基于GPS OEM的GPS模拟器研究
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摘要
导航定位是船员必须具备的最基本的技能之一。而在船舶导航设备中，GPS以其能提供连续、高精度的船位，已经成为船上最重要的一种导航和定位的方法。
近年来，船舶操纵模拟器，已越来越成为履约培训的有效手段。那么，船舶模拟器的GPS模块，应具备哪些基本特点呢?与采用真实设备(GPS接收机)或采用一般的GPS模拟器进行培训不同的是，船舶模拟器中的GPS模块，应该与所模拟的船舶位置有关，能实现操作上的交互，能根据船舶位置变化提供合理的响应，且应能反映当前GPS系统的状况。
据此作者首先分析了GPS模拟器研制开发的意义，应具备的功能以及当前GPS模拟器的研究现状，然后通过对GPS卫星运动规律的研究，根据卫星轨道参数同船位无关的特性，利用GPS OEM板接收的导航电文，在大型船舶操纵模拟器的基础上，提出了基于GPS OEM的GPS模拟器的设计方案，并结合大型船舶模拟器实现了上述构想。本文同时对GPS模拟器研制涉及到的一些问题作了详细阐述。这些问题包括卫星导航数据的采集，卫星位置的求取，几何精度因子GDOP的计算，选星和GPS船位的计算，并描述了GPS模拟器的程序实现。
Navigation and positioning are basic abilities of seaman. GPS is the most important navigation and position equipment for its ability to provide the continuous and precise ship position.
In recent years, ship handling simulator play great role in the seaman training in fulfilling the convention. As far as the GPS module of ship handling simulator is concerned, what are the basic characteristics of it? Different from the training making use of real equipment (GPS receiver) or ordinary GPS simulator, the GPS module of the ship handling simulator must related to the position of the simulating ship, be able to provide the interaction with user and reasonable response according to the change of the ship position, futhermore, it must reflect the status of GPS system.
In the first, the paper analyses the significance of the research of GPS simulator, the function the simulator should have and the research status of the GPS simulator now,. Then it presents how to make use of the navigation and satellite informations GPS OEM received to develop the GPS simulator in the base of Ship-handling simulator according to the motion rule of satellite and the characteristic that the orbit parameters of satellite are independent of the ship's position ,and put forward the main framework of the simulator .At the same time ,it focus on the problems involved in the developing of GPS simulator ,which including the collection of satellite navigation data ,the calculation of the satellite position ,the calculation of GDOP satellite select and the calculation of GPS position of the ship. At last ,the paper present the application of GPS simulator in Visual C++.
近年来，船舶操纵模拟器，已越来越成为履约培训的有效手段。那么，船舶模拟器的GPS模块，应具备哪些基本特点呢?与采用真实设备(GPS接收机)或采用一般的GPS模拟器进行培训不同的是，船舶模拟器中的GPS模块，应该与所模拟的船舶位置有关，能实现操作上的交互，能根据船舶位置变化提供合理的响应，且应能反映当前GPS系统的状况。
据此作者首先分析了GPS模拟器研制开发的意义，应具备的功能以及当前GPS模拟器的研究现状，然后通过对GPS卫星运动规律的研究，根据卫星轨道参数同船位无关的特性，利用GPS OEM板接收的导航电文，在大型船舶操纵模拟器的基础上，提出了基于GPS OEM的GPS模拟器的设计方案，并结合大型船舶模拟器实现了上述构想。本文同时对GPS模拟器研制涉及到的一些问题作了详细阐述。这些问题包括卫星导航数据的采集，卫星位置的求取，几何精度因子GDOP的计算，选星和GPS船位的计算，并描述了GPS模拟器的程序实现。
Navigation and positioning are basic abilities of seaman. GPS is the most important navigation and position equipment for its ability to provide the continuous and precise ship position.
In recent years, ship handling simulator play great role in the seaman training in fulfilling the convention. As far as the GPS module of ship handling simulator is concerned, what are the basic characteristics of it? Different from the training making use of real equipment (GPS receiver) or ordinary GPS simulator, the GPS module of the ship handling simulator must related to the position of the simulating ship, be able to provide the interaction with user and reasonable response according to the change of the ship position, futhermore, it must reflect the status of GPS system.
In the first, the paper analyses the significance of the research of GPS simulator, the function the simulator should have and the research status of the GPS simulator now,. Then it presents how to make use of the navigation and satellite informations GPS OEM received to develop the GPS simulator in the base of Ship-handling simulator according to the motion rule of satellite and the characteristic that the orbit parameters of satellite are independent of the ship's position ,and put forward the main framework of the simulator .At the same time ,it focus on the problems involved in the developing of GPS simulator ,which including the collection of satellite navigation data ,the calculation of the satellite position ,the calculation of GDOP satellite select and the calculation of GPS position of the ship. At last ,the paper present the application of GPS simulator in Visual C++.
