北斗卫星定位系统的研究Word文件下载.docx
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2016年6月24日
北斗定位系统研究
摘要
全球卫星导航系统已经成为重要的信息产业之一，越来越多的国家注意到其巨大的潜在价值。
并成为衡量一个国家综合实力强弱的工具，成为各国研究的重点。
本设计主要对基于STC89C52单片机的北斗定位接收机的软硬件系统展开了研究。
首先，研究了北斗导航系统的发展现状、原理和特点；
其次，选用和芯星通的UM220-ⅢN芯片为北斗模块的核心芯片；
然后，研究了接收机芯片的工作原理和特征，确定了北斗导航接收机的硬件和软件整体方案；
最后，在此方案的基础上进行了软硬件的调试。
本次设计的接收机首先通过北斗模块接收定位信息，然后发送给单片机进行信息处理，最终在显示模块显示且在语音模块播报。
本设计所做的北斗导航接收机实现了精准定位。
可以用LCD12864显示经纬度、速度、时间、日期，并且用YS-M3语音播报模块播放经纬度。
关键词卫星定位系统；
北斗；
STC89C52；
UM220-ⅢN芯片
TheResearchofBeidouPositioningSystem
Abstract
Theglobalsatellitenavigationsystemhasbeeoneoftheimportantinformationindustry.Moreandmorecountriespayattentiontoitshugepotentialvalue.Ithasbeethetooltomeasureanation'
sprehensivestrength,andafocusofresearch.
Inthisdesign,thehardwareandsoftwaresystemoftheBeidoupositioningreceiverbasedonSTC89C52singlechipmicroputerisstudied.Firstly,thepaperstudiesthedevelopment,principleandcharacteristicoftheBeidounavigationsystem;
secondly,choosetheHeXinXingTongUM220-IIINchipasthecorechipofBeidoumodule;
then,studytheworkingprincipleandcharacteristicsofthereceiverchip,determinetheBeidounavigationreceiverhardwareandsoftwareoftheoverallprogram;
finally,onthebasisofthisschemewerethedebuggingofthehardwareandsoftware.ThedesignofthereceiverfirstthroughtheBeidoumoduletoreceivepositioninginformation,andthensenttothemicrocontrollerforinformationprocessing,andfinallyinthedisplaymoduledisplayandbroadcastinthevoicemodule.
ThisdesignfortheBeidounavigationreceiverhasrealizedtheaccuratepositioning.ItcanbeusedLCD12864displaylatitudeandlongitude,speed,time,date,andwithYS-M3speechmoduleplaythelatitudeandlongitude.
KeywordsSatellitepositioningsystem;
Beidou;
STC89C52;
UM220-ⅢNchip
第1章绪论
1.1课题研究背景及意义
全球导航卫星系统（GlobalNavigationSateliteSystem,GNSS）是一种为人们提供全球、全时段高精度定位导航信息的卫星系统。
作为一个国家的基础设施，GNSS标志着一个国家的综合实力，是保障国家安全、提高人民幸福指数的重要设施。
众所周知，20世纪70年代以来。
以美国和苏联为首的各国认识到太空资源的重要性，相继启动各自的卫星导航计划。
为紧随经济和科技迅速发展的步伐，我国于1980年开始创立一个独立的北斗卫星导航系统。
2003年，随着将第三颗北斗卫星顺利送入太空，我国组建了完整的卫星导航定位系统，可以确保全天候、全天时提供卫星导航通信信息。
标志着继美国和前苏联后，我国成为世界上第三个建立了完善卫星导航系统的国家。
改变了我国长期缺少高精度、实时定位的局面，填补了我国卫星导航定位系统的领域空白[1]。
1.2国内外发展现状
1.2.1国外发展现状
目前，世界上已建成的全球卫星导航体系有美国的“全球定位系统”（GPS）和俄罗斯的“格洛纳斯”（GLONASS）系统。
而欧洲也正在抓紧建设“伽利略”（Galileo）系统[2]。
1995年4月27日，美国成功实现了GPS系统的完全组网运行。
在空间部分，GPS的星座由24颗卫星组成，这24颗卫星等距地分布在6个近圆轨道上，每个轨道上有4颗卫星。
接收部分由1个主控站和5个监控站组成。
用户在同一时刻精准计算4颗卫星信号的传播时间，可得到高精度的三维定位数据。
现役的第二代GPS卫星增加了星钟、星间链路和自主导航三大功能，大大增强了GPS的导航精度、GPS系统的生存能力。
1995年12月，俄罗斯（前苏联）的GLONASS卫星定位系统落成。
