基于虚拟仪器技术的GPS信息采集系统的设计与试验研究.pdf

基于虚拟仪器技术的GPS信息采集系统的设计与试验研究摘要：针对采用本文编程语言开发GPS定位信息采集系统存在的问题，在分析NMEA-0183协议的基础上，探讨了GPS信息采集与解析的关键技术与方法，利用LabVIEW软件开发了基于虚拟仪器技术的GPS信号采集系统。本研究设计的GPS信息采集系统根据GPS设备与PC间串行通信的技术优势，使用LabVIEW软件实时采集GPS接收机输出的定位信息，并在电子地图上实时、准确和形象地显示出来。系统还可将采集到的原始数据进行保存用于后续进一步分析。实地试验表明，设计的GPS信息采集系统能够实时采集GPS定位信息并显示其运动轨迹。本设计对GPS应用系统开发等提供了参考，也可作为定位结果优化处理提供良好的数据源支持。关键词：虚拟仪器；GPS；LabVIEW；采集系统中图分类号：TP311.1文献标志码：A文章编号：1002-1302（2016）04-0415-04目前，已经投入运行的卫星导航定位系统有美国的全球定位系统（GPS）和俄罗斯的全球导航卫星系统（GLONASS），正在建设的有欧洲的全球卫星导航定位系统（GALILEO）和中国的北斗全球定位系统[1-2]。其中美国的GPS系统是迄今最成熟的导航定位系统，以GPS为代表的卫星导航应用产品逐渐成为现代社会信息来源的重要工具[3]。国际上广泛使用的GPS定位数据处理软件有：美国麻省理工学院（MIT）和加州大学圣地亚哥分校Scripps海洋研究所（SIO）研制的GAMIT/GLOBK，美国喷气推进实验室（JPL）研制的GIPSY/OASIS软件和瑞士BERNE大学研制的Bernese软件[4]。这些GPS数据处理软件的研发大多数是基于VC++等传统文本编程语言开发的，但采用传统文本编程语言开发需要熟练掌握复杂的编程语言，编程过程中需要考虑传统编程语言的许多句法细节，同时文本编程语言不够直观、易懂。GPS信息采集系统需要人机界面，而文本编程语言的人机界面开发功能并不十分强大，且相对较为复杂。虚拟仪器技术应用非常广泛，它充分利用现代计算机强大的数据处理能力，在计算机及其周边硬件的支持下，利用系统软件完成对数据的采集、控制、分析以及处理等多种功能[5-6]。目前最有影响力和发展前景的虚拟仪器编程语言是美国一家仪器（NI）公司设计的LabVIEW（LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench）和Labwindows/CVI（CforVirtualInstruments）。它被工业界、学术界和研究实验室广泛接受，被公认为是标准的数据采集和仪器控制软件[7]。LabVIEW作为一种开放型模块化的程序设计语言，采用G语言进行程序设计，充分体现出它在语言程序设计上的诸多优势，即具有功能强大的用户界面、使用图形编程方法来设计图形程序、使用数据流编程，具有可独立运行的应用程序、可充分提高用户的效率、节约大量的时间和金钱等，同时保证了程序的质量和运行速度[8-10]。本研究针对文本编程语言开发GPS信息采集系统存在的问题，选择LabVIEW作为编程语言，设计开发了基于虚拟仪器技术的GPS信息采集系统。1GPS数据采集与数据处理1.1GPS数据传送方式计算机通过串行接口（SerialInterface）与GPS设备进行通信。串行接口数据是一位一位地顺序进行传送，其特点是通信线路简单，只需要一对传输线就可以实现双向通信，从而大大降低了成本，特别适用于近距离通信。串口通信包括同步串行通信和异步串行通信2种最基本的方式。串行接口按电气标准及协议来区分包括一般电脑应用的RS-232（使用25针或9针连接器）和工业应用的半双工RS-485与全双工RS-422等。本系统采用异步串行通信方式，GPS数据终端设备（DTE）与计算机数据通信设备（DCE）之间利用RS-232接口进行数据交换。本系统的串口通信设计使用LabVIEW软件中提供的函数来实现。LabVIEW针对计算机标准的串行口提供了1组串行口通信子函数，用户可以非常方便地用来开发串口通信程序。本系统中LabVIEW串口程序如图1所示。图1中“VISA配置串口”函数用于按设定的波特率、数据位等参数将指定的串口初始化，“VISA读取”函数用于从串口缓存向程序中返回数据。当请求字节的数量等于或少于串口中待读取字节的数量，或者已经收到了终止符，或者在串口中没有可用的数据且在超时时间内没有收到数据时，该函数将停止读取串口数据。1.2GPS数据格式和数据采集GPS主机和控制终端之间的数据交换协议一般都由生产厂商自行约定，各厂商间互不相同。美国国家海洋电子协会NMEA（TheNationalMarineElectronicsAssociation）制定了NMEA协议，定义了不同海事电子设备