一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义

1、国外卫星导航定位系统发展状况

以美国GPS技术和俄罗斯的GLONASS为代表的卫星导航定位系统在世界范围内得到了广泛的认可与应用。尤其是美国为保持这一领域的垄断地位，一方面取消限制政策，一方面改进GPS系统性能（即GPS技术现代化：增加卫星数目，改变星座方案，增辟第二民用频率等），鼓励私营公司投资GPS事业，鼓励GPS导航定位系统成为国际标准。这一政策大大鼓舞了美国及世界各大公司发展GPS产业的信心，并推进了GPS应用和产业发展（据美国GPS产业协会推测，2000年仅美国GPS产业销售额由1995年的12.6亿美元猛增到近85亿美元）。除俄罗斯外欧盟等国也在相继发展各自的全球定位系统（筹划多年的欧洲伽俐略全球导航定位卫星计划终于在2001年4月5日举行的欧盟交通部长会上获得一致批准，标志着伽俐略计划的启动），自主开发定位系统产品，以便占有导航定位市场，掌握控制权。因此，卫星导航定位产业和竞争都将进入新的阶段。根据专家们预测其今后发展趋势有如下特点：

(1)卫星系统的更新与多个卫星定位系统共存将明显改善卫星导航定位的精度和可靠性，广泛性更为明显。

(2)双频高精度测地型接收机将继续高度垄断在几个技术领先的GPS厂家手中，在一定时期内美国继续保持其绝对优势

(3)单频测地型接收机和导航接收机OEM板产业将扩散到世界各地生产，虽是低档次的GPS产品，但用途广、用户多、市场大。美国把GPS单频OEM板的生产技术也转让出口，因而推动了世界各地企业投资GPS-OEM的生产事业。

(4)陆地导航定位产品将成为发展最快的GPS产业。

2、我国卫星导航定位系统发展状况

我国在卫星导航定位应用方面主要是以美国的GPS技术为代表。随着GPS技术的深入发展，历经十多年我国在应用与理论方面都得到了很大的发展。引进的GPS接收机主要应用于测绘、资源勘探等静态定位，成倍地提高了作业效率，为国家节约了大量经费，并在过去人迹罕至的高原、沙漠、海洋也获得了大量的定位成果，在国家制图、城乡建设开发、资源勘察等方面有了技术保障。尤其是2000年5月美国总统宣布取消"SA"政策后，在广大的普通用户中受益最大，可靠性和精度都得到了提高。

近几年来我国在应用GPS技术上所取得了一定的成绩：

(1)国家测绘局已完成了国家高精度GPS空间定位A、B级网，总参测绘局完成了全国一、二级GPS网，形成了我国具有厘米级精度的三维地心框架基础及我国大板块间的速度场模型；建立了我国GPS永久性跟踪站及数据处理中心，自1997年起就可发布我国GPS精密星历。

(2)中国地震局、总参测绘局和国家测绘局共同完成了高精度地壳运动监测网的建设，为监测板块运动和区域地壳形变奠定了基础。　３. 交通部门为船舶导航技术更新，在我国沿海建立10个差分台站，实现了近海精密GPS导航。

(3)科研院所、大专院校等成功地开展GPS动态监测系统在大坝、桥梁、高层建筑变形监测的应用；在全国完成了分布式广域差分科学实验，并建立了多种服务模式的GPS差分示范站，其中解决了包括通讯链路接口、数据处理软件、服务信息库管理等多种技术难点，为差分GPS技术应用推广做了有益有效的前期工作。

(4)众多国内外厂商介入国内市场，推出了车载GPS自主导航系统、GPS车辆监控与调度管理系统、便携式地理数据采集设备、国产GPS-RTK测量系统、星基差分定位系统、广域差分终端等，扩大了GPS技术应用。

(5)城市规划、设计部门将GPS技术广泛应用于城市建设测量、工程测量、交通设计与施工测量等。石油、地质部门利用GPS技术进行石油地质勘探以及地质灾害监测，取得了良好的社会和经济效益。

(6)为了缓解日渐拥挤的城市交通，利用GPS与通讯相结合用于车辆指挥调度，大大改善交通拥堵及交通事故的及时处理。如，北京、上海的交通管理部门均建立了GPS车辆指挥调度中心。此外，如警用车、急救车、运钞车、长途货运车等特种车辆都在尝试利用GPS进行监控指挥调度，这是对GPS技术的深层次开发应用的前奏。

由于GPS的全球性、全天候、高精度、实时等性能，在军事和民用的各个领域不断扩大和深入，我们已经逐步从引进、消化吸收阶段进入了现在的发展起步阶段。但是在实际中，还存在着很多问题，制约着我国GPS产业化的发展。

二、研究的基本内容，拟解决的主要问题

通过ATmega16单片机和GPS模块进行通信实现对当前时间、位置、速度、航向、海拔等数据的测量，同时采用了HMC5883三轴地磁传感器和ADXL345三轴加速度传感器实现电子罗盘的相关功能，最终能够在128*64显示屏上对测量的数据进行显示。在整个设计过程中需要解决的问题主要有以下几点：

1、 对ATmega16单片机的学习和使用；

2、 学习并熟练在单片机上进行C语言程序的编写和调试；

3、 完成对整个控制电路的设计与制作；

4、 和GPS模块、HMC5883三轴地磁传感器以及ADXL345三轴加速度传感器进行通信，并能将所需要的数据从中采集出来；

5、 学习128*64显示屏的使用，并能将所需的数据显示出来；

6、 寻找合适的算法，解决电子罗盘中倾角、外界磁场带来的误差影响，尽可能提高其精度；

三、研究步骤、方法及措施

1、搜集ATmega16单片机相关学习资料，学习如何使用ATmega16单片机和它的开发编译环境ICCAVR，并编写相关C语言程序以熟悉该单片机的使用和调试方法。然后查询相关单片机电路设计资料，尝试自行设计相关的控制电路，并制作实验电路进行相关实验验证。

2、搜集GPS模块、HMC5883三轴地磁传感器以及ADXL345三轴加速度传感器的相关资料，学习它们的使用方法并编写程序完成单片机和它们的通讯，接着在采集到的数据中将需要的数据提取出来。

3、搜集128*64的相关资料，学习它的使用方法，编写程序有单片机测试其显示功能，最终完成所有的显示需求。

4、将之前所有的单个测试程序整合到一起进行调试，初步完成程序的整体编写，并在实际电路上进行相关的调试，然后根据实际情况对电路和程序进行修改。

5、搜集相关的算法资料，对整个设计的难点如：电子罗盘的倾角补偿，磁偏角补偿等进行设计研究，以期找到合适的算法来提高设备的精度。

6、待前面所有工作完成后，整合所有程序和电路进行实际设备的调试和测试。

四、研究工作进度

第 1 ～ 4 周：搜集相关资料，进行前期的学习和准备。

第 5 ～ 8 周：设计方案，完成必要的实验准备。

第9 ～12 周：进行中后期的调试，并根据结果进行程序和电路的整改。

第13～16 周：撰写论文。

第17～18周：制作PPT答辩。

五、主要参考文献

[1] 黄声享,郭英起, 易庆林.GPS在测量工程中的应用 [M]. 北京:测绘出版社,2007

[2] 李明峰, 冯宝红.GPS定位技术及其应用 [M]. 北京:国防工业出版社,2006

[3] 魏二虎, 黄劲松.GPS测量操作与数据处理 [M]. 武汉:武汉大学出版社,2004

[4] 王惠南.GPS导航与原理应用 [M]. 北京:科学出版社,2003