1绪论
1.1研究背景
自20世纪90年代以来，全球卫星导航系统以其速度快、效率高、测量定位精度高等一系列特点，深受各个行业数据采集和资源监测人员的青睐。卫星导航系统的出现，解决了大范围、全球性以及高精度快速定位的问题。其应用范围已经渗透至国民经济和社会发展的各部门、各领域、各行业。目前正朝着集成度不断提高、用户更加广泛、使用更加便捷的方向发展。但是国内使用基于GPS的定位导航系统将受制于X的GPS政策，一旦在紧要关头特别是在战时，X有针对性地限制或关闭对我国的应用，后果将不堪设想。2000年底，我国自主研制的“北斗导航试验系统”（第一代系统）建成，标志着我国成为世界上第三个拥有自主知识产权卫星定位导航系统的国家。它打破了X等发达国家垄断卫星定位导航技术的局面，大大推进了我国信息基础设施建设，提高了我国的经济社会和军事信息化的水平。从2007年至今，我国又陆续发射了3颗北斗导航卫星，第二代北斗导航系统的组网工作正稳步进行。
1.2研究意义
由于目前北斗导航卫星的数量限制，需采用有源定位才能获得较高的精度，而有源定位则需要向地面控制中心发送定位请求，其隐蔽性、实时性差。此外，现有的基于北斗导航系统的脚踝式追踪器由于体积大、能耗高、价格贵等影响，推广应用并不理想。为此，目前有很多学者提出了相应的解决办法。本论文在参考和总结众多研究成果的基础上，提出了根据用户要求（如精度优先或者隐蔽性优先）实施不同的定位方式的设想，利用三星无源定位算法解决有源定位隐蔽性差、实时性差的问题，用嵌入式操作系统和北斗定位系统结合，最终开发出一套基于北斗脚踝追踪定位导航功能的用户脚踝式追踪器。
2北斗导航系统概述及与其他导航系统比较分析
2.1北斗导航系统概述
北斗卫星导航系统(BeiDou（COMPASS）Navigation Satellite Syste)是中国正在实施的自主研发、独立运行的全球卫星导航系统。第一代北斗导航系于2003年建成并开通运行，目前在建设的是第二代北斗导航系统。第二代系统建设目标是：建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠的覆盖全球的北斗卫星导航系统，促进卫星导航产业链形成，形成完善的国家卫星导航应用产业支撑、推广和保障体系，推动卫星导航在国民经济社会各行业的广泛应用。北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，空间段包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星，地面段包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站，用户段包括北斗用户终端以及与其他卫星导航系统兼容的终端。不同于GPS，北斗的指挥机和终端之间可以双向交流。在2008年5月12日四川大地震发生后，北京武警指挥中心和四川武警部队运用“北斗”进行了上百次交流，通过北斗导航系统独有的报文功能发送了50多万条的短信，使外界在地震灾区各项通信中断的情况下了解到灾区的具体信息，为抗震救灾带来了巨大的便利。
截止目前，北斗二代导航系统已发射了16颗导航卫星，服务范围基本涵盖了我国及亚太周边地区。预计到2020年，将基本建成服务范围涵盖全球的新一代北斗导航系统。
2.2目前市场除北斗导航外其他导航系统概述
2.2.1XGPS系统
GPS是20世纪70年代由X陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的。经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年3月，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。
2.2.2欧盟“伽利略”系统
1999年，欧洲提出计划，准备发射30颗卫星，组成“伽利略”卫星定位系统。2009年该计划正式启动。
2.2.3俄罗斯“格洛纳斯”系统
尚未部署完毕。始于上世纪70年代，需要至少18颗卫星才能确保覆盖俄罗斯全境；如要提供全球定位服务，则需要24颗卫星。
2.3北斗导航与其他导航的优劣性
2.3.1优势方面
和X的GPS、俄罗斯的GLONASS相比，增加了通讯功能，并且可以全天候快速定位，与GPS精度相当。而且北斗导航系统同时具备定位与通信功能，无需其他通信系统支持，且覆盖中国及周边国家和地区，24小时全天候服务，无通信盲区，特别适合集团用户大范围监控与管理，以及无依托地区数据采集用户数据传输应用，独特的中心节点式定位处理和指挥型用户机设计，可同时解决“我在哪”和“你在哪”，拥有独特的自主系统，高强度加密设计，安全、可靠、稳定，适合关键部门应用。
2.3.2劣势方面
北斗系统属于有源定位系统，系统容量有限，定位脚踝式追踪器比较复杂。北斗系统目前只能为中国以及周边地区提供定位服务。
3脚踝式追踪器概述
3.1具有定位模式
