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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