GPS载波相位测量定位设备的设计与实现

GPS载波相位测量定位设备的设计与实现 GPS载波相位测量定位设备的设计与实现 总第3l卷第1期 2008年6月 时间频率 JournalofTimeandFrequency Vo1.31No.1 Juue.20o8 6PS载波相位测量定位设备的设计与实现 许林生,高玉平,王宏远 (中国科学院国家授时中心,陕西西安710600) 摘要:介绍了一种GPS载波相位测量定位设备的设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 和原理.该设备由Mcs一51单片机, 摩托罗拉VPGPSOEM板,高速CMOS电路,非易失存储器和A/D转换器等组成.该设备具有测 量精度高,能耗低,体积小,重量轻,操作灵活简便,抗干扰能力强,能自动 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 长时间 测量数据等特点. 关键词:GPS载波相位;测量;定位;硬件;程序设计 中图分类号:TN965.6 文献标识码:A文章编号:1001—1544(2008)O1—001O一07 1引言 根据工作需要,我们曾经成功研制了单频GPS载波测量设备(ST1型),它可满足精确测定两接 收机天线相对位置的要求,可广泛应用于大地测量,地震形变监测,工程测量,地形测量等精密测量 场合.该设备利用GPS载波相位测量技术,通过跟踪测量卫星载波信号,测距码信号及数据码信号, 获得伪距和载波相位观测值,采用差分处理方法,可大幅度提高基线测量精度.测 量定位设备的基线 测量精度为:10mm+2ppmxL(基线长度).本文主要介绍该单频GPS载波相位测量定位设备的软硬 件设计与实现,并给出测量结果. 2GPS载波相位测量定位设备的硬件设计 该GPS载波相位测量定位设备的设计要求是:能在宽温度范围内(一20%,70?)工作;整机功 耗要低(<2W),应保证蓄电池在充电后连续工作时间不少于20h;重量轻(主机0.5Kg),体积小 (16.5cmx13.5amX6cm),安装方便,具有欠压告警,内存满告警等状态指示;如果数据采样间隔 设置为15S,可记录3O多个小时的测量数据(对2Mbit存储器而言);能保证工作人员在户外测量时 灵活操作并实现一键(开关)操作.采用红,绿,黄3个发光二极管作为工作状态显示.蓄电池的输 收稿日期:2007—12"01;修回El期:2008—04—15 作者简介:许林生,男,研究员,主要从事无线电授时技术与方法研究. 1期许林生等:GPS载波相位测量定位设备的设计与实现 出电压(11,34v)经两级稳压后输出稳定的5V电压供给该设备.整机最大电流为300mA,电源 测量电路随时自动检测蓄电池的电压,当低于规定的工作电压值时,黄色指示灯会不停地闪烁,提示 操作人员更换蓄电池,以保证测量数据不会丢失. 该设备由MCS一51系列单片机,摩托罗拉VPGPSOEM板,低功耗,高速CMOS电路,非易失存 储器,以及AID转换器等组成.当该设备设置在测量状态时,单片机的P1.5控制通讯逻辑电路允许 与GPSOEM板接通,并发出测量所需参数的控制命令,包括启动伪距和星历以及 位置/状态/时间等 控制命令;单片机实时检测由A/D转换器和状态控制电路,逻辑电路组成的蓄电池电压测量电路, 如低于规定的工作电压值时,发出告警(此时该设备还能再工作30min). 单片机AT89C51DCM82ooO 图1GPS载波相位测量定位设备硬件原理图 12时间频率总31卷 图1是该设备的硬件原理框图.图中的测量一通讯控制电路是为选择工作状态而设计的,通常选 择在测量位置(如果测量结束而且需要进行通讯时,控制电路选择成通讯位置).设备加电之后,黄 色指示灯亮,大约60s后,红色指示灯亮.此时设备进行跟踪搜索卫星,如果跟踪卫星数大于3颗, 该设备则自动将本次开始测量的时间,测量点的位置等信息保存在非易失存储器.单片机采集GPS 卫星时钟信息,判断测量开始的时刻是否是o0或30.,满足此条件后黄色指示灯灭(P1.2控制), 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明该设备开始采集数据并记录,红色指示灯一直亮(P1.4控制),直到关机为止.设备加电后,通常 应在2min后发出工作正常的指示(黄灯灭,红灯亮),如果黄灯和红灯都亮(收到的卫星数少于3 颗),操作人员应检查设备的天线,判断是否在某个方向上受到周围物体的遮挡而影响卫星信号的正 常接收,从而决定是否需要调整天线的位置. 非易失存储器的片选由P3.4控制,当存储器存满数据后,黄色指示灯和绿色指示灯(P1-3控制) 同时亮,而后同时灭,反复如此,提醒操作人员应该关机.通常,如果选择GPSOEM板每15S输出 一 次伪距数据,存储器就可存储3O多个小时的数据量(通常存储器设计容量为2Mbit,存储器容量 可扩大到16Mbit). 