引文
【1】中华人民共和国港务监督局．1978年海员培训、发证和值班标准国际公约，第一版．1997年6月，中国科学技术出版社．
【2】The Ship Analytics International Maritime Simulation and Training Nowsletter, 1996, Volume 4
【3】NAVI TRAINER SENIOR PLUS USER MANUAL, Transas Marine(UK) Ltd., June, 1997.
【4】尹勇，金一丞，李志华．分布式航海仿真系统中的网络通讯．系统仿真学报，2000(11)：621～624．
【5】施朝健，王捷．舟山航海学校船桥模拟器及有关技术．上海海运学院学报，1996，17(1)：49～52．
【6】周卫兵．船舶操纵模拟器罗经测向的可行性研究，大连海事大学硕士论文，2003年3月
【7】DNV Standard for Certification of Maritime Simulator Systems(NEW), 1999
【8】周坤芳．GPS仿真导航训练软件的设计与开发 中国惯性技术学报，2002，Vol．10(No．3)，65-68
【9】辜振基．GPS操作模拟器的数模设计与编程 上海海运学院学报，1996，Vol．17(No．2)，101-107
【10】孙枫，宋福香．差分GPS的仿真研究 哈尔滨工程大学学报，1997，Vol 18(NO．1)，52-59
【11】金一丞，尹勇 STCW公约与航海模拟器的发展 大连海事大学学报，2002
【12】李智，徐东梅，解海中 “GPS卫星受摄运动模型研究”，全球定位系统，1999，Vol．24(No．1)，11-15
【13】刘大杰 全球定位系统(GPS)的原理与数据处理 第一版，1996，同济大学出版社，21—78
【14】Elliott D. Kaplan UNDERSTANDING GPS Principles and Applications U.S.A:Artech House, Inc. 2000
【15】李洪涛 GPS应用程序设计 第一版，2000，科学出版社，12-102
【16】余衡，王仲东 MSComm控件在开发GPS接收板串口通信程序中的应用 水电能源科学，2000，Vol．18(NO．4)，65-67
【17】郑玮，王解光 GPS卫星预报星历的解码及卫星预报 工程勘察 2000(3)，
54-55
【18】刘俊，张思东 GPS系统建模与仿真技术研究 系统仿真学报 2001，Vol．13(No．3)，329-330
【19】贾传荧，金一丞，东眆 船舶驾驶自动化基础 第一版，1990，大连海事大学出社，29-69
【20】宗振铎 一种简易而实用的GPS星座选择方法 导航 1987 (1)
【21】帅平 一种快速选择GPS卫星的方法及其应用 导航 2001，Vol．37(No．1)，41-44
【22】宗振铎，赵永忠 “GPS系统星座高度和方位对系统定位精度的影响”，导航 1985 (4)
【23】郭禹 航海学 第一版，1998，大连海事大学出版社，29-82
【24】崔杰，梁计春 Visual C6.0中串行通信控件在GPS接收信号中的应用 装甲兵工程学院学报，2001，Vol．15(NO．2)，55-59
【2】The Ship Analytics International Maritime Simulation and Training Nowsletter, 1996, Volume 4
【3】NAVI TRAINER SENIOR PLUS USER MANUAL, Transas Marine(UK) Ltd., June, 1997.
【4】尹勇，金一丞，李志华．分布式航海仿真系统中的网络通讯．系统仿真学报，2000(11)：621～624．
【5】施朝健，王捷．舟山航海学校船桥模拟器及有关技术．上海海运学院学报，1996，17(1)：49～52．
【6】周卫兵．船舶操纵模拟器罗经测向的可行性研究，大连海事大学硕士论文，2003年3月
【7】DNV Standard for Certification of Maritime Simulator Systems(NEW), 1999
【8】周坤芳．GPS仿真导航训练软件的设计与开发 中国惯性技术学报，2002，Vol．10(No．3)，65-68
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【16】余衡，王仲东 MSComm控件在开发GPS接收板串口通信程序中的应用 水电能源科学，2000，Vol．18(NO．4)，65-67
【17】郑玮，王解光 GPS卫星预报星历的解码及卫星预报 工程勘察 2000(3)，
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【20】宗振铎 一种简易而实用的GPS星座选择方法 导航 1987 (1)
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【22】宗振铎，赵永忠 “GPS系统星座高度和方位对系统定位精度的影响”，导航 1985 (4)
【23】郭禹 航海学 第一版，1998，大连海事大学出版社，29-82
【24】崔杰，梁计春 Visual C6.0中串行通信控件在GPS接收信号中的应用 装甲兵工程学院学报，2001，Vol．15(NO．2)，55-59