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航空遥感中利用GPS接收机实现多传感器同步工作

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

摘要:航空遥感中经常需要实现多传感器同步工作。利用GPS接收机Jupiter-T设计了一种同步工作方式,成功地实现了GPS接收机与成像光谱仪、激光测距系统同步工作。
  关键词:GPS成像光谱仪CPLD单片机
  
  全球定位系统GPS(GlobalPositioningSystem)是利用美国的24颗GPS地球卫星所发射的信息而建立的导航、定位、授时系统。Jupiter-TGPS接收机是CONEXANTSYSTEMS公司的OEM产品,并行12通道,时间精度达25ns,同时带有与1PPS上升沿对齐的10kHz频率输出,水平定位精度优于2.8m。
  
  航空遥感中,经常需要联合多个传感器同步工作,以便一次得到地物更多更完善的信息。例如,成像光谱仪能够采集地物的光谱信息,但是没有位置信息;激光测距系统能够精确采集地物高度信息,但是没有地物水平位置信息;GPS接收机可以接收全球定位系统卫星数据从而得到载体三维位置,但是高度信息比较差;如果把三者结合起来,就可以得到同时带有光谱信息和位置信息的地物图像数据。但是三者结合起来,就必然存在一个工作同步的问题,本文讲述的就是用GPS接收机Jupiter-T实现这样一个系统的同步工作。
  
  1系统组成
  
  本系统框图如图1所示。
  
  成像光谱仪和激光测距系统均采用外触发方式工作,触发波形分别是50Hz和25Hz的方波,利用Jupiter-T接收机的10kHz分频得到。由于采用同一基频分频,且Jupiter-T的定位位置输出又与1PPS同步,10kHz与1PPS上升沿对齐,事后可以通过内插得到含有位置信息的光谱图像。所以,通过Jupiter-T,成像光谱仪、激光测距系统和GPS位置接收三者可以同步工作。
  
  2同步控制卡的硬件电路设计
  
  系统同步的核心是同步控制卡,它主要由PIC单片机16F877、8K×8bit的双口RAMCY7C144、CPLDAlteraEPM7128、PCI9052芯片、DC-DC隔离电源模块PS250DC5D5S、光耦6N137和Jupiter-TGPSOEM板组成。
  
  2.1GPS接收机部分
  
  Jupiter-TGPS接收机用于接收GPS卫星定位数据并提供10kHz的分频基准。Jupiter-T可以提供纳秒级的时间对准精度,在跟踪到一颗GPS卫星后就可以定时。外部接口为标准的10针接口,安装天线后,只需在接收到发送定位数据命令后就可以按指定速率发送定位数据。
  
  2.2分频部分
  
  Altera7128是一种高性能的CMOSEEPROM可编程逻辑器件,属于MAX7000系列,可在线编程,128个宏单元,工作频率可达178.6MHz。
  
  本系统中EPM7128主要用于分频,从10kHz分频得到成像光谱仪和激光测距系统需要的50Hz和25Hz。频率使能信号由PCI9052芯片提供。
  
  2.3通信部分
  
  同步控制卡需要与计算机通信,通信接口采用PCI总线,由PCI902实现。PCI9052是PLX公司继PCI9050后推出的用于低成本适配器的总线目标接口芯片。
  
  整个系统何时开始工作,可以通过计算机写PCI9052的寄存器,通知EPM7128开始输出频率实现。
  
  2.4定位数据接收部分
  
  定位数据的接收利用单片机和双口RAM完成。系统上电后,PIC16F877单片机向Jupiter-T接收机发出每秒一次的定位数据命令;Jupiter-T接到命令后,随即按指定的频率把接收到的定位数据发送到单片机;单片机把接收到的定位数据先存放到双口RAM7CYC144,然后通过PCI总线存储到计算机的硬盘上。
  
  同步控制卡的硬件原理框图如图2所示。
  
  航空遥感工作时,成像光谱仪采用推帚式,每秒采集50行地物数据,激光测距系统每秒采集25行地物高程数据,Jupiter-T每秒采集一次飞机的三维位置数据,由于所有的采集时刻都是脉冲的上升沿,而所有的脉冲上升沿又都与Jupiter-T的1PPS脉冲上升沿对准,所以整个系统可以同步工作。
  
  图2同步控制卡硬件原理图
  
  3软件设计
  
  AlteraEPM7128编程采用VHDL语言,利用MaxPlus2开发系统进行编译综合。
  
  PIC单片机的开发用MicroChip公司的MPLABICD调试工具和MPLABIDE集成开发环境完成

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