如选择有源模式，脚踝式追踪器在不断收到控制站出站信号的前提下，以出站信号中的帧时标为发射启动时间基准，根据指定协议发射定位申请等入站信号；入站信号经卫星转发到控制站，控制站进行定位处理之后，把定位数据由卫星发往脚踝式追踪器，从而实现定位功能。在无源定位模式下，脚踝式追踪器通过北斗卫星的接收模块获取卫星信号，根据卫星的测距码信息，由脚踝式追踪器自带的定位模块解算当前位置。
3.2具有地图导航功能
通过有源或无源模式获取当前脚踝式追踪器位置信息后，坐标数据传递到地图显示模块。地图显示模块调用地图文件，将坐标数据载入，显示当前脚踝式追踪器所在位置。当用户选择地图查询功能时，地图搜索模块根据用户输入的地名信息，在地图文件中检索。如地图匹配成功，则在地图显示界面上予以标识，并漫游至此处；如未能找到，则返回并告知用户。当用户选择路径查找功能时，地图搜索模块根据起始点信息，通过路由算法进行最短路径计算，并将路径显示于地图上；如果由于信息不足无法完成，则返回告知用户。在此过程中，用户可选择是否向服务器返回当前位置信息。如果选择返回脚踝式追踪器位置信息，则脚踝式追踪器将信号加密后，通过发送接收模块向网络发送坐标数据，告知总控制台当前脚踝式追踪器位置。
3.3应用方面广泛
本文设计的移动导航定位脚踝式追踪器在嵌入式操作系统的基础上集成北斗定位系统，同时发挥有源定位和无源定位各自的特长以实现不同要求的定位，并利用了成熟的路由算法实现快速导航的功能，这样的用户脚踝式追踪器更为人性化，用户可以根据自己的需要选择脚踝式追踪器的工作模式把快速和精准结合起来，达到更高的效率。这样的脚踝式追踪器由于集成了不同的算法，适用性更加广泛，很容易推广，可以用于大地测量、商业物流管理土建工程、考古、个人移动电话定位、城市管理、社会治安综合治理、电子商务、农林业管理、灾害和突发事件控制、通信行业的时间同步测控，也可以用于交通运输部门营建监控系统、公安和银行等营建紧急救援或报警系统。
4设计作品展开
4.1草图的绘制
草图是一种视觉呈现手段。将一些一闪而过的想法或概念记录下来，为概念构思而服务。在草图绘制时，初步方案是，在风格上以简约风格为主，小巧、简单、耐用，其使用部位也突出创新，选择使用脚踝式，因此，其材料上初步决定使用亚克力仿生材料为主，辅以金属、塑料。造型上尽量偏流线型，防止对人体造成伤害。虽然在草图的绘制中汇集了奇思妙想，但将其转化为实际方案还需要逐步深入，如图1所示，是我初步设计的草图。
4.2造型的确定
本方案的设计重点是对追踪器造型进行突破性的改变，主要以现代气息、简约、纯正和高品质是出色产品的特征,也是本设计遵循的设计理念。出色的设计是需要创新的，能够创造有价值的产品并且是具有美学价值的；出色的设计让产品简单明了，它不是触目、突兀和炫耀的，不是装饰物，也不是艺术品，它是历久弥新的能够贯穿每个细节，经得住考验的。
首先，整体造型流畅、圆润，突破了以往呆板的追踪器造型，摒弃了方方正正的形状，而圆润的造型更让人容易接受；其次，遵循者美学的特点和规律。从稳定性上说，将追踪器的表盘显示的地方通过加大、加宽的方式让产品更加使用，从独创性上说，追踪器的正面通过仿生学原理进行设计，将立体的形态简化成几何图形，追踪器的造型设计犹如一只玉镯般小巧，栩栩如生。整个追踪器运用流线型设计，简约、流畅的弧线将其整体的圆润展现淋漓尽致（如图2）。
4.3色彩的确定
当一个产品的材质、构造形态过于复杂时、使用简洁的色彩能够起到统一和协调的作用。因此，在产品设计中，使用黑色和白色这两种最为简单对比性强的色彩。黑色与白色的组合能给人以高品味、含蓄、精致、雅致耐人寻味的感觉（如图3）。
4.4材质的确定
为了突破以往的追踪器设计造型，采用能够进行百变的塑料材质，追踪器显示界面采用高反光塑料材质，简洁、流畅的弧线反射出优雅的高光，更好的表现出流线型设计的一体感和光滑感，具有清新、干净的特点，圆弧形的造型与光洁的质感相结合，让消费者抚摸产品时的手感更加的舒适，在显示面周边采用金属材质稳定，保护其不受损。其他部位均采用磨砂塑料材质，粗糙的表面带给人一种低调、含蓄，而且摩擦度的增加，更加方便使用人群的佩戴（如图3）。
结束语
通过这次毕业设计，明白了设计是需要积累和学习后才能制作完成的，在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做毕业设计发现自己的看法有点太片面。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次毕业设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。
致谢
在毕业设计和论文撰写期间，从选题、方法和思路、确定到布局到完成……老师都进行了认真的指导，审查和修改。现在毕业设计能得顺利地完成，完全是因为老师倾注了心血与关心。所以我必须要感谢在我学习和生活上给过我帮助的老师和同学们，他们都在我的学业中给予了莫大的支持和帮助。有幸认识你们是我的莫大幸运。最后，还要感谢我的父母，他们多年的默默支持一直是我学习和生活的最大动力。不论我遇到多大的困难和挫折，他们始终陪伴着我，并且坚定支持和鼓励我。衷心地感谢所有曾经帮助过我的人！
参考文献
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