背景意義

隨著GPS定位的不斷髮展和普及，使用者對GPS定位精度的要求越來越高，單點的GPS定位精度在水平方向上只能達到幾十米的精度。在實際應用中往往不能滿足要求。差分GPS定位技術可以使定位精度達到米級甚至更高精度。購買現成的差分GPS裝置可以直接進行定位，但價格昂貴。利用普通的 GPS接收機和微控制器建立微控制器差分GPS定位系統可以有效提高定位精度，且具有裝置簡單 、造價低及使用靈活的特點，有重要的實際應用意義。
專案視訊

技術路線

設計方案

微控制器差分GPS定位系統的結構由參考站、資料通訊模組和移動站三個部分組成。由事先經過精確測量定位的參考站，計算衛星測量中緩慢變化的各種誤差分量

模組選取

為實現系統功能，我們本著效能穩定，成本較低的原則對幾個重要的模組進行了選取。

硬體設計

核心控制板電路

原理圖繪製

PCB佈線

焊接電路板

核心控制板實物

移動站包裝

為便於使用者使用提高美觀性我們將移動站進行了包裝，其外部包含LCD顯示屏，薄膜按鍵，狀態指示燈，JATG下載介面，天線外接介面。

軟體實現

參考站程式

參考站的主要作用是提供衛星偏差資料給移動站。
（1）GPS資訊解碼
（2）差分資料計算、傳送
（3）位置資訊的顯示

GPS解碼

$GPGGA,124105.00,3853.16302,N,11530.23581,E,1,05,1.37,59.3,M,-10.9,M,,*45
$GPGSA,A,3,09,17,23,28,12,,,,,,,,1.90,1.37,1.31*0B
$GPGSV,4,1,14,01,02,065,,02,21,260,,03,33,049,,06,63,286,*7D
$GPGLL,3853.16302,N,11530.23581,E,124105.00,A,A*6A

在$GPGGA語句中就包含了我們所需要的經度、緯度、高度等資訊。 為減輕微控制器接收資料壓力，我們可以通過U-blox公司的官方軟體u-center對GPS的波特率，輸出資料內容，輸出資料頻率進行修改。

差分資料計算和傳送

差分資料包含經度、緯度和海拔高度三個分量。均為雙精度浮點型變數，為保障其傳輸精度，我們將差分資料乘1000列印為字串並增加校驗位進行傳輸。

移動站程式

移動站是整個系統的功能站。
（1）GPS資訊解碼
（2）差分資料接收，定位資訊修正
（3）位置資訊的顯示（經緯度方式，座標軌跡方式）
（4）語音播報

差分資料接收定位

資訊修正差分資料的接收在串列埠終端中。

語音播報

語音模組通過串列埠傳送命令的方式觸發。傳送格式為7E FF 06 03 00 00 xx EF。其中xx為需要播報的語音段，按拷貝順序依次排列。

在時間播報和經度緯度海拔高度上都含有大量的浮點型數字。因此有必要編寫一個通用的轉換程式，將字元一位位轉換為對應的語音地址，但在轉換過程中又要考慮到個十百千萬的單位新增，中間連續零，末尾零等問題，避免出現“零百”、“零零”等現象。

效能測試

移動站功能測試

移動站主要功能有：
（1）差分定位功能
（2）經緯度顯示和直角座標顯示
（3）語音播報
（4）軌跡記錄
（5）測距功能

移動站定位精度測試

採用實驗室高精度GPS定位板卡BDM683三系統八頻高精度 OEM 板卡進行參考站準確座標的確定。其單點定位精度可達：平面1.5m，高程3.0m，RTK定位精度為：平面10mm+1ppm，高程15mm+1ppm。


將移動站分別放置到實現確定好的5個基準點，使用串列埠將移動站單點定位和差分定位的資料傳送電腦，進行記錄。為保障測試的有效性，每個點記錄約10分鐘。

D,   38.875495,  115.497905,   36.500000,   38.875762,  115.497553,   32.993300,   32.330055D,   38.875495,  115.497905,   36.500000,   38.875762,  115.497553,   32.993300,   32.330055D,   38.875495,  115.497905,   36.500000,   38.875762,  115.497553,   32.993300,   32.330055D,   38.875495,  115.497905,   36.600000,   38.875762,  115.497553,   33.093300,   32.330055D,   38.875495,,   

以第一個定位點為例：

原始資料提取。

利用MATLAB將1.TXT中的原始資料進行分析和提取，得到單點定位和差分定位的經度、緯度、高度資料

誤差分析。

水平誤差 水平誤差即測量出的座標值與準確值的水平間距。利用MATLAB中自帶的distance函式可以很方便的求出。
例如：errorx1(i)=distance(R(1),R(2),lat(i),lon(i),6378137);
垂直誤差 垂直誤差即為在海拔高度上測量值與準確值的差值。
測試點1的水平誤差和垂直誤差


5個測試點的定位水平誤差（保留兩位小數）

5個測試點的定位垂直誤差（保留兩位小數）

設計的的微控制器差分GPS定位系統
在水平方向定位誤差從平均43米，縮減到平均1.5米左右，提升了96％的精度。
在垂直方向上，雖然沒有水平方向上提升那麼明顯，但是也從9米左右提高到2.3米左右，提升定位精度73％。
在成本較低的前提下實現了定位精度數量級的提升，滿足系統的設計要求。

工作總結：

本文針對當前對於GPS定位對於在低成本條件下實現高精度定位的需求，設計了微控制器差分GPS系統。經過方案設計，模組選取，硬體製作，軟體編寫除錯等一系列過程將系統設計完成並實現了基本功能，測試結果表明，系統的定位精度滿足要求。實現了水平方向1.5m垂直方向2.3m的定位精度。
創新特色
1、利用微控制器和GPS組成差分定位系統，在一定程度上提高了定位精度。
2、體積小巧、攜帶方便、造價低廉。
3、配備語音LCD顯示屏按鍵等人機互動模組，功能多，使用十分方便。
4、預留外接串列埠，方便作為拓展模組配合其他系統使用。