基于S3C2410的GPS通訊的實現(xiàn)

相關(guān)專題: 芯片
  1 GPS的基本介紹

  GPS(Global Positioning System,全球定位系統(tǒng))是美國從20世紀70年代開始研制,歷時20年,耗資200億美元,具有在海、陸、空進行全方位實時三維導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)[1]。其地面監(jiān)控系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示。

  1.1 GPS定位原理

  GPS定位的基本原理是根據(jù)高速運動的衛(wèi)星瞬間位置作為已知的起算數(shù)據(jù),采用空間距離后方交會的方法,確定待測點的位置。如圖2所示,假設(shè)t時刻在地面待測點上安置GPS接收機,可以測定GPS信號到達接收機的時間t,再加上接收機所接收到的衛(wèi)星星歷等其他數(shù)據(jù)可以確定以下4個方程式:





  上述4個方程式中待測點坐標x,y,z和Vt0為未知參數(shù),其中di=cti(i=1,2,3,4)。di(i=1,2,3,4)分別為衛(wèi)星1,衛(wèi)星2,衛(wèi)星3,衛(wèi)星4到接收機之間的距離。ti(i=1,2,3,4)分別為衛(wèi)星1,衛(wèi)星2,衛(wèi)星3,衛(wèi)星4的信號到達接收機所經(jīng)歷的時間。c為GPS信號的傳播速度(即光速)。



  4個方程式中各個參數(shù)意義如下:

  x,y,z為待測點坐標的空間直角坐標。

  xi,yi,zi(i=1,2,3,4)分別為衛(wèi)星1、衛(wèi)星2、衛(wèi)星3、衛(wèi)星4在t時刻的空間直角坐標,可由衛(wèi)星導(dǎo)航電文求得。Vti(i=1,2,3,4)分別為衛(wèi)星1,衛(wèi)星2,衛(wèi)星3,衛(wèi)星4的衛(wèi)星鐘的鐘差,由衛(wèi)星星歷提供。Vt0為接收機的鐘差。

  由以上4個方程即可解算出待測點的坐標x,y,z和接收機的鐘差Vt0。

  目前GPS系統(tǒng)提供的定位精度低于10m,而為得到更高的定位精度,通常采用差分GPS技術(shù):將一臺GPS接收機安置在基準站上進行觀測。根據(jù)基準站已知精密坐標,計算出基準站到衛(wèi)星的距離改正數(shù),并由基準站實時將這一數(shù)據(jù)發(fā)送出去。用戶接收機在進行GPS觀測的同時,也接收到基準站發(fā)出的改正數(shù),并對其定位結(jié)果進行改正,從而提高定位精度。

  1.2 GPS主要用途

  GPS性能優(yōu)異,應(yīng)用范圍極廣?梢哉f,凡是需要導(dǎo)航和定位的部門,都可以采用GPS。GPS的建成和應(yīng)用,是導(dǎo)航技術(shù)的一場革命,影響深遠。其主要用途有:

  (1)導(dǎo)航定位應(yīng)用

  GPS是空中、海洋和陸地導(dǎo)航定位最先進、最理想的技術(shù)。他可以為飛機、艦船、車輛、坦克、炮兵、陸軍部隊和空降兵提供全天候連續(xù)導(dǎo)航定位。他是航天飛機和載人飛船最理想的制導(dǎo)、導(dǎo)航系統(tǒng)。為其起飛、在軌運行和再入過程連續(xù)服務(wù)。

  (2)精密定位應(yīng)用

  應(yīng)用GPS載波相位測量技術(shù),可以精確地測定兩點間的相對位置,為大地測量、海洋測量、航空攝影測量和地球動力學測量提供了高精度、現(xiàn)代化的測量手段。GPS已廣泛應(yīng)用于建立準確的大地基準、大地控制網(wǎng)和地殼運動監(jiān)測網(wǎng)等。

  (3)精密授時、大氣研究

  GPS用戶接收機通過對GPS衛(wèi)星的觀測,可獲得準確GPS時。GPS時與UTC時是同步的,因此GPS亦是當今精度最高的全球授時系統(tǒng)。一般接收機測時精度為100 ns;專用定時接收機可獲得更高的精度,用于遠距離時間同步可達ns級。由于UTC時有跳秒,故GPS時與UTC時有已知的整數(shù)秒差。利用GPS測定的電離層延遲和多普勒頻移延遲,可用來研究電離層的電子積分濃度、折射系數(shù)、電子濃度隨高度的分布,以及上述電離層參量在時間和空間上的相關(guān)性等。

  (4)為武器精確制導(dǎo)

  應(yīng)用GPS/INS組合制導(dǎo)系統(tǒng)時,GPS不斷修正導(dǎo)彈飛行中慣性導(dǎo)航誤差,提高制導(dǎo)精度,增強武器的"精確打擊"能力。在海灣戰(zhàn)爭中,GPS為提高武器的命中精度,發(fā)揮了巨大作用,故被稱為"效益倍增器"。

