1、基于QT的GPS导航毕业设计论文答辩 精品毕业设计设计题目名称：基于QT的GPS导航学 生 姓 名：专业名称：软件技术班 级：软件10-2学 制：3学 号：学历层次：专 科指导教师：评 阅 人：论文（设计）提交日期： 2013 年 6月 14日论文（设计）答辩日期： 2013 年 6月 18日 毕业设计成绩评定书 专业、班级 软件10-2 姓名 # 日期 2013-06-18 1、设计题目 基于QT的GPS导航 2、设计指导教师（签名） 3、设计评阅人（签名） 评阅日期 4、评定意见及成绩 年 月 日# # # # 职业技术学院 毕业设计（论文）成绩评定表所学专业软件技术班级软件10-2姓名#
2、设计题目基于QT的GPS导航指导教师段珊珊指导教师评语成绩指导教师日期评阅教师评语成绩评阅教师日期答辩委员会评语和成绩负责人日期中文摘要近年来，随着人们生活水平的不断提高，汽车逐渐进入家庭，并成为生活必需品，未来几年内汽车的增长速度还将会大幅上升。车载GPS系统具有巨大的市场潜力和不可估量的发展前景。我们估计，国内汽车市场对GPS系统的需求量，将以每年30%以上的速度递增。GPS的最大特点是兼具导航、定位、防盗等功能，我国GPS市场过去一直饱受技术应用、市场规模因素的瓶颈，随着这两年我国自主研发的北斗导航系统日渐完善，在导航定位技术水平与产品成熟程度的不断提高，特别是汽车市场的飞速发展，我国G
3、PS市场已经进入规模发展的时期，未来国内GPS市场前景相当看好，同时GPS定位技术在军事领域也有着巨大的作用。所以GPS的发展及研发至关重要。关键字：GPS发展历程、GPS的定位原理、GPS精密定位方法、GPS的研究意义English AbstractIn recent years, with the continuous improvement of living standards, the automobile gradually into the family, and become the necessities of life, the next few years car gro
4、wth rates will rise sharply. Future car GPS system has a huge market potential and immeasurable. We estimate, the domestic automobile market demand of GPS system, will increase by more than 30% annually. GPS is the biggest characteristic of both navigation, positioning, anti-theft function, bottlene
5、ck in Chinas GPS market in the past has been plagued by technical application, the size of the market factors, along with the Beidou navigation system this year Chinas independent research and development of increasingly perfect, in technology level and product positioning is constantly increasing,
6、especially the rapid development of automobile market in China, GPS market has entered the scale of development period, the prospects for the domestic GPS market in the future quite good, at the same time, GPS positioning technology in military field also has the huge function. So the development an
