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一种简易GPS定向仪的实现摘要 GPS以其高精度、全天候、掩盖、便利敏捷、隐藏性强等特点快速成为世界导航领域的，随着G PS 技 术与设备的普及，越来越多的领域使用了G PS 设备争论了G PS 设备在定向方面的应用，提出了一种简洁易行的定向仪的制作方法，并进行了阐述，可以以此为基础对姿势测定仪器进行了解 关键词：GPS;定向仪；姿势 1 引言 GPS 系统由多颗卫星组成，运行在受大气影响甚微的高轨道上，可以用来授时、测距、测量位置、测量运动载体的速度及方向如今GPS 接收设备的应用已经很广泛，但一般都是单个GPS 接收设备工作，只有在一些设备上才采纳多个GPS 接收设备协同工作，以猎取高精度的位置、速度、方向等但这些设备都很，价格昂贵，一般人很少有机会接触和使用本文中争论一种简洁易行，低成本的多GPS 接收设备协同工作，以猎取载体在运动状态中方向的定向仪的实现 2 GPS 定向 GPS 可以用来确定运动载体瞬时速度的大小及方向，其原理是利用多普勒原理使用无线电信号来进行测定由于卫星与运动的载体之间存在相对运动，依据多普勒频移原理，卫星播发的信号频率在运动载体接收时会产生频移，通过观测这个频移量可得到速度的数值及方向。

市面上常见的一般GPS 都支持NMEA 数据通讯协议，所谓“NMEA 协议”是由美国国家海洋电子协会（NMEA- The National Marine Electronics Association） 制定的一套通讯协议，是为了在不同的GPS 导航设备中建立统一的BTCM（海事无线电技术委员会）标准GPS 接收设备依据NMEA- 0183 协议的标准规范，将位置、速度等信息通过串口传送到PC 机、PDA 等设备 NMEA- 0183 协议定义的语句特别多，但是常用的或者说兼容性广的语句只有$GPGGA、$GPGSA、$GPGSV、$GPRMC、$GPVTG、$GPGLL 等，其中，我们只给出重点使用的常用NMEA- 0183 语句的字段定义解释： （1）$GPGGA:包含当前点位的位置信息 例：$GPGGA,092204.999,4250.5589,S,14718.5084,E,1,04,24.4,19.7,M,,,,0000*1F 字段0:$GPGGA,语句ID,表明该语句为Global PositioningSystemFix Data（GGA）GPS 定位信息 字段1:UTC 时间，hhmmss.sss,时分秒格式 字段2:纬度ddmm.mmmm,度分格式（前导位数不足则补0） 字段3:纬度N（北纬）或S（南纬） 字段4:经度dddmm.mmmm,度分格式（前导位数不足则补0） 字段5:经度E（东经）或W（西经） 字段6:GPS 状态，0= 未定位，1= 非差分定位，2= 差分定位，3= 无效PPS,6= 正在估算 字段7:正在使用的卫星数量（00 - 12）（前导位数不足则补0） 字段8:HDOP 水平精度因子（0.5 - 99.9） 字段9:海拔高度（- 9999.9 - 99999.9） 字段10:地球椭球面相对大地水准面的高度 字段11:差分时间（从近接收到差分信号开头的秒数，假如不是差分定位将为空） 字段12:差分站ID 号0000 - 1023 （前导位数不足则补0,假如不是差分定位将为空） 字段13:校验值 （2）$GPVTG:包含速度及方向信息 例：$GPVTG,89.68,T,,M,0.00,N,0.0,K*5F 字段0:$GPVTG,语句ID,表明该语句为Track MadeGood and Ground Speed（VTG）地面速度信息 字段1:运动角度，000 - 359,（前导位数不足则补0） 字段2:T= 真北参照系 字段3:运动角度，000 - 359,（前导位数不足则补0） 字段4:M= 磁北参照系 字段5:水平运动速度（0.00）（前导位数不足则补0） 字段6:N= 节，Knots 字段7:水平运动速度（0.00）（前导位数不足则补0） 字段8:K= 公里/ 时，km/h 字段9:校验值 本文中争论的定向仪就是使用上述信息来实现定向的，详细实现原理如下所述。

将两个GPS 接收设备安放在肯定长度的刚体上即可进行该刚体的定向，例如图1 中为了测定船载航行时窗体的航行而分别在船头和船尾放置了GPS 接收设备： 图1 定向仪的使用 当船体运动时，由于主GPS 设备与从GPS 设备都可以得到各自的速度大小及方向，所以可以求出船体的运动状态，如图2 所示，由于GPS 设备可以猎取A 点及B 点的瞬时速度及方向，而船体可以视为刚体，则可以得到与真北方向或者磁北方向的夹角α、β（可以选择真北也可以选择磁北，不过A、B两点要统一），将角度与方向分解在北向和东向上，叠加解算后即可得到船体的运动状态： 图2 船体运动状态的计算 3 GPS定向仪的实现 如图3 所示，GPS 定向仪由GPS 卫星信号接收天线、天线连接电缆、GPSOEM板卡、单片机组成，其中供电电源为12VDC 蓄电池： 图3 GPS定向仪硬件组成 其电路原理如图4 所示： 图4 电路原理 其中，A、B 两个GPS 设备把数据输出到CPU,CPU 通过软件计算出当前的姿势后实时的通过用户界面显示给用户。

4 结论 本文中争论的简易GPS 定向仪，不需要使用GPS 设备，而通过简洁易行的方法和解算即可得到载体的运动状态，当主从GPS 设备间的距离大于1 米后，精度会随着它们之间距离的增加而有所提高事实上，这个方法假如将GPS 设备升级为带有载波相位输出的GPS 测量设备，并且将主从GPS 设备间的距离作为已知条件进行静态高精度基线解算的话，可以把定向仪的精度明显的提升到设备的水准，与目前市面上的定向、定姿势设备的原理是相同的 6Word版本。