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基于DSP的DGPS导航定位系统的设计与实现
2007-07-04 11:48   来源:
摘要:

   摘  要:介绍了DCPS导航定位系统的工作原理,提出了一种基于DSP的DGPS系统设计方案。通过开发以DSP为核心的软硬件系统,与GPS接收机和无线数据收发设备共同组建了DGPS精确定位系统。

关键词:DGPS  导航系统  DSP微处理器  数据通信

全球定位系统GPS(Global Positioning System)是一种无线电导航系统,它不仅具有全球性、全天候和连续的精密三维定位能力,而且还能实时对运载体的速度、姿态进行测定以及精密授时。目前,几乎所有需要导航、定位的用户,都被GPS的高精度、全天候、全球覆盖、方便灵活和优质价廉所吸引。

目前,GPS系统提供的定位精度小于10米,为了得到更高的定位精度,通常采用差分GPS(即DGPS)技术。DGPS相对于GPS能为用户的导航定位精度带来数量级的提高,在飞机精密进场着陆、无人机、弹道轨迹测量、车辆定位导航等航空、航天、航海及车载领域得到应用。

DSP是一种用于处理数字信号的微处理器,随着半导体制造工艺的发展和计算机体系结构等方面的改进,DSP芯片的功能也越来越强大。由于DSP在运算速度上的优势及其可编程和易于实现自适应处理的特点,使其在嵌入式系统开发中占有一席之地。

本文介绍利用DSP高速处理、可编程性能及其在软硬件上的设计实现的一种有别于一般DGPS导航系统的系统。

1 DGPS工作原理及其系统分析

1.1 DGPS工作原理

DGPS选择一个位置精确的已知点作为GPS接收机基准站,其余GPS接收机(移动站)分别设置在需要测定其位置的载体上。根据基准点的已知精确坐标,可以求出定位结果的坐标改正数或距离观测值的改正数。通过基准站和移动站之间的数据链,将这些改正数实时传    送给移动站,使移动站的GPS接收机的定位结果或伪距观测量得到改正。其目的是消除公共误差项,有效地减弱相关误差的影响,以获得精确的定位结果,从而提高定位精度。

1.2系统分析

一般的DGPS导航系统,其基站由GPS接收机、实时控制计算机和无线发射机组成;移动站由GPS接收机、实时控制计算机(一般为PC机或工控机)和无线接收机组成。这种DGPS系统由于受单工通信的限制,移动站不能将其精确定位数据回传给基站.导致基站不能实时观测移动站的运行状态。

要实现移动站数据的回传,则必须在基站和移动站之间建立两条通信数据链路,即差分修正信息的通信链路和差分GPS定位信息的通信链路。若基站和移动站分别采用无线发射机和无线接收机同时工作,由于两个频率的收发设备同时工作,则会产生无线数据链路的干扰。采用双工电台则能避免这种干扰的产生。

若实时控制计算机采用PC机或工控机,则计算机必须具备3个串口才能完成与GPS接收机2个串口(用于差分信息及定位信息的通信)和双工电台1个串口之间的数据通信,以实现DGPS定位和数据的回传。但是一般的PC机和工控机很难具备3个串口。

基于以上分析,本DGPS导航定位系统采用自主研制的DSP系统作为实时控制计算机,以双工电台作为无线数据收发设备来组建和实现。

2系统组成及其功能

2.1系统组成

系统由基站设备和移动站设备两部分构成。基站和移动站各自都由GPS接收机、DSP系统和半双工电台组成。

基站GPS接收机采用了NCT2000 D。NCT2000 D是美国NavCom公司采用最先进的独有专利技术研制的,接收机能持续地建立差分GPS实时修正的标准并能兼容WAAS/EGNOS的双频GPS。移动站GPS接收机采用NovAtel公司的SUPERSTARII,它特别为低成本、高可靠定位的应用而设计。SUPERSTARⅡ可在苛刻的条件(如树叶遮挡、城市高楼林立)下提供高可靠性和优异性能。它易于集成.并可通过软件升级为WAAS。

在基站和移动站中,以TMS320C6713为核心的DSP系统和半双工数据传输电台WDS4710分别用于实现实时通信控制和无线收发功能,从而完成GPS差分修正信息(符合RTCM SC—104标准)和GPS定位数据(符合NMEA —83标准)的实时、准确传输。

系统组成及其数据链路如图1所示。

 

图1 差分GPS系统数据链路图

 

2 .2功能

系统利用DSP系统的三个串口与电台及GPS接收机进行数据通信,实现移动站DGPS的差分定位和移动站的精确定位数据的实时回传。

当将DSP系统用在基站时,  串口2接收GPS接收机的RTCM差分信息,通过串口1向电台发送:串口1接收电台接收到移动站差分定位后的NMEA信息,再通过串口3发送到基站设备,以供基站对移动站的实时遥测或保存数据进行事后处理。

当将DSP系统用在移动站时,串口1接收电台接收到基站发送的RTCM修正数据, 再通过串口3发送给GPS接收机;GPS接收机在差分修正后,将NMEA信息发送给串口2,串口1将串口2接收到的数据发送给电台,电台将这些数据发送。

3 DSP应用系统设计

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