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N0315°4045°W90E225°S图3.5 天空视图坐标系135°
这GPGSV数据帧中，可以获取各通道中卫星的仰角和方位角。以前文中所截取的NMEA-0183码为例，各卫星的仰角、方向角和状态如下：
卫星PRN 31 16 14 32 29 6 20 30 22 23 5 3 仰角 58 49 47 37 32 31 19 17 4 3 0 0 方向角 6 235 135 230 70 163 299 45 176 318 49 37 状态 跟踪 跟踪 跟踪 跟踪 未捕获 跟踪 未捕获 捕获 未捕获 未捕获 未捕获 未捕获 由以上数据可绘制当前卫星天空视图（如下图）。
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图中，红色表示该卫星未捕获，蓝色表示卫星处于捕获状态，绿色表示卫星处于跟踪状态。
第六节 相对位置移动轨迹的跟踪研究
一旦有4颗以上的卫星处于捕获状态，那么接收机就可以得出用户的当前地理位置，即经度纬度信息。在实际应用中，用户经常希望了解自己的行动轨迹以及运动距离，这就需要将接收机所接受到的经纬度信息加以整理，并以其中的某个时间点的数据作为原点（用户规定），将其他数据以该原点换算为相对坐标（与原点经纬度相减），即可在经纬度坐标系上得到用户的相对位置移动轨迹。
下面为一段NMEA-0183码数据（仅提取了GPGGA数据帧）：
$GPGGA,115920.000,3116.9623,N,12128.7664,E,1,05,1.6,62.6,M,8.1,M,,0000*5B $GPGGA,115921.000,3116.9619,N,12128.7671,E,1,05,1.6,61.9,M,8.1,M,,0000*5B $GPGGA,115922.000,3116.9616,N,12128.7676,E,1,05,1.6,61.6,M,8.1,M,,0000*5F $GPGGA,115923.000,3116.9609,N,12128.7681,E,1,05,1.6,63.2,M,8.1,M,,0000*5E $GPGGA,115924.000,3116.9609,N,12128.7682,E,1,06,1.4,62.4,M,8.1,M,,0000*5C
以第一帧的坐标为原点可以得到相对位置坐标（原点为东经121.287664度，北纬31.169623度）。
纬度 N31.169623
经度 E121.287664 27
相对纬度 0.000000 相对经度 0.000000 中国科学技术大学毕业论文
N31.169619 N31.169616 N31.169609 N31.169609 E121.287671 E121.287676 E121.287681 E121.287682 -0.000004 -0.000007 -0.000014 -0.000014 0.000007 0.000012 0.000017 0.000018 根据相对经纬度信息，求得距离标尺。 以当前圆的纬度计算地球纬度半径：
R_Lat?R_Earth?cos(Origin_Latitude?)， 180?式中R_Earth为地球赤道半径，Origin_Latitude为原点纬度。 然后就可得到经度方向上的距离尺度：
X_Lon?R_Lat?(Longtitude_R?式中Longtitude_R为相对经度。
)，
180?如果固定了用户位置，相对位置移动轨迹就可以当作对同一经纬度的统计测量结果，即静态位置偏移轨迹。它在一定程度上反映了GPS接收机的测量精度。通过统计运算，可以分别求出测量经度和纬度的期望和均方差，期望是对当前位置经纬度的最佳估计，而均方差可以体现GPS接收机的精度信息。
第七节 本章小结
在本章中，介绍了GPS接收机运用最为广泛的NMEA-0183协议。解读NMEA-0183码中的数据帧，可以对GPS信号进行多种方式的研究。
NMEA-0183协议是一种基于串口的传输协议，通过计算机配置与接收机之间的串口连接，是研究NMEA码的基础。而使用Windows API是最为灵活、移植性最强的串口连接方式。
NMEA码给出了UTC时间、日期、用户所在经纬度、速度及可见卫星PRN、仰角、方位角、信噪比等诸多信息数据。使用GARMIN接收机，除了能够获得标准NMEA码数据帧，还可以从自身特有的数据帧中获得时间精度因子（TDOP）等信息。这些数据在定位精度因子（GDOP）分析、卫星天空视图实现、多通道卫星信号质量分析及相对位置偏移轨迹跟踪研究上都扮演这重要的角色。
定位精度因子（GDOP）和静态位置偏移轨迹都从侧面反应了GPS定位精度。静态位置偏移轨迹直观的给出了接收机对同一位置的统计测量结果，从统计
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点的方差给出了接收机的测量精度。而定位精度因子（GDOP）则从解算卫星的几何结构上分析出当前测量值的精度（可用性）。从总体上讲，优化用于解算的卫星几何结构，可以降低定位精度因子（GDOP），提高每一次测量的定位精度，从而优化GPS系统的整体定位精度，形成更精确的相对位置移动轨迹信息，为用户提供更为高效准确的位置服务（LBS）。
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第四章 实验与结果分析
第一节 基于NMEA-0183码应用软件的程序实现
本文所设计的GPS应用分析软件除了要实现定位的基本功能外，还要实现第三章中所提及的各项数据分析功能以及NMEA-0183码的储存回放，所以在整体框架结构上采用了SDMV单文档多视图（Single Document Multiply View)方式。其特点是利用唯一的文档类对程序的所有公用数据进行统一管理，并以多视图的形式对文档类中的数据进行可视化。这种方法在极大程度上保证了数据同步性，并简化了数据传输的过程，只需要在数据改变处使用UpdateAllViews()函数，所有的视图就会相应的调用自身定义的OnUpdate()函数来完成数据更新。
SDMV应用程序本身是MFC的MDI应用程序的扩展型。他继承了MDI中的应用类CWinApp，主框架类MDIMainFrame和子框架类MDIChildFrame。不同之处SDMV在于文档类CDocument唯一。在应用类中，程序要为每一个子窗口以自身的子框架类和唯一的文档类来建立模板，而在主框架类用要完成工具栏、菜单栏的创建。
由于添加了NMEA码的存储及回放，软件的在运行中分为NormalMode、RecordMode和ReplayMode三种模式。NormalMode为一般模式，即不对NMEA码进行记录；RecordMode为记录模式，在对串口读取NMEA码的同时，对其进行外部备份，存储于NMEA0183.txt文件中；ReplayMode为回放模式，通过打开先前建立的外部存储文件，获取NMEA码进行数据处理。
软件的总体数据流程图如下所示：
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