GPS导航数据抽取的设计与研究

摘   要： 为解决盲用定位模块在嵌入式平台下实现的问题，根据串口通信同步方式实现Windows CE 5.0操作系统下GPS导航数据的提取，并对获得的数据提出一种格式转换的方法。以PXA270嵌入式系统平台实现系统原型，在有限硬件条件下验证了系统的功能及可行性。实验结果表明，该系统运行稳定，实验数据可靠有效，可以有效结合电子地图数据提取出周边的位置信息。

Windows CE作业系统是Windows家族中最新的成员，专门设计给掌上型电脑（HPCs）所使用的电脑环境。这样的作业系统可使完整的可携式技术与现有的Windows桌面技术整合工作。 Windows CE 被设计成针对小型设备（它是典型的拥有有限内存的无磁盘系统）的通用操作系统，

Windows CE 可以通过设计一层位于内核和硬件之间代码来用设定硬件平台，这即是众所周知的硬件抽象层（HAL）（在以前解释时，这被称为 OEMC （原始设备制造）适应层，即 OAL； 内核压缩层，即 KAL。 以免与微软的 Windows NT 操作系统 HAL 混淆） 。

Windows CE 是一个开放的、可裁剪的、32位实时嵌入式窗口操作系统，具有可靠性好、实时性高、内核体积小的特点，广泛应用于各种智能式设备的开发。系统通过微软提供的Platform Builder定制需要的Windows CE5.0系统，运行在硬件平台上。硬件平台采用博创科技PXA270实验箱，该实验箱嵌入式处理器是基于ARMV5E的Xscale核心PXA270，并支持串口通信。

GPS导航芯片采用天宝iQ 46240，将接收到的数据通过串口发送给处理器。串口是计算机系统与外部串行设备之间的数据传输通道，是嵌入式通信最可靠、最通用的通信方式。程序员利用Windows API函数可以编写出高效、可移植性的应用程序。Windows CE不支持Windows下常用的串行通信异步I/O方式（Overlapped,非阻塞），因此在嵌入式环境下采用了同步I/O方式的通信程序设计方法。

实验设计根据GPS导航数据有效性确认的标准，对提取的数据进行处理，把缓存中接收到的GPS数据格式转化为电子地图上常用的浮点型格式。此设计已应用于智能阅读器盲用定位模块中。

1 串口通信同步I/O方式的程序设计

串口通信是串行通信的一种，串行通信的模式一般分为上位机和下位机通信。上位机可以读取下位机的状态数据，也可以设置下位机的状态。一般串行通信协议可分为两类，即读和写。

串口通信的概念非常简单，串口按位（bit）发送和接收字节。尽管比按字节（byte）的并行通信慢，但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。它很简单并且能够实现远距离通信。比如IEEE488定义并行通行状态时，规定设备线总长不得超过20米，并且任意两个设备间的长度不得超过2米；而对于串口而言，长度可达1200米。典型地，串口用于ASCII码字符的传输。通信使用3根线完成：（1）地线，（2）发送，（3）接收。由于串口通信是异步的，端口能够在一根线上发送数据同时在另一根线上接收数据。其他线用于握手，但是不是必须的。串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验。

在实验设计中，GPS接收装置作为下位机只负责提供固定格式的数据，实验箱作为上位机不必发送指令，只负责定时读取GPS接收装置发送的数据。即可以简化通信协议，提高工作效率。

1.1 设计开发环境

在Windows NT/ME环境下安装eVC4.0编程环境，设置顺序如下：

（1）安装同步软件Microsoft AcTIveSync 4.0；

（2）安装eVC4.0；

（3）利用PB（Platform Builder5.0）定制Wince系统对应的SDK并安装；

（4）利用PB将定制的wince系统下载到实验箱上，并与PC机同步[2]。

1.2 同步I/O方式读取的设计方法

为完成串口通信同步I/O方式程序设计，分为三个部分，每个部分有一个函数完成其对应的功能[3]。函数原型为：

　　ONOpenCom（）；                                          //打开并设置串口

　　ReadThreadFunc（LPVOID lparam）；          //串口接收线程

　　OnSeriesRead（CWnd *pWnd, BYTE *buf, int bufLen）；

　　//串口接收数据成功回调函数

其主要功能是能够捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星，并跟踪这些卫星的运行。当接收机捕获到跟踪的卫星信号后，就可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率，解调出卫星轨道参数等数据。根据这些数据，接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算，计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息。接收机硬件和机内软件以及GPS 数据的后处理软件包构成完整的GPS 用户设备。

xi,yi，zi（i=1，2，3，4）分别代表卫星1、2、3、4在t时刻的空间直角坐标，可由卫星导航电文求得，Vti代表卫星钟差，Vt0为接收机的钟差。

由以上4个方程式可计算出待测点的坐标x、y、z和接收机的钟差Vt0。因此导航数据能够有效计算必须保证接收到4个卫星的星历。对固定格式的导航电码中提取卫星符号进行确认，通常，3颗卫星可以在二维平面上得到经度纬度坐标，为精确起见，4颗卫星可以保证获得三维空间坐标。

2.2 有效数据提取和数据格式转化

有效数据的提取和数据格式转化都是在回调函数中进行的[5]。eVC支持CString类型格式，由于定位信息格式固定，本文先利用mbstowcs函数将缓存中的字符型数据转换为宽字符型，然后强制转化为字符串类型。

　　WCHAR wszbuf[512];

　　mbstowcs（wszbuf,（char*）buf,strlen（（char*）buf））；字符串类型进行处理，然后利用Find函数，搜索"$GPGGA",

　　strRecv.Find（_T（"$GPGGA"），1）；

　　state=strRecv.Mid（pos+37,1）；

　　得到GPS 质量指示指标

　　strSatelliteNum=strRecv.Mid（pos+39,1） ;

　　int iSatelliteNum=atoi（（LPSTR）（LPCTSTR）strSatelliteNum）；

当iSatelliteNum>3&& state = =‘1’时说明接收到的是有效数据，可对strRecv中的数据进行提取，并赋给经纬度和时间变量。

　　strLatitude =strRecv.Mid（pos+16,8）；

　　strLongitude=strRecv. Mid（pos+27,9）；

　　double Longitude_new = （atof（strLongitude））/100;

这样将经度纬度信息提取到GPS结构数组中，后续的处理和高层决策可根据该结构中存储的数据作出相应的处理。

3 程序运行结果分析

结果分析，可知通过串口在不同时段接收的数据是比较稳定的，能够以此为基础提取到有效的数据和定位信息，本系统结合超图格式（pwr，pmw）的北京市公交站点地图数据，在编写程序时调用超图接口函数打开电子地图数据，将串口接收到的数据读入，得到附近的公交站点并以文本方式输出到界面。

本文结合相关程序代码陈述了基于eVC环境下串口通信程序的设计，对GPS全球定位系统定位信息的接收和数据提取进行了详细的分析和讨论。主要解决了EVC编程环境下实现串口通信功能、对GPS定位信息的提取和处理的问题。实验对wince5.0自定义平台下开发GPS接收装置给出了代码样例供参考，并已应用于智能阅读器项目中盲用定位模块。