7、d research and development is very important in GPS.Key words: GPS development course, GPS positioning principle, GPS precise positioning method, GPS research significance.第一章 前言1.1 毕业设计的目的和任务1.1.1目的毕业设计是带有研究性质的专题研究分析、设计报告，是完成教学任务、培养合格人才的一个重要实践性教学环节。通过毕业设计，可以培养学生的开发和设计能力，提高综合运用所学知识和技能去分析、解决实际问题的能力，检
8、验学生的学习效果等均具有重要意义。 通过毕业设计，旨在是学生对所学过的基础理论和专业知识进行一次系统的回顾和总结，通过对具体题目的分析，是理论与实际相结合，巩固和发展所学理论知识，掌握正确的思维方法和基本技能，提高学生独立思考能力和团结协作的工作作风，提高学生利用计算机解决实际问题的能力及计算机实际操作水平，促进学生建立严谨的科学态度和工作作风。1.1.2任务（1）巩固和提高学生学过的基础理论和专业知识。（2）提高学生运用所学专业知识进行独立思考和综合分析、解决实际问题的能力。（3）培养学生掌握正确的思维方法和利用计算机解决实际问题的基本技能。（4）增强学生对软件开发过程的认识，掌握软件设计方
9、法，进行编制技术文件等基本技能的训练，使之具有一定程度的实际工作能力。（5）是学生掌握文件检索、资料查询的基本方法以及获取新知识的实际工作能力。（6）促使学生学习和获取新知识，掌握自我学习的能力。（7）通过参与实际工作，使学生了解社会工作，具备一定是实际工作能力。第二章 毕业设计选题2.1 设计题目背景 1978年2月22日第一颗GPS试验卫星的入轨运行，开创了以导航卫星为动态已知点的无线电导航定位的新时代。GPS卫星所发送的导航定位信号，是一种可供无数用户共享的空间信息资源。陆地、海洋和空间的广大用户，只要持有一种能够接收、跟踪、变换和测量GPS信号的接收机，就可以全天时、全天候和全球性地测
10、量运动载体的七维状态参数和三维状态参数。其用途之广，影响之大，是任何其他无线电接收设备望尘莫及的。不仅如此，GPS卫星的入轨运行，还为大地测量学、地球动力学、地球物理学、天体力学、载人航天学、全球海洋学和全球气象学提供了一种高精度、全天时、全天候的测量新技术。纵观现状，GPS技术有下述用途。 2.1.1国外现状在硬件方面，全世界已经有包括 IBM、MicroOptical、Xybernaut 在内的超过 100 家公司生产与移动计算相关的产品，如带 LCD 显示器的眼镜、手执微型键盘、手执鼠标、声控输入设备、GPS天线等。在应用系统开发方面，美国麻省理工学院、哥伦比亚大学和欧洲的瑞士联邦技术学
11、院、荷兰 Delft 技术大学等都在医学、工业等各个移动计算领域进行应用系统的开发工作。在地图数据方面，美国爱荷华州立大学和加利福尼亚大学美国地理信息与分析中心（NCGIA）正在合作为 NASA 和联邦统计机构进行一项名为 Batutta 的计划，旨在研制一套专为地学野外采样使用的移动作业系统，包括地理环境与地理信息系统在无线移动环境中的集成以及穿戴式计算机、便携计算机、PDA 和台式服务器的联合使用。在软件开发方面，作为GIS 市场的领头雁 Autodesk、ESRI 和 Intergraph 三大公司为 Mobile GIS 技术做出了极大的贡献。Autodesk 公司开发 Autodes
12、k OnSite 的 “移动访问”模块。ESRI 研制了 ArcGIS 软件产品ArcPad。而Intergraph 建立自己的移动 GIS 解决方案IntelliWhere。这些软件极大方便了Mobile GIS个人导航系统的开发。2.1.2.国内现状在硬件方面，国内的硬件技术很不成熟，相关导航产品的结构设计、生产已接近国际水平，硬件差距较大，绝大多数产品尚未达到工业级技术标准。同时这几年，所有的自主导航仪的硬件几乎是清一色的日本货，全是丰田、索尼、日立和先锋等名牌产品。在应用系统开发方面，从1981年到1985年，完成了技术引进、数据规范和标准的研究、空间数据库的建立、数据处理和分析算法及
13、应用软件的开发等环节，对GIS进行了理论探索和区域性的实验研究。从1986年到现在，我国GIS的研究和应用进入有组织、有计划、有目标的阶段，逐步建立了不同层次、不同规模的组织机构、研究中心和实验室。在软件开发方面，在科技部等国家有关部门的大力组织和支持下，国产GIS基础软件开发工作取得了重要进展，出现了一批GIS高技术企业，开发出了较为成熟的国产GIS软件，如MapGIS、GeoStar、CityStar、SuperMap、MapEngine、GROW等，并形成了一定的产业规模，同时一些导航系统软件也逐步出现，例如灵图的天行者，MAPKING、LEADSTAR、领路人等，打破了国外GIS软件对
