無錫(xī)市(shì)興洲儀器儀表有限(xiàn)公司(sī)

航空遙感中利用 gps 接(jiē)收機實現(xiàn)多(duō) 傳感器(qì)同步(bù)工作

文章作者：徐衛(wèi)明 舒 嵘

摘(zhāi)要： 航空遙感中(zhōng)經常(cháng)需要實現多 傳感器(qì) 同步(bù)工作(zuò)。利用ＧＰＳ接(jiē)收機Ｊｕｐｉｔｅｒ－Ｔ設計了一種(zhǒng)同步(bù)工作方式(shì)，成功地實現了(le)ＧＰＳ接收(shōu)機與(yǔ)成像(xiàng)光譜儀、激光測(cè)距系統同步工(gōng)作。

   關(guān)鍵詞(cí)： ＧＰＳ 成像光譜儀 ＣＰＬＤ 單片機(jī)

定位(wèi)系(xì)統ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）是利(lì)用美國的(de)２４顆ＧＰＳ地(dì)球衛(wèi)星所發射(shè)的信(xìn)息而建立(lì)的導(dǎo)航(háng)、定位、授(shòu)時系(xì)統。Ｊｕｐｉｔｅｒ－Ｔ ＧＰＳ接收機(jī)是ＣＯＮＥＸＡＮＴ ＳＹＳＴＥＭＳ 公司的(de)ＯＥＭ産品，并行(háng)１２通道(dào)，時間精度達(dá)２５ｎｓ，同時帶(dài)有與(yǔ)１ＰＰＳ上升沿對(duì)齊(qí)的１０ｋＨｚ頻率輸出(chū)，水平(píng)定位(wèi)精(jīng)度(dù)優于２．８ｍ。

航空遙感(gǎn)中，經(jīng)常(cháng)需要聯(lián)合多個 傳感器(qì) 同步(bù)工作，以便(biàn)一次得到地物(wù)更多(duō)更完善的(de)信息。例(lì)如(rú)，成像(xiàng)光譜儀能夠采(cǎi)集地(dì)物的(de)光譜信息，但是沒有(yǒu)位置信(xìn)息(xī)；激光(guāng)測距系統能夠(gòu)采集地物(wù)高度信息，但是(shì)沒有(yǒu)地物水平位置信息；ＧＰＳ接收機可以接收定(dìng)位系統衛(wèi)星數據從而得(dé)到載體三(sān)維位置，但是高度信息比(bǐ)較差(chà)；如果(guǒ)把三者結(jié)合起(qǐ)來，就可以(yǐ)得到同時帶有(yǒu)光譜信息和位(wèi)置信息的地物(wù)圖像數(shù)據。但是三者(zhě)結合起來(lái)，就必然存在一(yī)個工作同步的(de)問題，本文(wén)講述(shù)的就是用ＧＰＳ接收(shōu)機Ｊｕｐｉｔｅｒ－Ｔ實(shí)現這樣一個系(xì)統的同步(bù)工作。

１ 系統(tǒng)組成

本系(xì)統框圖如(rú)圖１所示。

成像光(guāng)譜儀和激光測(cè)距系(xì)統均采用(yòng)外觸(chù)發方式工(gōng)作，觸發波(bō)形分(fèn)别是５０Ｈｚ和２５Ｈｚ的方波(bō)，利用(yòng)Ｊｕｐｉｔｅｒ－Ｔ接收機的１０ｋＨｚ分(fèn)頻(pín)得到。由于(yú)采用同(tóng)一基(jī)頻分頻(pín)，且Ｊｕｐｉｔｅｒ－Ｔ的定位位置輸(shū)出又與(yǔ)１ＰＰＳ同步，１０ｋＨｚ與１ＰＰＳ上升沿對(duì)齊，事後可以通過(guò)内插得到(dào)含有位置(zhì)信息的光(guāng)譜(pǔ)圖像。所(suǒ)以，通過Ｊｕｐｉｔｅｒ－Ｔ，成像光譜儀、激光測距(jù)系統和(hé)ＧＰＳ位(wèi)置接(jiē)收三者可(kě)以同步工作(zuò)。

２ 同步控制卡(kǎ)的硬件電(diàn)路設計(jì)

系統同(tóng)步的核心是同(tóng)步控制卡，它主要由ＰＩＣ單(dān)片機１６Ｆ８７７、８Ｋ×８ｂｉｔ的(de)雙口ＲＡＭ ＣＹ７Ｃ１４４、ＣＰＬＤ Ａｌｔｅｒａ ＥＰＭ７１２８、ＰＣＩ９０５２芯片、ＤＣ－ＤＣ隔離(lí)電源模塊ＰＳ２５０ＤＣ５Ｄ５Ｓ、光耦(ǒu)６Ｎ１３７和Ｊｕｐｉｔｅｒ－Ｔ ＧＰＳ ＯＥＭ闆組成。

２．１ ＧＰＳ接收(shōu)機部(bù)分

Ｊｕｐｉｔｅｒ－Ｔ ＧＰＳ接(jiē)收機(jī)用于接收(shōu)ＧＰＳ衛星(xīng)定位(wèi)數(shù)據并提(tí)供１０ｋＨｚ的分(fèn)頻(pín)基準(zhǔn)。Ｊｕｐｉｔｅｒ－Ｔ可以提供納秒(miǎo)級的時(shí)間(jiān)對準(zhǔn)精度，在(zài)跟(gēn)蹤到(dào)一顆(kē)ＧＰＳ衛星(xīng)後就可(kě)以定時。外部(bù)接口爲标(biāo)準的(de)１０針接口，安裝天(tiān)線後(hòu)，隻(zhī)需(xū)在接收到(dào)發送定位(wèi)數(shù)據命令後就(jiù)可以(yǐ)按速率發(fā)送定位數(shù)據。

