用單片機實現(xiàn)便攜式衛(wèi)星設備的快速通信

1 GPS定位信息的接收
天線準確對準衛(wèi)星，是通過本地的經(jīng)緯度經(jīng)過計算公式來計算天線的俯仰和方位，因此首先要準確得出本地的經(jīng)緯度。GPS(Global Position System)定位信息接收系統(tǒng)能準確提供當?shù)氐慕?jīng)緯度，且體積小、重量輕，被廣泛應用在通信、測繪等各個領域。該系統(tǒng)主要由GPS接收天線和GPS-OME板組成。GPS-OME板通過對接收到的衛(wèi)星信號進行變頻、放大、濾波等一系列處理，實現(xiàn)對GPS衛(wèi)星信號的跟蹤、鎖定和測量，從而產(chǎn)生計算位置的信息數(shù)據(jù)。GPS-OME板輸出帶有各種功能的數(shù)據(jù)語句有多種，如$GPGGA、GPGSV、$GPRMC等。其中以$GPRMC定位數(shù)據(jù)最為常用，其數(shù)據(jù)一般格式為：

其中：1>為當?shù)匚恢玫膗Tc時間(hh：mm：ss)；2>為接收狀態(tài)，“A”為有效位置，“V”為非有效接收警告(即當前天線視野上方的衛(wèi)星個數(shù)少于3顆)；3>為實際緯度；4>表示半球緯度N或者S；5>為實際經(jīng)度；6>表示半球經(jīng)度E或者W；7>為GPS屬性指示；10>表示當?shù)氐暮０胃叨?。了解了GPS信號的格式后，就可以通過單片機來處理信號，從而提取出經(jīng)緯度。若是通過中斷方式進行，則其子程序如下：

其中，Lat[]數(shù)組中存放的就是GPS采集到的緯度，Log[]數(shù)組中存放的就是GPS采集到的經(jīng)度。注意，此時數(shù)組中小數(shù)點后的是“分”。將其轉換為度，就可以得出準確的緯度和經(jīng)度：

知道了準確的經(jīng)緯度后，就可以代入所要對準衛(wèi)星的方位、俯仰、極化的計算公式中計算相應的值。

2 COMPASS數(shù)據(jù)的采集與接收
通過GPS采集到數(shù)據(jù)后，就可以計算出所要對準衛(wèi)星的標準方位、俯仰和極化。如何確定在實際中衛(wèi)星天線是否對準衛(wèi)星呢?這就需要給出實際天線的姿態(tài)的數(shù)據(jù)。HMR3000數(shù)字羅盤是一款具備RS232數(shù)據(jù)輸出格式的姿態(tài)測量設備。它能實時、準確地輸出被測量物體的標準方位、俯仰和極化，且體積小、功耗低、精度高(誤差在O．5)。將單片機和HMR3000組合，可以形成實用與便攜式衛(wèi)星設備的系統(tǒng)單元，足便攜式衛(wèi)星設備姿態(tài)測量的理想選擇。HMR3000工作后的輸出數(shù)據(jù)格式為：

其中：1>為方位；3>為俯仰；5>為極化；2>、4>、6>表示測量狀態(tài)，共有6種狀態(tài)，分別是L(低級報警)、M(低級警告)、N(正常)、O(高級警告)、P(高級報警)和C(調(diào)節(jié)模擬電路)?？梢姡袛喑鰯?shù)據(jù)格式中的3個狀態(tài)是姿態(tài)數(shù)據(jù)采集的關鍵。通過了解COMPASS的輸出格式，就可以提取正確的方位、俯仰和極化。其子程序如下：

3 測試結果和結論
作者通過型號為25-LVS的GPS和HMR3000以及單片機組成了一個快速對星的設備，通過GPS采集到的數(shù)據(jù)計算出要對準衛(wèi)星的方位、俯仰和極化的標準值，再通過HMR30OO給出天線的實際值。當標準值和實際值的差值在某個給定范圍內(nèi)時，就可以準確地對準衛(wèi)星。圖1是中衛(wèi)一號衛(wèi)星(87．5)在烏魯木齊測試結果的一個圖，在這種條件下精確地對準了衛(wèi)星。

通過單片機柬控制和處理GPS和COMPASS的信號，從而給出對星的標準值和實際值，實現(xiàn)了便攜式設備的快速對星。從實驗中得出，與普通靠人工的方法相比，通過此設備對星效率要提高3～5倍，而且可以在各種便攜式衛(wèi)星設備上使用。