14、我国市场的垄断，有力促进了我国地理信息系统技术和自主导航技术的发展。在地图数据方面，经过了20年的努力，国家测绘局与其他相关部门协作完成了全国l：100万、 1：25万基础地理空间数据库以及全国七大江河数字地形模型的建设，并启动了全国l：5万，部分省份1：1万基础地理空间数据库的建设。这些基础数据有力促进了GIS技术的广泛应用。与此同时，一些车载导航电子地图开发也开始慢慢进入正轨，如北京灵图的天行者地图其精度较高，地图范围覆盖面较广，受到用户喜爱；凯利德地图软件也受到国内认可和欢迎。2.1.3.GPS技术的陆地应用 各种车辆的行驶状态监控；旅游者或旅游车的景点导游；应急车辆（如公安、急救车等）
15、的快速引导行驶；高精度时间比对和频率控制；大气物理观测；地球物理资源勘探；工程建设的施工放样测量；大型建筑和煤气田的沉降检测；板内运动状态和地壳形变测量；陆地以及海洋大地测量基准的测定；工程、区域、国家等各种类型大地测量控制网的测量和建设；请求救援在途实时报告；引导盲人行走；平整路面的实时监控，精细农业。 2.1.4.GPS技术的海洋应用 远洋船舶的最佳航线测定；远洋船队在途中航行的实时调度和监测；内河船只的实时调度和自主导航测量；海洋救援的搜索和定点测量；远洋渔船的结队航行和作业调度；海洋油气平台的就位和复位测定；海底沉船位置的精确探测；海底管道铺设测量；海岸地球物理勘探；水文测量；海底大地
16、测量控制网的布测；海底地形的精细测量；船运货物失窃报警；净化海洋（如海洋溢油的跟踪报告）；海洋纠纷或海损事故的定点测定；浮筒抛设和暗礁爆破等海洋工程的精确定位；港口交通管制；海洋灾难检测。 2.1.5.GPS技术的航空应用 民航飞机的在途自主导航；飞机精密着陆；飞机空中加油控制；飞机编队飞行的安全保护；航空援救的搜索和定点测量；机载地球物理勘探；飞机探测灾区大小和标定测量；摄影和遥感飞机的七维状态参数和三维姿态参数测量。 2.1.6GPS技术的航天应用 低轨道通讯卫星群的实时轨道测量；卫星入轨和卫星回收的实时点位测量；载入航天器的在轨防护探测；星载GPS的遮掩天体大小和大气参数测量；对地观测卫
17、星的七维状态参数和三维姿态参数测量。 由此可见GPS技术已经延伸到各个领域的方方面面，但是要完成以上所述的各种用途，最基本的就是要具备能够接收GPS信号并且能够调制输出的设备，而设备最基本的功能就是能显示当时所处地点的经纬度以及UTC标准时间。现在世面上已经有许多基于GPS接收模块所开发的产品，GPS手持机、车载GPS导航仪等等，虽然其功能强大，如车载GPS导航系统都带有大比例尺地图，但价格都比较昂贵，而且对于普通应用完全没有必要。所以基于这种情况本次设计针对普通用户使用GPS的切实需要，设计并制作实现了基于QT的GPS定位信息的低成本手持GPS设备。2.1.7GPS技术的其他应用汽车GPS导
18、航系统也有一个很大的特点是防盗，分为被动式防盗和动态跟踪。前者是指业主离开汽车，停泊的车辆符合其自身的监控系统，通过对GPS监控中心，警报，并与业主的手机，电话报警，自动链接等盗窃，破坏，移动，车辆后者可以行使被盗车辆定位跟踪，状态监测，汽车跟踪记录，甚至控制车辆断电，油等。随着计算机技术的飞速发展, 全球定位系统(GPS) 和地理信息系统 (GIS) 在各行各业中得到广泛的重视和应用, 两者的集成化程度也日益加强，实现了GPS 导航信息在GIS上的可视化、一体化和集成化，能够在地图上实时动态地跟踪目标和显示地理位置。GPS定位为GIS提供了采集数据信息的新方法，GIS为GPS提供了可视化的原
19、始地图背景，两者关系愈加紧密。电子地图是随着计算机技术的发展而产生的一种崭新的地理信息载体，具备地图的内涵, 是数字地图在计算机屏幕上的符号化显示, 具有信息丰富、直观易懂、更新方便、实用灵活等特点, 因而受到用户的普遍欢迎。所以电子地图与GPS定位系统相结合成为两者未来发展的必然趋势。随着GPS车载导航设备和PDA设备的快速发展，GPS、电子地图与掌上电脑技术相融合，逐步形成一个嵌入式的掌上导航系统，是当前GIS、GPS研究领域的主要趋势。如今，作为GPS与GIS 很好的结合体，GPS车载导航系统在国内外市场已经逐步普及，成为汽车行业的宠儿。本文选题意义在于利用GIS矢量数据（shapefi
