1 引言

　　GPS 系統由多顆衛星組成，運行在受大氣影響甚微的高軌道上，可以用來授時、測距、測量位置、測量運動載體的速度及方向。如今GPS 接收設備的應用已經很廣泛，但一般都是單個GPS 接收設備工作，只有在一些專業設備上才采用多個GPS 接收設備協同工作，以獲取高精度的位置、速度、方向等。但這些設備都很專業，價格昂貴，一般人很少有機會接觸和使用。本文中討論一種簡單易行，低成本的多GPS 接收設備協同工作，以獲取載體在運動狀態中方向的定向儀的實現。

　　2 GPS 定向

　　GPS 可以用來確定運動載體瞬時速度的大小及方向，其原理是利用多普勒原理使用無線電信號來進行測定。由于衛星與運動的載體之間存在相對運動，根據多普勒頻移原理，衛星播發的信號頻率在運動載體接收時會產生頻移，通過觀測這個頻移量可得到速度的數值及方向。

　　市面上常見的普通GPS 都支持NMEA 數據通訊協議，所謂“NMEA 協議”是由美國國家海洋電子協會（NMEA- The National Marine Electronics Association） 制定的一套通訊協議，是為了在不同的GPS 導航設備中建立統一的BTCM（海事無線電技術委員會）標準。GPS 接收設備根據NMEA- 0183 協議的標準規范，將位置、速度等信息通過串口傳送到PC 機、PDA 等設備。

　　NMEA- 0183 協議定義的語句非常多，但是常用的或者說兼容性最廣的語句只有$GPGGA、$GPGSA、$GPGSV、$GPRMC、$GPVTG、$GPGLL 等，其中，我們只給出重點使用的常用NMEA- 0183 語句的字段定義解釋：

　　（1）$GPGGA：包含當前點位的位置信息

　　例：$GPGGA，092204.999，4250.5589，S，14718.5084，E，1，04，24.4，19.7，M，，，，0000*1F

　　字段0：$GPGGA，語句ID，表明該語句為Global PositioningSystemFix Data（GGA）GPS 定位信息

　　字段1:UTC 時間，hhmmss.sss，時分秒格式

　　字段2：緯度ddmm.mmmm，度分格式（前導位數不足則補0）

　　字段3：緯度N（北緯）或S（南緯）

　　字段4：經度dddmm.mmmm，度分格式（前導位數不足則補0）

　　字段5：經度E（東經）或W（西經）

　　字段6:GPS 狀態，0= 未定位，1= 非差分定位，2= 差分定位，3= 無效PPS，6= 正在估算

　　字段7：正在使用的衛星數量（00 - 12）（前導位數不足則補0）

　　字段8:HDOP 水平精度因子（0.5 - 99.9）

　　字段9：海拔高度（- 9999.9 - 99999.9）

　　字段10：地球橢球面相對大地水準面的高度

　　字段11：差分時間（從最近一次接收到差分信號開始的秒數，如果不是差分定位將為空）

　　字段12：差分站ID 號0000 - 1023 （前導位數不足則補0，如果不是差分定位將為空）

　　字段13：校驗值

　　（2）$GPVTG：包含速度及方向信息

　　例：$GPVTG，89.68，T，，M，0.00，N，0.0，K*5F

　　字段0：$GPVTG，語句ID，表明該語句為Track MadeGood and Ground Speed（VTG）地面速度信息

　　字段1：運動角度，000 - 359，（前導位數不足則補0）

　　字段2:T= 真北參照系

　　字段3：運動角度，000 - 359，（前導位數不足則補0）

　　字段4:M= 磁北參照系

　　字段5：水平運動速度（0.00）（前導位數不足則補0）

　　字段6:N= 節，Knots

　　字段7：水平運動速度（0.00）（前導位數不足則補0）

　　字段8:K= 公里/ 時，km/h

　　字段9：校驗值