用單片機實現便攜式衛星設備的快速通信
1 GPS定位信息的接收
天線準確對準衛星,是通過本地的經緯度經過計算公式來計算天線的俯仰和方位,因此首先要準確得出本地的經緯度。GPS(Global Position System)定位信息接收系統能準確提供當地的經緯度,且體積小、重量輕,被廣泛應用在通信、測繪等各個領域。該系統主要由GPS接收天線和GPS-OME板組成。GPS-OME板通過對接收到的衛星信號進行變頻、放大、濾波等一系列處理,實現對GPS衛星信號的跟蹤、鎖定和測量,從而產生計算位置的信息數據。GPS-OME板輸出帶有各種功能的數據語句有多種,如$GPGGA、GPGSV、$GPRMC等。其中以$GPRMC定位數據最為常用,其數據一般格式為:
其中:1>為當地位置的uTc時間(hh:mm:ss);2>為接收狀態,“A”為有效位置,“V”為非有效接收警告(即當前天線視野上方的衛星個數少于3顆);3>為實際緯度;4>表示半球緯度N或者S;5>為實際經度;6>表示半球經度E或者W;7>為GPS屬性指示;10>表示當地的海拔高度。了解了GPS信號的格式后,就可以通過單片機來處理信號,從而提取出經緯度。若是通過中斷方式進行,則其子程序如下:
其中,Lat[]數組中存放的就是GPS采集到的緯度,Log[]數組中存放的就是GPS采集到的經度。注意,此時數組中小數點后的是“分”。將其轉換為度,就可以得出準確的緯度和經度:
知道了準確的經緯度后,就可以代入所要對準衛星的方位、俯仰、極化的計算公式中計算相應的值。
2 COMPASS數據的采集與接收
通過GPS采集到數據后,就可以計算出所要對準衛星的標準方位、俯仰和極化。如何確定在實際中衛星天線是否對準衛星呢?這就需要給出實際天線的姿態的數據。HMR3000數字羅盤是一款具備RS232數據輸出格式的姿態測量設備。它能實時、準確地輸出被測量物體的標準方位、俯仰和極化,且體積小、功耗低、精度高(誤差在O.5)。將單片機和HMR3000組合,可以形成實用與便攜式衛星設備的系統單元,足便攜式衛星設備姿態測量的理想選擇。HMR3000工作后的輸出數據格式為:
其中:1>為方位;3>為俯仰;5>為極化;2>、4>、6>表示測量狀態,共有6種狀態,分別是L(低級報警)、M(低級警告)、N(正常)、O(高級警告)、P(高級報警)和C(調節模擬電路)。可見,判斷出數據格式中的3個狀態是姿態數據采集的關鍵。通過了解COMPASS的輸出格式,就可以提取正確的方位、俯仰和極化。其子程序如下:
3 測試結果和結論
作者通過型號為25-LVS的GPS和HMR3000以及單片機組成了一個快速對星的設備,通過GPS采集到的數據計算出要對準衛星的方位、俯仰和極化的標準值,再通過HMR30OO給出天線的實際值。當標準值和實際值的差值在某個給定范圍內時,就可以準確地對準衛星。圖1是中衛一號衛星(87.5)在烏魯木齊測試結果的一個圖,在這種條件下精確地對準了衛星。
通過單片機柬控制和處理GPS和COMPASS的信號,從而給出對星的標準值和實際值,實現了便攜式設備的快速對星。從實驗中得出,與普通靠人工的方法相比,通過此設備對星效率要提高3~5倍,而且可以在各種便攜式衛星設備上使用。
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