２．２ 分(fèn)頻部分

Ａｌｔｅｒａ ７１２８是(shì)一種(zhǒng)高性能的ＣＭＯＳ ＥＥＰＲＯＭ可編程邏(luó)輯器(qì)件，屬(shǔ)于ＭＡＸ７０００系列，可在線編程，１２８個宏單元(yuán)，工作頻(pín)率可達１７８．６ＭＨｚ。

本系(xì)統中(zhōng)ＥＰＭ７１２８主要(yào)用于(yú)分(fèn)頻，從１０ｋＨｚ分(fèn)頻得到成(chéng)像光譜儀和激光測(cè)距系(xì)統需要的(de)５０Ｈｚ和２５Ｈｚ。頻(pín)率使能信(xìn)号由(yóu)ＰＣＩ９０５２芯片提供(gòng)。

２．３ 通信部分

同步(bù)控制卡需(xū)要與(yǔ)計算機(jī)通信，通(tōng)信接(jiē)口采用ＰＣＩ總(zǒng)線，由(yóu)ＰＣＩ９０２實現(xiàn)。ＰＣＩ９０５２是ＰＬＸ公(gōng)司繼ＰＣＩ９０５０後推(tuī)出的(de)用于低成本适配器的總(zǒng)線目(mù)标接口芯(xīn)片。

整個系統何時開(kāi)始工作，可以通過計算機(jī)寫ＰＣＩ９０５２的(de)寄存器，通(tōng)知ＥＰＭ７１２８開始輸(shū)出頻率實(shí)現(xiàn)。

２．４ 定(dìng)位數(shù)據接(jiē)收部分

定位數(shù)據的接收利用單片機(jī)和雙口ＲＡＭ完成(chéng)。系統上電後(hòu)，ＰＩＣ１６Ｆ８７７單片機向Ｊｕｐｉｔｅｒ－Ｔ接(jiē)收機發出每(měi)秒一次(cì)的(de)定位數(shù)據命令(lìng)；Ｊｕｐｉｔｅｒ－Ｔ接到命(mìng)令後(hòu)，随即(jí)按的(de)頻率把接(jiē)收到的定位數據發(fā)送到單片機；單(dān)片機把(bǎ)接收到的定(dìng)位數(shù)據先存放(fàng)到雙口ＲＡＭ ７ＣＹＣ１４４，然(rán)後通(tōng)過ＰＣＩ總線存(cún)儲到(dào)計算(suàn)機的(de)硬盤上(shàng)。

同(tóng)步控(kòng)制卡(kǎ)的硬(yìng)件原(yuán)理(lǐ)框圖如圖２所(suǒ)示。

航(háng)空遙感工(gōng)作時(shí)，成(chéng)像(xiàng)光譜儀采(cǎi)用(yòng)推(tuī)帚式(shì)，每秒采集５０行地物數(shù)據(jù)，激光測(cè)距系統每秒采(cǎi)集２５行地物高程(chéng)數據，Ｊｕｐｉｔｅｒ－Ｔ每秒采集一次(cì)飛機的三(sān)維位置(zhì)數(shù)據，由(yóu)于所有的采集(jí)時刻都是(shì)脈沖(chòng)的上(shàng)升沿(yán)，而所(suǒ)有的脈(mò)沖上升(shēng)沿又(yòu)都(dōu)與Ｊｕｐｉｔｅｒ－Ｔ的１ＰＰＳ脈(mò)沖上升沿(yán)對(duì)準，所以(yǐ)整(zhěng)個(gè)系統(tǒng)可以同(tóng)步工作。

３ 軟件(jiàn)設計

Ａｌｔｅｒａ ＥＰＭ７１２８編程(chéng)采用ＶＨＤＬ語言，利用(yòng)ＭａｘＰｌｕｓ２開發系統進行(háng)編譯綜合。

ＰＩＣ單片機的開發用ＭｉｃｒｏＣｈｉｐ公(gōng)司的(de)ＭＰＬＡＢ ＩＣＤ調試工具(jù)和(hé)ＭＰＬＡＢ ＩＤＥ集成開發環(huán)境完成。

ＰＣＩ驅動程(chéng)序編寫的(de)工具(jù)比較多，常用的有微軟(ruǎn)的(de)ＤＤＫ、Ｎｕｍｅｇａ公司(sī)的ＶｔｏｏｌｓＤ和ＫＲＦ－Ｔｅｃｈ公司(sī)的ＷｉｎＤｒｉｖｅｒ。筆(bǐ)者采(cǎi)用ＷｉｎＤｒｉｖｅｒ編寫驅(qū)動。ＷｉｎＤｒｉｖｅｒ開發驅(qū)動程(chéng)序比(bǐ)較(jiào)簡(jiǎn)單，利用它的向導工(gōng)具，一般不(bú)需要(yào)具備Ｗｉｎｄｏｗｓ驅動(dòng)程序(xù)知識就能夠很(hěn)快開發出高質量的(de)驅動程序(xù)。

應用程序(xù)可以(yǐ)采用ＶＣ＋＋６．０編寫。

多 傳(chuán)感器 聯合是遙感發展的(de)一個(gè)趨勢(shì)，多 傳感器(qì) 同步是必須解(jiě)決的問題。本文提出的(de)方法，簡(jiǎn)便易行(háng)，精度也(yě)較高。但是(shì)隻适(shì)合所有的 傳感(gǎn)器 都采用外觸發工作的(de)遙感(gǎn)系統。