航空遙感接收機GPS分析論文

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摘要：航空遙感中經常需要實現多傳感器同步工作。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、激光測距系統同步工作。

關鍵詞：GPS成像光譜儀CPLD單片機

全球定位系統GPS（GlobalPositioningSystem）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－TGPS接收機是CONEXANTSYSTEMS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。

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RAMCY7C144、CPLDAlteraEPM7128、PCI9052芯片、DC－DC隔離電源模塊PS250DC5D5S、光耦6N137和Jupiter－TGPSOEM板組成。

2．1GPS接收機部分

Jupiter－TGPS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

Altera7128是一種高性能的CMOSEEPROM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RAM7CYC144，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。

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。

圖2同步控制卡硬件原理圖

3軟件設計

AlteraEPM7128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MPLABICD調試工具和MPLABIDE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。