1. Курсовая работа по теме:
Разработка системы определения
местоположения на основе GPS.
Часть I.
Выполнил: студент Андреев Николай
Руководитель: к. ф.-м. н., доц, Тюкачев Н.А.

2. Введение
 Общее представление
 Актуальность проблемы
 Сравнительная характеристика с
подобными (GPS (приемник), “Вистар”)
 Архитектура проектируемой системы
• GPS как основа
• GPS приемник (OEM модуль)
• Сотовый телефон (поддержка java)

3. GPS: Строение системы
 Космический сегмент:
• 24 спутника
• 6 орбит, 55º к экватору
• 12 ч. период обращения
 Пользовательский
сегмент:
• сообщество пользователей
системы (GPS приемники)
 Сегмент управления:
• станции слежения
(коррекция параметров
орбит и часов спутников)

4. GPS: Сигналы спутника
 Формирование кодовых
последовательностей:
• Ленточный сдвиговой регистр
• C/A код = ( 10 бит. сдв. рег +
(10 бит. сдв. рег) mod 2
1023 бит, 1,023 МГц, 1 миллисекунда
• P код = сложный алгоритм; 10,23 МГц, 266 суток
 Структура и передача
• Опорный генератор (1,23 МГц)
• Умножение/деление частоты
• Несущие L1/L2 (1575/1227
МГц), PRN (C/A, P),навигационное
сообщение (50 Гц))
• Бифазовая модуляция

5. Постановка задачи
 Изучение GPS
 Нахождение модуля GPS
 Изучение его технических
параметров
 Протокол сопряжения
 Сопряжение с компьютером модуля
GPS
 Написание программного кода

6. GPS: Передаваемые данные
Структура данных:
 Навигационное сообщение
(12,5 мин) = 125 фреймов
 Фрейм 1500 бит (30 сек) =
5 подфеймов
 Подфрейм 300 бит = 10 слов
Информация:
 Альманах (каждые 12,5 мин)
 Эфемериды (50 сек)

7. GPS: Прием сигнала
 Задачи
• Выделение в потоке сигналов составляющие, относящиеся к
конкретным спутникам
• Разделение сигнала конкретного спутника на кодовую послед.,
навигационное сообщение и несущую
• Определение временного сдвига принятых сигналов по
отношение к опорным
 Решение
• Метод корреляционной обработки принятого и опорного
сигналов (перемножение сигналов коррелятором, коэффициент
корреляции k – степень “похожести”, выбор максимального
значения k). Получение временного сдвига между принятым и
опорным сигналами, по которому вычисляется псевдодальность
• Псевдорасстояние (снимается благодаря меткам времени)

8. GPS: Определение
местоположения
 Измерение задержки распространения
сигнала от спутника до приемника
 Расстояние = скорость света * задержка
 Получение информации о положении
спутника (эфемериды, альманах)
 Задействовано 4 спутника
 Расчет координат приемника (пересечение
4 сфер с центрами в спутниках)
Эфемериды (Кеплеровы параметры):
 а - большая полуось
 е - эксцентриситет
 i - наклонение к плоскости
 Ω - прямое восхождение узла орбиты
 w - аргумент перигея
 То - время прохождения спутником перигея

9. Элементы системы
 Выбор технических средств
(ACE III GPS модуль, сотовый
телефон)
 Условие сопряжения
(уровни сигналов устройств)
 Ценовая политика
 Необходимость тестирования

10. GPS модуль: Trimble ACE III
 Технические характеристики:
• Питание: +5 Вольт постоянного тока (±5%)
• Мощность: 0,88 Вт
• Резервный источник питания: +3,2В..+5В
• Выходной/входной сигналы и PPS (импульс в секунду): TTL уровня
• Протоколы: TSIP, TAIP, NMEA
 Рабочие характеристики:
• Общие: L1, код C/A, 8 каналов слежения,
32 коррелятора
• Част. обновления: 1 Гц -TSIP, TAIP, NMEA
• Точность DGPS: 2 метра, 0,05 м/с, ±95 нс.
 Миниатюрный размер, антенна
 Память (RAM, EEROM)

11. GPS модуль: Trimble ACE III
Режимы слежения: Захват спутников:
• Основной: “Холодный” старт
 3D  “Теплый” старт
 2D  “Горячий” старт
 Автоматический
• Дифференциальный: Маски спутников:
 Включен • Возвышение
 Выключен • SNR
 Автоматический • GDOP

12. GPS модуль: Trimble ACE III
Колодка сопряжения J4 : питание модуля ACE III GPS и входные/
выходные сигналы данных собраны в одну 8-контакную колодку
№ пина Сигнал Описание
1 TxD2 Порт 2, передача данных, уровень TTL
2 Осн. питание 5 Вольт постоянного тока (±5%)
3 TxD1 Порт 1, передача данных, уровень TTL
4 Доп. питание От 3,2 В до 5,25 В постоянного тока
5 RxD1 Порт 1, прием данных, уровень TTL
6 1PPS Импульс в секунду, уровень TTL
7 RxD2 Порт 2, прием данных, уровень TTL
8 GND Земля общая для питания и сигнала

13. Протокол TAIP
 Основан на таблице печатных символов ASCII
 Конфигурирует модуль
 Получение GPS данных:
• долгота, широта, высота (WGS-84)
• время (GPS, UTC)
• скорость
 Контрольная сумма
 Поддержка 16 команд (AL, PV, PR, PT и тп.)
 Формат TAIP сообщения:
>RPV15714+3739438-1220384601512612;ID=1234;*7F<

14. Сопряжение с компьютером
 Тестирование модуля (получение
данных)
 Сигнал TTL (5В) to COM (12В)
 Схема сопряжения (MAX232)
 Схема стабилизатора (LM 2575)
 Программный код

15. Заключение
Входе проектирования системы определения
местоположения изучено и разработано:
• Система GPS
• Компоненты разрабатываемой системы
• GPS модуль ACE III
• Протокол TAIP
• Сопряжение с PC
• Программный код
Что предстоит в дальнейшем