航空遥感中利用GPS接收机实现多传感器同步工作

2007-03-09 19:03:27来源: 互联网
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(Global Positioning System)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-T GPS接收机是CONEXANT SYSTEMS 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%26;#215;8bit的双口RAM CY7C144、CPLD Altera EPM7128、PCI9052芯片、DC-DC隔离电源模块PS250DC5D5S、光耦6N137和Jupiter-T GPS OEM板组成。 2.1 GPS接收机部分 Jupiter-T GPS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 Altera 7128是一种高性能的CMOS EEPROM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RAM 7CYC144,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 Altera EPM7128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MPLAB ICD调试工具和MPLAB IDE集成开发环境完成。 PCI驱动程序编写的工具比较多,常用的有微软的DDK、Numega公司的VtoolsD和KRF-Tech公司的WinDriver。笔者采用WinDriver编写驱动。WinDriver开发驱动程序比较简单,利用它的向导工具,开发者一般不需要具备Windows驱动程序知识就能够很快开发出高质量的驱动程序。 应用程序可以采用VC++6.0编写。 多传感器联合是遥感发展的一个趋势,多传感器同步是必须解决的问题。本文提出的方法,简便易行,精度也较高。但是只适合所有的传感器都采用外触发工作的遥感系统。

关键字:航空  航空遥感  遥感  利用

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