主题：【第六届原创】笔记本电脑上安装GPS通用位置测量芯片模块及其应用与性能评估

为了增加野外移动仪器设备工作的便利性，需要在仪器测量软件中实时加入位置信息，专门配置一套GPS系统的代价较高而且携带不便，想到GPS的功能归根到底只是一根天线加一块小尺寸芯片而已，于是决定将笔记本加装GPS模块，对GPS进行接口编程，并对其性能进行评估。

1、第一步，购买GPS芯片，花人民币1262元购买一个由台北Globalsat制造的ET-313 SiRF III型GPS芯片，上正反面图片如图01,02。



图01 购置gps芯片照片正面



图02 gps芯片背面安装板

2、将GPS固定在电脑主板上，并根据芯片的应用电路图(图03)接好与天线的射频接头与电源及通讯线缆，如图04所示。



图03 gps芯片的应用原理示意图



图04 gps芯片在笔记本电脑上的安装位置照片

3、开机，寻找新增GPS芯片的通讯接口(使用NI的visa工具)，并使用软件打开芯片接口(这里使用NI的labview)，分别如图05、06所示。



图05 gps模块的接口检索

图06 gps模块的接口通讯的软件实现图

4、分析芯片获得的原始数据，并将其根据通用gps格式转化成经度、纬度和海拔信息，这里主要使用GPGGA关键字，格式如 $GPGGA,161229.487,3723.2475,N,12158.3416,W,1,07,1.0,9.0,M,,,,0000*18，并完成GPS软件模块的程序编写，分别如图07、08所示。


图07 gps芯片原始数据格式分析


图08 自己编写的gps软件模块

5、设定程序，为了评估GPS精度，让笔记本保持静止不动的前提下，让其每隔10分钟取一个点，每点测量获取经度、纬度和海拔信息，一共采几千个点，连续运行月1个月之后，获得测量数据结果并进行分析，分析方法将经纬度合在一起做极坐标处理，海拔信息单独分析，其结果如图09、10所示。



图09 gps芯片的水平面内定位精度测量结果图



图10 gps芯片海拔信息定位精度测量结果图

6、性能分析小结，首先，通用GPS芯片的定位精度约为被测点为中心半径为100米的球形范围内。这是对GPS芯片后续应用所必须铭记的关键信息。其次，仔细分析图09，不难看出经度与纬度的测量精度差异明显，极坐标中点为长条形分布，而非圆形，具体看数据，后者约为100米，而前者则仅为50米，这可能与测量位置点的纬度有关。还有，仔细分析图10，海拔数据与测量时间呈一定规律的起伏，但又不是和日周期24小时相关，可能与可用定位卫星的个数以及其在轨道上的相对位置有关系，定位卫星近则精度较差。此外，分析gps上的时间数据，可用卫星数目一般在每天凌晨3点左右最多，同时，采数据的本地时间和gps上的时间呈现有规律的波动，二者时间差在早晨5点和下午14点左右差异最小，而其他时刻差异多超过两小时，如图11所示。



图11 gps定位性能随时间波动数据结果图