20、le非拓扑关系数据）作为电子地图格式，结合GPS，在电子地图上实现实时定位，对基于电子地图GPS定位技术的研究打下了坚实基础。作为GPS导航与GIS的结合体，嵌入式掌上导航系统成为了国内外GPS厂商发展的重点，尤其是汽车行业的宠儿车载GPS导航系统。车载GPS导航系统是一种先进的导航系统，能够探测到汽车在行驶途中的当时位置，协助驾驶者在陌生的道路环境中，通过电子地图与话音指南，准确地掌握前往目的地的路线。它是GPS导航定位技术与电子地图技术结合的焦点。现阶段，随着电子产和汽车产业的快速发展，国内外汽车生产商、GPS专业厂商加快了对汽车GPS导航系统研制，而我国汽车导航系统本身起步比国外要晚了许
21、多，在各个方面存在着较大差距，下面简述国内外在该行业上的研究进展状况。2.2 可行性分析可行性分析: 可行性分析是指在客观条件制约下, 系统开发的必要性和可行性分析。 它是此系统进行的一项重要工作。对系统能否正常进行,能否从中获得经济效益起着决定性的作用，可能性就是指开发的条件是否具备，而必要性是指客观上是否需要。可能性和必要性相辅相称,缺一不可的。2.2.1 管理上的可行性 运行上的可行性也称为管理可行性，因为一个系统的开发与实施不仅有技术上的，经济上的因素,而且关系到用户的态度。GPS自身因其成本低廉，安全性高和兼容性好等原因，使得用户可以很轻松的使用系统，上手容易，无需进行任何使用培训，
22、因此，运行上是可行的。2.2.2 技术上的可行性根据客户提出的系统功能、性能及实现系统的各项约束条件，根据新系统目标来衡量所需的技术是否具备，本系统是车载导航系统，现有的技术以较为成熟，硬件、软件的性能要求、环境条件等各项条件良好，估计利用现有技术条件应完全可以达到该系统的功能目标。2.2.3 经济上的可行性用导航仪将大大提高行驶效率，缩短行车时间，硬件并不贵，几乎可以人手一个。2.2.4 运行上的可行性新系统的研制和开发是充分得考虑驾驶员对路况的认识，使用者方便查询路况。从而能用最少的时间到达目的地。2.2.5 法律上的可行性新系统的研制和开发，将不会侵犯他人、集体和国家的利益，不会违反国家
23、政策和法律。第三章 开发平台3.1 LINUX简介Linux是一种自由和开放源码的类Unix操作系统，存在着许多不同的Linux版本，但它们都使用了Linux内核。Linux可安装在各种计算机硬件设备中，比如手机、平板电脑、路由器、视频游戏控制台、台式计算机、大型机和超级计算机。Linux是一个领先的操作系统，世界上运算最快的10台超级计算机运行的都是Linux操作系统。严格来讲，Linux这个词本身只表示Linux内核，但实际上人们已经习惯了用Linux来形容整个基于Linux内核，并且使用GNU 工程各种工具和数据库的操作系统。Linux得名于天才程序员林纳斯托瓦兹。Linux操作系统是U
24、NIX操作系统的一种克隆系统，它诞生于1991 年的10 月5 日（这是第一次正式向外公布的时间）。以后借助于Internet网络，并通过全世界各地计算机爱好者的共同努力，已成为今天世界上使用最多的一种UNIX 类操作系统，并且使用人数还在迅猛增长。Linux是一套免费使用和自由传播的类Unix操作系统，是一个基于POSIX和UNIX的多用户、多任务、支持多线程和多CPU的操作系统。它能运行主要的UNIX工具软件、应用程序和网络协议。它支持32位和64位硬件。Linux继承了Unix以网络为核心的设计思想，是一个性能稳定的多用户网络操作系统。它主要用于基于Intel x86系列CPU的计算机上
25、。这个系统是由全世界各地的成千上万的程序员设计和实现的。其目的是建立不受任何商品化软件的版权制约的、全世界都能自由使用的Unix兼容产品。Linux以它的高效性和灵活性著称，Linux模块化的设计结构，使得它既能在价格昂贵的工作站上运行，也能够在廉价的PC机上实现全部的Unix特性，具有多任务、多用户的能力。Linux是在GNU公共许可权限下免费获得的，是一个符合POSIX标准的操作系统。Linux操作系统软件包不仅包括完整的Linux操作系统，而且还包括了文本编辑器、高级语言编译器等应用软件。它还包括带有多个窗口管理器的X-Windows图形用户界面，如同我们使用Windows NT一样，允
