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航空遙感中利用 GPS 接(jiē)收機實現多 傳(chuán)感器同步工作
文章作者：徐衛明(míng) 舒 嵘
摘要： 航空遙感中經常需要實(shí)現多 傳(chuán)感器 同步工作。利用ＧＰＳ接收機(jī)Ｊｕｐｉｔｅｒ－Ｔ設計了一種同步工作方式，成功地(dì)實現了ＧＰＳ接收機與成像光譜(pǔ)儀、激光測距系統同步工作。
關鍵詞： ＧＰＳ 成(chéng)像光譜儀 ＣＰＬＤ 單片(piàn)機
定位系統ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）是利用美國的２４顆(kē)ＧＰＳ地球衛星所發射的信息而(ér)建(jiàn)立的導航、定位、授時系統。Ｊｕｐｉｔｅｒ－Ｔ ＧＰＳ接收(shōu)機是ＣＯＮＥＸＡＮＴ ＳＹＳＴＥＭＳ 公司的ＯＥＭ産(chǎn)品，并行１２通道，時間精度達(dá)２５ｎｓ，同時帶有與１ＰＰＳ上升沿對齊的１０ｋＨｚ頻率輸出，水平定位精度(dù)優(yōu)于２．８ｍ。
航空遙感中(zhōng)，經常需要聯合多個(gè)
傳感器
同步工作，以(yǐ)便一次得到地物更(gèng)多(duō)更完善(shàn)的信息。例(lì)如，成像光譜儀能夠采集(jí)地(dì)物的光譜信息，但是沒有位置信(xìn)息；激光測距系統能夠采集地物高度信息，但是沒有(yǒu)地物水平位置信息；ＧＰＳ接收機(jī)可以接收定位系統(tǒng)衛星數據從而得到載體三維位置，但是(shì)高度信息比較差；如果把三者(zhě)結合起來，就可以得到同時帶有光譜信(xìn)息(xī)和位置(zhì)信息的地物圖像(xiàng)數據。但是三者結合起(qǐ)來，就必然存在一個工作同步的問題，本(běn)文講述的就是用ＧＰＳ接收機Ｊｕｐｉｔｅｒ－Ｔ實現這樣一個系統的同(tóng)步工作。
１ 系統組成
本系(xì)統框圖如圖１所示。
成像光譜(pǔ)儀(yí)和(hé)激光測距系(xì)統(tǒng)均采用外觸發方(fāng)式(shì)工作，觸發波形分别是５０Ｈｚ和２５Ｈｚ的方(fāng)波，利用Ｊｕｐｉｔｅｒ－Ｔ接收機的１０ｋＨｚ分頻得到。由(yóu)于采用同一基頻分頻，且Ｊｕｐｉｔｅｒ－Ｔ的定位位置(zhì)輸出又與１ＰＰＳ同步，１０ｋＨｚ與１ＰＰＳ上升(shēng)沿對齊，事後可(kě)以通過内插得到含(hán)有位(wèi)置信息的光(guāng)譜圖像(xiàng)。所以，通過Ｊｕｐｉｔｅｒ－Ｔ，成像光譜(pǔ)儀、激光測(cè)距系統和ＧＰＳ位置接收三者可以同步工作。
２ 同步控制卡的硬件電路設計(jì)
系統同步的核(hé)心是同步控制卡(kǎ)，它主要由ＰＩＣ單片機(jī)１６Ｆ８７７、８Ｋ×８ｂｉｔ的雙口(kǒu)ＲＡＭ ＣＹ７Ｃ１４４、ＣＰＬＤ Ａｌｔｅｒａ ＥＰＭ７１２８、ＰＣＩ９０５２芯片、ＤＣ－ＤＣ隔離電(diàn)源模塊ＰＳ２５０ＤＣ５Ｄ５Ｓ、光耦６Ｎ１３７和Ｊｕｐｉｔｅｒ－Ｔ ＧＰＳ ＯＥＭ闆組成。
２．１ ＧＰＳ接收機部分
Ｊｕｐｉｔｅｒ－Ｔ ＧＰＳ接收機用于接(jiē)收ＧＰＳ衛(wèi)星定位數據并提供１０ｋＨｚ的分頻基(jī)準。Ｊｕｐｉｔｅｒ－Ｔ可(kě)以提供納(nà)秒級的時間對準精度，在跟蹤(zōng)到一顆(kē)ＧＰＳ衛星後就可以定時。外部接口爲标(biāo)準的１０針接口，安裝(zhuāng)天線後，隻需在接收到發送定位數據命令後就可以按速率發送(sòng)定位數據。