  (5)航天與武器試驗中的應(yīng)用

  GPS在各類航天器定軌和導(dǎo)彈、常規(guī)武器試驗中有著廣泛的應(yīng)用。GPS可為各類衛(wèi)星測定精密軌道。用差分GPS完成飛船的交會和對接。在武器試驗中,應(yīng)用GPS可精確測定彈道。他具有不受天氣條件、發(fā)射場區(qū)、射向、射程和發(fā)射窗口的限制;可實現(xiàn)連續(xù)、全程跟蹤測量,可跟蹤低飛和多個目標,且精度高、費用低。

  GPS還可用于飛行器姿態(tài)測量。姿態(tài)測量采用GPS載波相檢測量技術(shù)。在衛(wèi)星或其他航天器的適當位置上安裝多副天線,用GPS測定各天線的精確位置,從而確定航天器的姿態(tài)。

  2 目標平臺介紹

  在本文中使用的目標平臺S3C2410是SAMSUNG公司使用ARM920T處理器內(nèi)核開發(fā)的一款嵌入式處理器。S3C2410是SAMSUNG公司專門為PDA,Internet設(shè)備和手持設(shè)備等專門開發(fā)的微處理器。該芯片還包含有16 kB一體化的Cache/MMU,這一特性使開發(fā)人員能夠?qū)inux和VX-work移植到基于該處理器的目標系統(tǒng)中。

  該目標板的系統(tǒng)資源如下:

  (1)CPU:S3C2410微處理器,工作頻率為200 MHz;

  (2)FLASH:16 MB;

  (3)SDRAM:64 MB SDRAM;

  (4)UART:RS 232串行接口;

  (5)其他:14針ARM JTAG接口等;

  (6)液晶顯示屏。

  在目標平臺S3C2410上所選配的GPS模塊是GPS15L/H。接口特性如下:RS 232輸出,可輸入RS 232或者具有RS 232極性的TTL電平。可選的波特率為:300,600,1 200,2 400,4 800,9 600,19 200。GPS15與PC串口的連接見示意圖(圖3)所示。

  串口輸出協(xié)議:輸出NEMA0183格式的ASCII碼語句,輸出:GPALM,GPGGA,GPGLL,GPGSA,GPGSV,GPRMC,GPVTG(NMEA標準語句);PGRMB,PGRME,PGRMF,PGRMM,PGRMT,PGRMV(GARMIN定義的語句)。還可將串口設(shè)置為輸出包括GPS載波相位數(shù)據(jù)的二進制數(shù)據(jù)。輸入:初始位置、時間、秒脈沖狀態(tài)、差分模式、NMEA輸出間隔等設(shè)置信息。在缺省的狀態(tài)下,GPS模塊輸出數(shù)據(jù)的波特率為4800,輸出信息包括:GPRMC,GPGGA,GPGSA,GPGSV,PGRME等,每秒鐘定時輸出,如3所示。



  3 交叉編譯環(huán)境的建立及程序的實現(xiàn)

  基于Linux操作系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)環(huán)境一般是由目標系統(tǒng)硬件(開發(fā)板)和宿主PC機所構(gòu)成[2]。目標硬件開發(fā)板用于運行操作系統(tǒng)和系統(tǒng)應(yīng)用軟件,而目標板所用到的操作系統(tǒng)的內(nèi)核編譯、應(yīng)用程序的開發(fā)和調(diào)試則需要通過宿主PC機來完成(所以稱為交叉編譯)。雙方之間一般通過串口,并口或以太網(wǎng)接口建立連接關(guān)系。

  3.1 燒寫Linux內(nèi)核等

  通過串口,宿主PC機向目標開發(fā)板燒寫VIVI,經(jīng)過裁減的Linux內(nèi)核以及根文件系統(tǒng)等,然后安裝主編譯器Armv41-unknown-linux-gcc。

  3.2 NFS服務(wù)器的配置

  在本文中宿主PC機上裝的是READHAT 9.2,他默認的是打開了防火墻,目標開發(fā)平臺無法用NFS mount。因此應(yīng)先關(guān)閉防火墻,然后點擊主菜單運行系統(tǒng)設(shè)置→服務(wù)器設(shè)置→NFS服務(wù)器(英文為:SETUP→SYSTEM SERVICE→NFS),點擊增加,在目錄(Directory)中填入需要共享的路徑,主機(Hosts);中填入允許進行連接的主機IP地址[3],并選擇允許客戶對共享目錄的操作為只讀(Read-only)或讀寫(Read/Write)。

    3.3 配置MINICOM

在Linux操作系統(tǒng)Xwindow界面下建立終端(在桌面上點擊右鍵→新建終端),在終端的命令行提示符后輸入MINICOM,回車,出現(xiàn)WINCOM的啟動畫面,然后按照提示設(shè)置即可。

  3.4 編程和調(diào)試

  在此交叉編譯環(huán)境下,根據(jù)前面提到的GPS定位原理,經(jīng)過編程和調(diào)試,在目標平臺的液晶顯示屏上可顯示本地的地理位置信息。

  注意,GPS的天線要放在能良好接受室外信號的地方,比如說窗臺等。否則可能接收不到信號。

  4 結(jié)語

  本文介紹了GPS定位的工作原理及其在S3C2410上的實現(xiàn)方法,在車載GPS系統(tǒng)及其他導(dǎo)航系統(tǒng)中有很多的應(yīng)用前景。
作者:潘永才,魯啟華,田茂,金勇(湖北大學 湖北 武漢430062)   來源:《現(xiàn)代電子技術(shù)》

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