摘? 要: 航空遙感中經常需要實現傳感器" title="多傳感器">多傳感器同步工作。利用GPS接收機Jupiter-T設計了一種同步工作方式,成功地實現了GPS接收機與成像光譜儀、激光測距系統" title="測距系統">測距系統同步工作。
關鍵詞: GPS? 成像光譜儀? CPLD? 單片機
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全球定位系統GPS(Global Positioning System)是利用美國的24顆GPS地球衛星所發射的信息而建立的導航、定位、授時系統。Jupiter-T GPS接收機是CONEXANT SYSTEMS 公司的OEM產品,并行12通道,時間精度達25ns,同時帶有與1PPS上升沿" title="上升沿">上升沿對齊的10khz頻率輸出,水平定位精度優于2.8m。
航空遙感中,經常需要聯合多個傳感器同步工作,以便一次得到地物更多更完善的信息。例如,成像光譜儀能夠采集地物的光譜信息,但是沒有位置信息;激光測距系統能夠精確采集地物高度信息,但是沒有地物水平位置信息;GPS接收機可以接收全球定位系統衛星數據從而得到載體三維位置,但是高度信息比較差;如果把三者結合起來,就可以得到同時帶有光譜信息和位置信息的地物圖像數據。但是三者結合起來,就必然存在一個工作同步的問題,本文講述的就是用GPS接收機Jupiter-T實現這樣一個系統的同步工作。
1 系統組成
本系統框圖如圖1所示。
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成像光譜儀和激光測距系統均采用外觸發方式工作,觸發波形分別是50Hz和25Hz的方波,利用Jupiter-T接收機的10khz分頻" title="分頻">分頻得到。由于采用同一基頻分頻,且Jupiter-T的定位位置輸出又與1PPS同步,10khz與1PPS上升沿對齊,事后可以通過內插得到含有位置信息的光譜圖像。所以,通過Jupiter-T,成像光譜儀、激光測距系統和GPS位置接收三者可以同步工作。
2 同步控制卡" title="控制卡">控制卡的硬件電路設計
系統同步的核心是同步控制卡,它主要由PIC單片機16F877、8K×8bit的雙口RAM CY7C144、CPLD Altera EPM7128、PCI9052芯片、DC-DC隔離電源模塊PS250DC5D5S、光耦6N137和Jupiter-T GPS OEM板組成。
2.1 GPS接收機部分
Jupiter-T GPS接收機用于接收GPS衛星定位數據并提供10khz的分頻基準。Jupiter-T可以提供納秒級的時間對準精度,在跟蹤到一顆GPS衛星后就可以定時。外部接口為標準的10針接口,安裝天線后,只需在接收到發送定位數據命令后就可以按指定速率發送定位數據。
2.2 分頻部分
Altera 7128是一種高性能的CMOS EEPROM可編程邏輯器件,屬于MAX7000系列,可在線編程,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。頻率使能信號由PCI9052芯片提供。
2.3 通信部分
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后推出的用于低成本適配器的總線目標接口芯片。
整個系統何時開始工作,可以通過計算機寫PCI9052的寄存器,通知EPM7128開始輸出頻率實現。
2.4 定位數據接收部分
定位數據的接收利用單片機和雙口RAM完成。系統上電后,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接到命令后,隨即按指定的頻率把接收到的定位數據發送到單片機;單片機把接收到的定位數據先存放到雙口RAM 7CYC144,然后通過PCI總線存儲到計算機的硬盤上。
同步控制卡的硬件原理框圖如圖2所示。
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航空遙感工作時,成像光譜儀采用推帚式,每秒采集50行地物數據,激光測距系統每秒采集25行地物高程數據,Jupiter-T每秒采集一次飛機的三維位置數據,由于所有的采集時刻都是脈沖的上升沿,而所有的脈沖上升沿又都與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編程采用VHDL語言,利用maxplus2開發系統進行編譯綜合。
PIC單片機的開發用microchip公司的MPLAB ICD調試工具和MPLAB IDE集成開發環境完成。
PCI驅動程序編寫的工具比較多,常用的有微軟的DDK、Numega公司的vtoolsd和KRF-Tech公司的windriver。筆者采用windriver編寫驅動。Windriver開發驅動程序比較簡單,利用它的向導工具,開發者一般不需要具備Windows驅動程序知識就能夠很快開發出高質量的驅動程序。
應用程序可以采用VC++6.0編寫。
??? 多傳感器聯合是遙感發展的一個趨勢,多傳感器同步是必須解決的問題。本文提出的方法,簡便易行,精度也較高。但是只適合所有的傳感器都采用外觸發工作的遙感系統。
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參考文獻
1 Jupiter-T 數據手冊. Navman Inc
2 PCI9052 Data Book,Version 2.0. PLX Technology Inc, September. 2001
3 竇振中.PIC系列單片機原理和程序設計.北京:北京航空航天大學出版社,2001
4 李學海. PIC單片機實用教程——基礎篇.北京:北京航空航天大學出版社,2002