了GPS测量数据噪声，有效的提高GPS数据的定位精度。文献[12]通过对GPSBD-2组合定位接收机的系统功能以及性能的测试，对定位输出数据分析结算，得到了相应的测试结果，验证了系统设计的可行性和准确性。文献[13]以DSP入门套件(DSK)作为数据平台以及仿真器作为仿真工具，通过CCS仿真环境对系统各硬件模块和软件程序进行调试和检验，实现了实时定位数据处理功能。进行了A-GPS辅助启动、无辅助冷启动及失锁重捕定位时间的测试和比较，并进行了静态和准动态下的系统实验，通过MATLAB软件对实验数据进行仿真并以计算圆概率半径分析了定位精度。文献[14]对接收机处于静态时的位置进行测量，并根据己经建立的坐标转换模型和时间转换模型，用MATLAB处理接收机接收到的导航数据，可以判断出其定位结果与仿真测试系统发出的信号是否一致。提出用双频计算方法测伪距，接收机使用第二频率测距，可以降低电离层引起的误差。文献[15]建立了卡尔曼动态滤波的系统模型和观测模型，采用TI公司生产的TMS320F28335 DSP芯片作为系统核心处理器，对系统软硬件进行了设计，主要实现了利用DSP串口接收GPS模块输出定位信息，解析提取所关心的信息，并将采集的GPS数据储存在大容量的SD卡中，通过对SD卡的读操作将定位信息发送到PC机上，同时将GPS数据包转换为KLM数据格式，并成功将定位数据导入Google earth中完成定位数据与Google地图的在线匹配，实现移动定位结果的实时显示。

1.3相关技术

由于GPS接收机与手持机之间的数据交换格式一般都由生产厂商缺省定制，其定义内容普通用户很难知晓，且不同品牌、不同型号的GPS接收机所配置的控制应用程序也因生产厂家的不同而不同。对于通用GPS应用软件，需要一个统一格式的数据标准，以解决与任意一台GPS的接口问题。NMEA协议是为了在不同的GPS导航设备中建立统一的RTCM(海事无线电技术委员会)标准，它最初是由美国国家海洋电子协会(NMEA#8212;The NationalMarine Electronics Association)制定的。NMEA协议有0180、0182和0183这3种，0183可以认为是前两种的升级，也是目前使用最为广泛的一种。

基于ASCII无地址格式与NEMA-0183格式实时数据流解析方法。

采用VB与MATLAB混合编程，开发了一套集数据提取、数据处理、建模、仿真及比较功能于一体的实船数据处理、建模及仿真系统，利用”育鲲”轮试验数据对本系统进行测试。

根据NMEA-0183协议的解析，提取解析字段中有效定位数据，通过串口获取GPS接收机实测数据，结合定位性能指标从定位数据精度、定位稳定性和冷热启动效率等方面确认GPS接收机性能优劣。