26、许我们使用窗口、图标和菜单对系统进行操作。3.2 QT 简介Qt是一个1991年由奇趣科技开发的跨平台C+图形用户界面应用程序开发框架。它既可以开发GUI程式，也可用于开发非GUI程式，比如控制台工具和服务器。Qt是面向对象语言，易于扩展，并且允许组件编程。2008年，奇趣科技被诺基亚公司收购，QT也因此成为诺基亚旗下的编程语言工具。它提供给应用程序开发者建立艺术级的图形用户界面所需的所用功能。Qt很容易扩展，并且允许真正地组件编程。基本上，Qt 同 X Window 上的 Motif，Openwin，GTK 等图形界 面库和 Windows 平台上的 MFC，OWL，VCL，ATL 是同类型
27、的东西。3.2.1.QT图形化界面的处理 Qt Creator是一个用于Qt开发的轻量级跨平台集成开发环境。Qt Creator可带来两大关键益处：提供首个专为支持跨平台开发而设计的集成开发环境 (IDE)，并确保首次接触Qt框架的开发人员能迅速上手和操作。Qt Creator包含了一套用于创建和测试基于Qt应用程序的高效工具，包括：一个高级的C+代码编辑器 上下文感知帮助系统 可视化调试器 源代码管理 项目和构建管理工具Qt Creator在LGPL2.1版本授权下有效，并且接受代码贡献。3.2.2.Qt的优势所在Qt 的良好封装机制使得 Qt 的模块化程度非常高，可重用性较好，对于用户开发
28、来说是非常 方便的。 Qt 提供了一种称为 signals/slots 的安全类型来替代 callback，这使得各个元件之间的协同工作变得十分简单。丰富的 APIQt包括多达 250 个以上的 C+ 类，还提供基于模板的 collections， serialization， file， I/O device， directory management， date/time 类。甚至还包括正则表达式的处理 功能。支持 2D/3D 图形渲染，支持 OpenGL大量的开发文档XML 支持Webkit 引擎的集成，可以实现本地界面与Web内容的无缝集成但是真正使得 Qt 在自由软件界的众多 Wid
29、gets (如 Lesstif，Gtk，EZWGL，Xforms，fltk 等等)中脱颖而出的还是基于 Qt 的重量级软件 KDE 。第四章 关键技术 4.1 GPS卫星导航定位原理导航是一个技术门类的总称，它是引导飞机、船舶、车辆以及个人（总称作运载体）安全、准确地沿着选定的路线，准时到达目的地的一种手段。GPS导航是广义的GPS动态定位，其定位方法主要有以下几种：4.1.1.单点动态定位单点动态定位的基本方程为： （3-1） 式中，为动态用户在时刻的瞬时位置；是第j颗GPS卫星在其运行轨道上的瞬时位置，它可根据广播星历计算；为码接收机所测得的GPS信号接收天线和第j颗GPS卫星之间的距离，
30、即站星距离； d是由于接收机时钟误差的因素所引起的站星距离偏差。利用（3-1）式解算各个坐标分量的修正值，即给定用户三维坐标的初始值（，），求解三维坐标的改正值（，）和距离偏差d。4.1.2.伪距差分动态定位 所谓差分动态定位（DGPS）就是用两台接收机在两个测站上同时测量来自相同GPS卫星的导航定位信号，用以联合测得动态用户的精确位置。由式（3-1）可知基准站测得至GPS卫星j的伪距为： （3-2）式中，为基准站和第j 颗GPS卫星之间的真实距离；是GPS卫星星历误差所引起的距离偏差；为接收机时钟相对于GPS时间系统的偏差；是第J颗GPS卫星时钟相对GPS时间系统的偏差；为电离层时延所引去的
31、距离偏差；是对对流层时延所引去的距离偏差；为电磁波的传播速度。4.1.3.动态载波相位差分测量由载波相位观测方程得出动态差分方程： （3-3）当动态用户和基准站都同时观测了4颗相同GPS 卫星时，则可解算在t时刻动态用户位置估计值的改正数，从而实现动态载波相位测量的目的。4.2、GPS卫星测速原理 尽管载体的运行速度各不一样，且不是匀速运动，但是，只要在这些运动物体上安设GPS信号接收机，就可以在进行动态定位的同时，实时地测得它们的运行速度。依式（3-1）可知，用户天线和GPS卫星之间的距离： （3-4） 根据物理学关于线速度的定义，则对式（3-4）进行求导，得到动态用户的三维速度表达式： （3-5）式中，站星距离 （3-6） 由于、三者的值很小，可忽略不计。则在进行测速之前，先使动态接收机处于静止状态，此时有：=0 （3-7）可按式（3-4）解算出卫星的三维速度，随即进行动态用户的速度测量。4.3、GPS卫星测时原理 GPS卫星都安装有四台原子时钟 ，导航定位时受到美国海军天文台（USNO）经常性的监测。GPS系统得地面主控站能够以优