２．２ 分頻部分(fèn)
Ａｌｔｅｒａ ７１２８是一種高性能(néng)的ＣＭＯＳ ＥＥＰＲＯＭ可編程(chéng)邏輯器件，屬于ＭＡＸ７０００系列，可在線編(biān)程，１２８個宏單元，工作頻率可達１７８．６ＭＨｚ。
本系統中ＥＰＭ７１２８主要用于分頻，從１０ｋＨｚ分頻得到成像光譜儀和激光測距系統需要的５０Ｈｚ和２５Ｈｚ。頻率使能信号由ＰＣＩ９０５２芯片提供。
２．３ 通信部(bù)分
同步控制卡需要與計算機通信，通信接口采用ＰＣＩ總線，由ＰＣＩ９０２實現。ＰＣＩ９０５２是ＰＬＸ公司繼ＰＣＩ９０５０後推出的用于低(dī)成本适配器的總(zǒng)線目标接口芯片。
整個系統(tǒng)何時開始工(gōng)作，可以(yǐ)通(tōng)過計算機寫ＰＣＩ９０５２的寄存器，通知ＥＰＭ７１２８開始輸出頻率(lǜ)實現。
２．４ 定位(wèi)數據接收(shōu)部分
定位(wèi)數據的接收利(lì)用單片機和雙口ＲＡＭ完成。系統上電後(hòu)，ＰＩＣ１６Ｆ８７７單片機向Ｊｕｐｉｔｅｒ－Ｔ接收機發出每秒一次的定位數據命令；Ｊｕｐｉｔｅｒ－Ｔ接到(dào)命令後，随即按(àn)的頻(pín)率把接收到的定位數據發(fā)送(sòng)到單片機；單片機把接收到的定位數據先存放到雙口ＲＡＭ ７ＣＹＣ１４４，然後通(tōng)過ＰＣＩ總線(xiàn)存儲到計算機(jī)的硬盤上。
同步(bù)控制(zhì)卡的硬件原理框(kuàng)圖如圖２所示(shì)。
航空(kōng)遙感工作時，成像光(guāng)譜儀采用推帚式，每秒采集５０行(háng)地(dì)物數據(jù)，激光測距(jù)系統每秒采集(jí)２５行地物高程數據，Ｊｕｐｉｔｅｒ－Ｔ每(měi)秒采集一次飛機的三維位置數據(jù)，由于所有的采集時(shí)刻都是脈沖的(de)上升沿，而(ér)所有的脈沖上升沿又(yòu)都與Ｊｕｐｉｔｅｒ－Ｔ的１ＰＰＳ脈沖上升沿對準，所以整個系統可以同步工作。
３ 軟件設計
Ａｌｔｅｒａ ＥＰＭ７１２８編程采(cǎi)用ＶＨＤＬ語言，利用ＭａｘＰｌｕｓ２開發系統進行編譯綜(zōng)合。
ＰＩＣ單片機的開發用ＭｉｃｒｏＣｈｉｐ公司的(de)ＭＰＬＡＢ ＩＣＤ調試工具和ＭＰＬＡＢ ＩＤＥ集成開發環境完成(chéng)。
ＰＣＩ驅(qū)動程序編寫的工具比較多，常用的有(yǒu)微軟的ＤＤＫ、Ｎｕｍｅｇａ公司的ＶｔｏｏｌｓＤ和ＫＲＦ－Ｔｅｃｈ公司的ＷｉｎＤｒｉｖｅｒ。筆者采用ＷｉｎＤｒｉｖｅｒ編寫(xiě)驅動。ＷｉｎＤｒｉｖｅｒ開發驅動程序比(bǐ)較簡單，利用它的向導(dǎo)工具，一般不需要具備Ｗｉｎｄｏｗｓ驅動程序知識就能夠很快開發出高(gāo)質量的驅動程序。
應用程序可以采(cǎi)用ＶＣ＋＋６．０編寫。
多 傳感(gǎn)器 聯合是遙感發展的一(yī)個趨勢，多 傳感器 同步(bù)是必須(xū)解決的問題。本文(wén)提出的方法，簡便易行，精度(dù)也較(jiào)高。但是隻适合所有(yǒu)的 傳感器 都采用外觸發工作的遙(yáo)感系(xì)統。
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