gps快速定位定向系统的研制及实现

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1、GPS快速定位定向系统的研制及实现GPS快速定位定向系统的研制及实现杨永平,刘慧玲,尹宝明(1.云南省电力设计院.云南昆明.650011;2.北方自动控制技术研究所.山西太原030006)摘要:介绍了GPS快速定位定向系统的软,硬件设计方案.对开发该系统的关键技术,包括投影变换,数据通讯和求解整周模糊度,进行了较深入的研究.通过系统实际测试,得出部分有益的结论,表明该系统的研制是成功的,在GPS测姿领域具有广阔的应用前景.关键词:全球定位系统(GPS);定位定向系统;投影变换;数据通信;控制器局域网络(CAN);整周模糊度中图分类号:P228文献标识码:A文

2、章编号:1008-9268(2007)02—0012-051引言由于GPS具有全球地面连续覆盖,全天候,功能多,抗干扰性能好等特点,近几年GPS卫星定位(包括单点定位和差分定位)技术已在测绘,交通,勘测,搜救,探险等领域得到了广泛应用,并取得了可喜成果.同时,GPS定向技术应用也正如火如荼,比如车载,机载,船载等的GPS姿态测量应用.本文利用GPSOEM板成功开发了GPS快速定位定向系统(以下简称系统),较好地应用了GPS定位与定向技术,实现了GPS双天线定向的功能,并对其性能进行了实际测试,效果良好.2系统研制2.1系统硬件选型GPS快速定位定向系统硬件主

3、要由PC104工控机,GPSOEM板,气压测高仪,显示屏,键盘和供电单元组成,如图1所示.其中PC104工控机为嵌入式PC模块,与IBM-PC100兼容,秉承了IBM～PC开放式总线结构的优点,为设计应用提供了标准的,高可靠的,功能强大的,方便使用的系统组件.GPSOEM板选用美国JAVAD公司生产的双频Euro-GDAOEM板,该OEM板卫星通道数为20,具有很强的抗多径效应能力和卫星失锁后快速重捕获能力,它是目前GPS市场上实现载波相位差分定向性价比较高的一款OEM板;GPS天线选用卫星接收性能可靠的美国MarANT天线.为了弥补GPS测高精度低的不足,

4、系统配有气压测高仪,该测高仪选用性价比较高的国产智能气压传感器,通过测试大气压力,可将气压值转换为当地海拔高程并经串口输出.供电单元选用可持续供电6h以上的国产锂电池.12收稿日期:2006-12-11图lGPS快速定位定向系统组成框图GNSSWorldofChina/2007.22.2系统软件设计系统软件采用面向对象的计算机程序设计语言TC++3.0进行开发,由于该语言具有简洁,紧凑,使用方便,灵活,执行效率高,程序可移植性好,生成目标代码质量高等特点另外,C语言具有低级语言的许多功能,允许直接访问物理地址,能进行位操作,可直接对硬件操作,所以它是开发GP

5、SOEM板和进行数据通信的理想编程语言.根据模块化程序设计方法及系统开发特点可将系统软件设计为1个总控模块和5个功能子模块,见图2GPS快速定位定向系统软件总体结构图,各模块可实现如下主要功能:(1)总控模块:这是系统软件的主控部分,完成对各子模块的合理控制与调用.(2)GPS定位定向解算功能:包括GPS定位解算功能和定向解算功能,这是开发系统软件的核心模块.其中,GPS定位解算主要完成系统双天线位置(比如大地坐标和平面直角坐标)的解算任务,而GPS定向解算则是实现系统双天线所连基线的坐标方位解算功能.(3)高程转换功能:利用二次曲面函数法将气压测高仪所测高

6、程转换为我国现在采用的"1985国家高程基准"高程.(4)显示功能:将系统双天线三维位置信息(X,Y,H)及基线方位信息实时显示在显示屏上.(5)信息输出功能:包括CAN口输出和串口输出两个子功能.通过标准RS232串口和控制器局域网络CAN(ControllerAreaNetwork)口,完成系统位置及方位信息的输出功能,供外部设备使用.(6)退出功能:结束系统程序软件.图2GPS快速定位定向系统软件总体结构图3关键技术3.1投影变换由于GPSOEM接收机提供的是WGS-84空间大地坐标,而我国一般采用的是经高斯投影变换后的平面直角坐标,故必须进行坐标投影

7、变换.在此,本系统采用如下高斯投影计算公式:—x+zNsinBc.sB/2+Z'NsinBc.s.B(5一产+19矿+4矿)/24+/NsinBeossB(61--58t2+t4)/720Iy=lNeosB+l.NeossB(1--t2+矿)/6+ll.Neos~B(5--18产+t4+14~-58~产)/120I(1)式(1)中,N一口/r=,为卯酉圈曲率半径;￡一tanB;=PcosB;z—L--Lo,Lo为中央子2007.2/全球定位系统午线经度;子午线弧长X可用下式计算:x—c1=岛B+(/~cosB+cos.B+/~cos.B+$cosB)sinB

8、](2)式(2)中,岛=一+一飞+=岛一1一15L面