但由于美国压制和后期资金紧缺，补网卫星没有及时发射，系统还满足不了导航和定位的要求。
GLONASS系统由24颗卫星组成，散布在三个轨道上。
GLONASS系统的民用标准定位精度是50m。
伽利略卫星导航系统（Galileo）是由欧盟牵头开发的全球卫星导航体系。
该体系内共有30颗卫星，包括27颗运行星，3颗备用星。
2014年8月，随着第二批的一颗卫星成功进入预定轨道，太空中已有6颗正式的伽利略卫星，可初步施展地面定位的作用。
Galileo系统与GPS系统、GLONASS系统相兼容的全球定位系统。
它吸收了GPS的经验，具有很多优点。
Galileo系统实施了三载波模糊度解算技术（Three-carrierAmbiguityResolution,TCAR），较好地处理了加密、密钥和拒用三者的关系。
该系统定位精度10m，定时精度33ns[3]。
当今，卫星导航系统正在向多系统组合导航和差分导航方向发展。
卫星导航定位技术与惯性导航技术、无线电导航技术相结合，并且即将应用数字化铯钟技术。
这对我国北斗导航系统提出了更严格的要求和更新的挑战。
1.2.2国内发展现状
中国北斗卫星导航系统（BeiDouNavigationSatelliteSystem,BDS）由空间段、地面段和用户段三部分构成。
目前为止，中国已成功发射22颗北斗导航卫星。
已成功覆盖亚太大部分地区，具备区域无源导航服务能力。
预计2020年前后，北斗导航系统将形成全球无源服务能力。
随着我国综合实力水平的提高，“北斗”产品越来越多地在工业制造、军用领域、生活服务领域发挥着不可替代的作用。
北斗定位系统在陆地上的开发应用方面具有极其重要的地位，体现在诸多方面，如：
车辆行驶状态监测和导航；
旅游景点导航；
应急车辆最快路线引导；
大气物理观测；
工程建设的施工测算；
板内运动状态和地壳形变测量；
智能火车网建设；
智能放牧；
气象监测等[4]。
北斗定位系统在海洋方面有着同样重要的作用，例如：
提供远洋船只的定位；
计算最短航程，提高运输安全和效率；
远洋船队在航行中的实时调度和检测；
提供两船之间、船与陆地的短报文通信；
海洋救援的搜救和定点测量；
海底管道铺设测量；
水文监测等。
2014年11月23日，国际海事组织海上安全委员会审议通过了对北斗卫星导航系统认可的航行安全通函，这标志着北斗卫星导航系统正式成为全球无线电导航系统的组成部分，取得面向海事应用的国际合法地位[5]。
北斗定位系统在航空方面的应用主要体现在：
民航飞机的自主导航；
飞机精密着陆；
飞机空中加油等。
北斗系统已经在我国许多领域发挥着重要作用。
利用这套系统，最基本的就是接收北斗系统发出的信号并能够实时输出显示。
输出的信息包括定位地点的经纬度、天线高程、UTC（协调世界时）时间、地面速度、日期、时间、卫星个数等。
由于北斗系统发展时间较短，与GPS和GLONASS系统在精度方面有一些差距。
但相信北斗卫星系统在未来会大放异彩。
1.3本课题主要研究内容
本设计采用STC89C52单片机为核心，研究北斗卫星工作原理，读取北斗卫星导航模块的标准数据，在LCD12864屏幕上显示当前的经纬度、日期、时间和速度信息，并且使用语音模块播报经纬度。
能够正确画出系统原理图，并且能够正确调试电路，最终完成导航系统的实物制作，为今后开发北斗卫星导航仪打下基础。
第2章北斗定位系统
2.1北斗定位系统概述
北斗卫星导航定位系统是中国正在努力实施的自主研发、独立运行的全球卫星导航定位系统。
系统建设目标是：
建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠的覆盖全球的北斗卫星导航系统。
促进卫星产业链形成，具有完善的国家卫星导航系统。
2.1.1北斗定位系统组成
北斗卫星导航定位系统由空间段、地面段和用户段三部分构成。
空间段包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星。
地球静止轨道卫星分别位于58.75º
E、80º
E、110.5º
E、140º
E和160º
E。
非静止轨道卫星由3颗倾斜同步轨道卫星和27颗中圆轨道卫星组成[5]。
地面段包括主控站、注入站和监控站等若干个地面站。
主控站主要作用是收集每个监测站的观测数据，分析数据，生成卫星导航电文和差分完好性信息，完成任务规划与调度，实现系统运行与控制等。
注入站主要任务是在主控站的统一调度下，完成卫星导航电文、差分完好性信息注入和有效载荷的控制管理。
监测站接收卫星信号，发送给主控站，实现对卫星的跟踪、监测，为卫星轨道确定和时间同步提供观测资料。
用户段包含北斗系统用户终端以及与其他卫星导航系统兼容的终端。
北斗卫星导航系统采用卫星无线电测定（RadioDeterminationSatelliteService,RDSS）与卫星无线电导航（RNSS）集成体制。
既能像GPS一样，为用户提供卫星无线电定位服务，又具有位置报告及短报文通信功能。
2.1.2北斗定位系统的定位原理
目前，国际上三大定位系统GPS、GLONASS、Galileo和北斗卫星导航系统的定位原理都是相同的，均是采用三球交会的几何原理来实现定位。
用户接收机在同一时刻接收两颗及以上卫星信息，计算出接收机至两颗卫星的距离，解算出卫星的空间坐标，再利用距离交会法解算出用户接收机的位置。
具体流程如下：
1.用户测量出接收机到三颗卫星的距离；
2.卫星的位置精确已知，通过电文播发给用户；
3.以卫星为球心，距离为半径画球面；
4.三个球面交得两个点，根据地理常识排除一个不合理点即得用户位置。
如图2-1所示。
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