3GPS载波相位测量定位设备的软件设计 GPS载波相位测量定位设备软件由两部分组成: 1)用MCS一51汇编语言编写该测量定位设备的控制程序,其流程参见图2;该设备的通讯程序 (接主控程序)的流程如图3所示. 2)设备的通讯口设计成RS一232串行接口,PC机通过串行口接收该测量定位设备传输的记录数 据,按日期,时间和不同的机号自动形成以二进制格式存储的数据文件.PC机通讯程序是用c语言 编写的,其流程参见图4.该测量定位设备进行通讯时,绿色指示灯亮,设置串行接口通讯波特率为 9600bit/s,数据位8bit,起始位1b",停止位1bit,无校验位.我们采用的校验方法是:将该测量 定位设备每256个字节的校验和发送到Pc机,Pc机计算接收来的256个字节并产生的Pc机校验和 与所接收的该测量定位设备发送来的校验和是否相等,如果不等,则PC机给该测量定位设备发送一 个约定字符,该测量定位设备重新发送一页数据;如果上述两校验和相等,则发送另一个特征字符. 这样就保证了测量数据准确无误地传输到PC机.该测量定位设备先发送3个字节(段地址,高位地 址,低位地址)给Pc机,便于计算应接收的字节数.规定当数据接收达到32K字节后,该测量定 位设备的黄色指示灯亮,Pc机将接收数据存入硬盘,完毕后黄色指示灯灭.重复上述动作直到该测 量定位设备的数据全部送完,程序重新返回到键入值判断,从而决定是否需要传输另一台测量定位设 备的测量数据(测量定位设备共3台). 1期许林生等:GPS载波相位测量定位设备的设计与实现13 图2测量定位设备控制流程图 14时间频率总3l卷 图3测量定位设备通讯程序流程图 1期许林生等:GPS载波相位测量定位设备的设计与实现15 图4PC机通讯流程图 16时间频率总3l卷 4GPS载波相位测量定位设备的测量结果 GPS载波相位测量定位设备的测量精度与接收天线,测量定位设备对卫星信号处理的精度及数据 处理软件的完善性有关.我们采用了比对法,即分别用煤航集团测绘工程院的两台Leica300双频 GPS接收机和两台单频ST1进行测量比对.在测量中,天线支架位置固定不变,只需交换接收天线. 经处理后的测量精度为(详细测量数据请看参考文献[3]): Leica300测得短基线长度:=15.4669m;ST1测得短基线长度:=15.4675In;互差为0.000611'1. Leica300测得中基线长度:_3842.539011"1;ST1测得中基线长度:L=3842.5499m; 互差为0.0109m. Leica300的标称精度:5mm+1ppm×厶ST1的测量精度达到:10mm+2ppmX. 可见,GPS载波相位测量定位设备观测结果与Leica300接收机观测结果间的差异很小.需要说 明的是我们开发的测量型GPS载波相位测量定位设备,其测量精度指标与国外同 类型接收机相当, 而且ST1体积小,重量轻,操作灵活简便,抗干扰能力强,价格也仅为国外的1/3多年 的使用证明, 该测量定位设备稳定可靠. 参考文献: [1】1何立民.单片机应用系统设计】.北京:北京航空航天大学出版社,1990. [2】钱天爵,瞿学林.GPS全球定位系统及其应用D仰.北京:海潮出版社,1994. [3]煤航工程测绘院.ST-1接收机检测 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 [z].西安:煤航工程测绘院,2000. [4]高玉平.GPS接收机天线相位中心偏差的检测叨.陕西天文台台 刊,2001,24(2):121—126. [5】MotorolaIne.MotorolaOncoreUser'8Guide[z].USA:MotorolaIne,1997. DesignandManufactureofaGPSCarrierPhase MeasurementPositioningDeviceSystem XULin—sheng,GAOYu—ping,WANGHong—yuan (NationalTimeServiceCenter,ChineseAcademyofSciences,Xi'an,Shaanxi710600,China) Abstract:ThedesignandprincipleofaGPS(globalpositioningsystem)carrierphasemeasurement positioningdeviceisintroduced.TheGPScarderphasemeasurementpositioningdeviceiscomposedof MOTOROLAVPboard,single— chipcomputer,nonvolatilememoryandA/Dconverter.Thisdevicehassuch characteristicsasllighmeasurementprecision,lowpowerdissipation,lightweight,convenientandflexible operation,anti-jammingcapabilities,andautomaticalrecordingoflong—termdata. Keywords:GPScarrierphase;measurement;positioning;hardware;programdesign