GPS模块在便携式导航系统中的应用(2)

GPS系统应用

的 传 播 时 间 ， 并 利 用 GPS 卫 星 在 轨 的 已 知 位 置 解 算 出 接 收 机 天 线 所 在 位 置 的 三 维 坐 标 。 而 动 态 定 位 则 是 用 GPS 接 收 机 测 定 一 个 运 动 物 体 的 运 行 轨 迹 。 GPS 信 号 接 收 机 所 在 的 运 动 物 体 叫 做 载 体 ( 如 航 行 中 的 船 舰 ， 空 中 的 飞 机 ，行 走 的 车 辆 等 )。由 于 载 体 上 的 GPS 接 收 机 天 线 在 跟 踪 GPS 卫 星 的 过 程 中 将 相 对 地 球 而 运 动 ， 这 样 ， 接 收 机 用 GPS 信 号 就 可 实 时 地 测 量 运 动 载 体 的 状 态 参 数 ( 瞬 间 三 维 位 置 和 三 维 速 度 ) 。 接 收 机 硬 件 、机 内 软

件 以 及 GPS 数 据 的 后 处 理 软 件 包 构 成 了 完 整 的 GPS 用 户 设 备 。GPS 接 收 机 的 结 构 分为天线单元和接收单元两大部分。对于测地型接收机来说，两个单元一般分成两个独立的部件，观测时 将天线单元安置在测站上，接收单元则置于测站附近的适当地方，并用电缆线将两者连接成一个整机。实 际上，也可以将天线单元和接收单元制作成一个整体，而在观测时将其安置在测站点上。 GPS 接 收 机 一 般 用 蓄 电 池 做 电 源 ， 同 时 采 用 机 内 机 外 两 种 直 流 电 源 。 设 置 机 内 电 池 的 目 的 在 于 更 换 外 电池时不中断连续观测。在用机外电池的过程中，机内电池自动充电。关机后，机内电池为RAM存储器 供电，以防丢失数据。 2、 TU-30 GPS 模 块 简 介 TU-30 模 块 是 美 国 罗 克 韦 尔 公 司 的 GPS 产 品 ， 其 特 点 是 体 积 小 、 接 口 简 单 、 可 靠 性 好 。 模 块 的 组 织 结 构 是 一 个 用 于 接 收 GPS 信 号 的 单 片 机 小 系 统 。 GPS 信 号 接 收 部 分 由 Rockwell 自 行 设 计 开 发 的 芯 片 及 其 外 围 电 路 组 成 。 其 控 制 内 核 是 一 个 DSP 处 理 器 ， 该 处 理 器 具 有 很 强 的 数 据 运 算 处 理 能 力 ， 并 有 两 个 串 口 和 时 钟 输 出 ； 外 围 电 路 有 实 时 时 钟 ， 并 带 有 E2PROM( 保 存 重 要 参 数 ) 、 SRAM、 ROM 等 存 储 器 ， 可 对 相 关 重 要 信 息 数 据 进 行 存 储 、 交 换 ； 此 外 ， 还 留 有 DGPS 接 口 。 该 模 块 的 卫 星 采 集 启 动 方 式 分 为 4 种 模 式 ： 热 启 动 方 式 、 初 始 启 动 方 式 、 冷 启 动 方 式 、 冻 结 启 动 方 式 ； 而 导 航 模 式 则 有 3 维 模 式 、 2 维 模 式 和 DG-PS 模 式 s 种。图 1 所示是该模块的硬件结构。 TU-30 GPS 模 块 留 有 天 线 接 口 ，可 以 用 同 轴 电 缆 与 天 线 进 行 连 接 ，天 线 可 延 长 30 米 。此 外 ，它 还 留 有 20Pin 应 用 接 口 ， 可 方 便 地 与 单 片 机 、 PC 机 等 设 备 进 行 接 口 。 表 1 TU-30 GPS 的 模 块 中 的 20 针 接 口 定 义

接 口 Pin1 Pin2 Pin3 Pin5 Pin7 Pin8 Pin11

功

能

前置放大电源输入 5V 电源输入 电池电源输入 主复位输入 NMEA 协议选择 ROM 默认选择 串口 1 数据输出

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Pin12 Pin14 Pin15 Pin19 Pin20 Pin4,6,9,17 Pin10,13,16,18

串口 1 数据输入 串口 2 数据输出 串口 2 数据输入 1PPS 时间标志输出 10kHz 时钟输出 无连接 NC 接地

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GPS 模 块 的 串 行 数 据 接 口 规 范

GPS 模 块 的 应 用 关 键 在 于 串 口 通 信 协 议 的 制 定 ， 也 就 是 模 块 的 相 关 输 入 输 出 协 议 格 式 。 它 主 要 包 括 数 据 类 型 与 信 息 格 式 ， 其 中 数 据 类 型 主 要 有 二 进 制 信 息 和 NMEA全 国

海 洋 电 子 学 会 数 据 信 息 。 这 两 类 信 息 可 以 通 过 串 口 与 GPS 接 收 机 进 行 通 信 。 这 里 重 点 介 绍 TU-30 的 二 进 制 信 息 字 格 式 与 字 结 构 。 TU-30 的 传 输 速 率 为 9000pbs, 无 奇 偶 校 验 ， 有 8 位 数 据 位 ， 1 位 停 止 位 。 其 二 进 制 信 息 字 格 式 包 括 信 息 头 、 头 校 验 、 数据、数据校验等。 TU-30 中 的 每 个 信 息 都 有 头 ， 但 不 一 定 有 数 据 ， 信 息 的 应 答 和 请 求 以 头 的 形 式 完 成 。 二 进 制 信 息 头 通 常由如下五个字组成： Word1: 1000 0001 1111 1111; Word2: 信 息 ID; Word3: 数 据 子 计 数 ； Word4: 应 答 / 无 应 答 ； Word5: 头 校 验 。 头校验计算公式为：

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一般情况下，二进制信息数据由如下4个字组成： Word6：触发； Word7：间隔； Word8：偏移量； Word9：数据校验。 头校验计算公式为：

TU-30中的每个字均为16位，有无符号整型和有符号整形之分。按字长又可分为单精度（16bit）、双精度（32bit）和三精度（48bit）。保留位输入时为0，独立定义位域标志位时可为0或1。

TU-30中的输出信息如下：

信息位置状态输出（经度、纬度、时间、高度等）；

信息ID为1000，信息长度为55个字；

ECEF 状态输出：信息ID为100，信息长度为54个字；

通道摘要信息ID为1002，信息长度为51个字；

通道测量信息ID为1007，信息长度为154个字；

…

用户设置输出：信息ID为1012，信息长度为22个字；

内建测试结果：信息ID为1100，信息长度为20个字；

测量时间标记：信息ID为1102，信息长度为253个字；

串口通信参数：信息ID为1130，信息长度为21个字；