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航空遙(yáo)感中(zhōng)利用 GPS 接收機實現多(duō) 傳(chuán)感器同步工作(zuò)
文章作者：徐衛明 舒 嵘
摘要： 航空遙感中(zhōng)經常需要實現多 傳感器 同步工作。利用ＧＰＳ接(jiē)收機(jī)Ｊｕｐｉｔｅｒ－Ｔ設計了一種同步工作方式，成功地實現了ＧＰＳ接收機與成像光譜儀、激光測距系統同步工(gōng)作。
關鍵詞： ＧＰＳ 成像光(guāng)譜儀 ＣＰＬＤ 單片機
定位(wèi)系統ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）是利用美國的２４顆(kē)ＧＰＳ地(dì)球衛星所發射的信息而(ér)建(jiàn)立的導航、定位、授時(shí)系統。Ｊｕｐｉｔｅｒ－Ｔ ＧＰＳ接收機是ＣＯＮＥＸＡＮＴ ＳＹＳＴＥＭＳ 公司的ＯＥＭ産(chǎn)品，并(bìng)行(háng)１２通道，時間精度達(dá)２５ｎｓ，同時帶有與１ＰＰＳ上升沿對齊的１０ｋＨｚ頻率輸出，水平定位精度優于２．８ｍ。
航空遙感中，經常需要聯合多個
傳感器
同步工(gōng)作，以(yǐ)便一次得到地物更多更完善(shàn)的信息。例如，成像光譜儀能夠采集地物的光譜信息，但是沒有位置信(xìn)息；激光測距(jù)系統能(néng)夠采集地物高度信(xìn)息，但是(shì)沒有地物水平位置信(xìn)息；ＧＰＳ接收機(jī)可以接(jiē)收定位系統衛(wèi)星數據從而得到載體(tǐ)三維位置，但是高度信息比較差；如果把三者結合起來，就可以得到同時帶有光譜信息和(hé)位置(zhì)信息的地物圖像數(shù)據。但是三者結合起來，就必然存在一個工(gōng)作同步的問題，本(běn)文講(jiǎng)述的就是用ＧＰＳ接收機Ｊｕｐｉｔｅｒ－Ｔ實現這樣一個(gè)系統的同(tóng)步工作。
１ 系統組成
本系統框圖如圖１所示。
成像(xiàng)光譜儀和(hé)激光測距系統均采用外觸發方式(shì)工作，觸發波形分别是５０Ｈｚ和２５Ｈｚ的方波，利用Ｊｕｐｉｔｅｒ－Ｔ接收機的１０ｋＨｚ分頻得到。由于采用同一基頻分(fèn)頻，且Ｊｕｐｉｔｅｒ－Ｔ的定(dìng)位位置輸出(chū)又與１ＰＰＳ同步(bù)，１０ｋＨｚ與１ＰＰＳ上升(shēng)沿對齊，事後可(kě)以通過内插得到含(hán)有(yǒu)位置信息的光(guāng)譜圖像(xiàng)。所以，通過Ｊｕｐｉｔｅｒ－Ｔ，成像光譜儀、激光測距系統和ＧＰＳ位置接收(shōu)三者可以同步工作。
２ 同步控制卡的硬件電路設計
系統同步的(de)核心是(shì)同步控制卡(kǎ)，它主要由ＰＩＣ單片機(jī)１６Ｆ８７７、８Ｋ×８ｂｉｔ的雙口ＲＡＭ ＣＹ７Ｃ１４４、ＣＰＬＤ Ａｌｔｅｒａ ＥＰＭ７１２８、ＰＣＩ９０５２芯(xīn)片、ＤＣ－ＤＣ隔離電(diàn)源模(mó)塊ＰＳ２５０ＤＣ５Ｄ５Ｓ、光耦６Ｎ１３７和Ｊｕｐｉｔｅｒ－Ｔ ＧＰＳ ＯＥＭ闆組成。
２．１ ＧＰＳ接收機部分
Ｊｕｐｉｔｅｒ－Ｔ ＧＰＳ接收(shōu)機用于接(jiē)收ＧＰＳ衛(wèi)星定位數據并(bìng)提供１０ｋＨｚ的分頻基(jī)準。Ｊｕｐｉｔｅｒ－Ｔ可(kě)以提供納秒級的時間對準精(jīng)度，在跟蹤到一顆ＧＰＳ衛星後就可以定(dìng)時。外(wài)部接口爲标準的１０針接口，安裝(zhuāng)天線後，隻需(xū)在接收到發送定(dìng)位數據命令後就可以按速率發送定(dìng)位數據。
２．２ 分頻部分
Ａｌｔｅｒａ ７１２８是一種高性能的ＣＭＯＳ ＥＥＰＲＯＭ可編程邏輯器件，屬于ＭＡＸ７０００系列，可在線編(biān)程，１２８個宏單元，工作頻率可達１７８．６ＭＨｚ。
本系統中ＥＰＭ７１２８主要用于分頻，從１０ｋＨｚ分頻得到成像光譜儀和激(jī)光測(cè)距系統需要(yào)的５０Ｈｚ和２５Ｈｚ。頻(pín)率使能信号由ＰＣＩ９０５２芯片提供。
２．３ 通信部(bù)分
同步控制卡需要與計算機通信(xìn)，通信接口采用(yòng)ＰＣＩ總線，由ＰＣＩ９０２實(shí)現。ＰＣＩ９０５２是ＰＬＸ公司(sī)繼ＰＣＩ９０５０後推出的用(yòng)于低(dī)成本适配器的(de)總線(xiàn)目标接口芯(xīn)片。
整個系統(tǒng)何時開始工(gōng)作，可以通過計算機寫ＰＣＩ９０５２的寄存器，通知ＥＰＭ７１２８開始輸出頻率實現。
２．４ 定位數據接收(shōu)部分
定位數據的接收利(lì)用單片機和雙口ＲＡＭ完成。系統上電後(hòu)，ＰＩＣ１６Ｆ８７７單片(piàn)機向Ｊｕｐｉｔｅｒ－Ｔ接收機發(fā)出每(měi)秒一次的定位數據命(mìng)令；Ｊｕｐｉｔｅｒ－Ｔ接到命令後，随即按(àn)的頻(pín)率把接收到(dào)的定(dìng)位數據發送到單片機；單片機把接收(shōu)到的定(dìng)位數據先存放到雙(shuāng)口(kǒu)ＲＡＭ ７ＣＹＣ１４４，然後通過ＰＣＩ總線存儲到計算機的硬盤上(shàng)。
同步控制卡的硬件原理框圖如(rú)圖２所示(shì)。
航空遙感工作時，成像光(guāng)譜(pǔ)儀采用推帚(zhǒu)式，每秒采集５０行(háng)地物數據(jù)，激光測距(jù)系統每秒采集(jí)２５行地物高程數據，Ｊｕｐｉｔｅｒ－Ｔ每秒采集一(yī)次飛機的三維位置數據(jù)，由于所有的采集時刻都是脈沖的上升沿，而所有的脈沖上升沿又(yòu)都與Ｊｕｐｉｔｅｒ－Ｔ的１ＰＰＳ脈沖上升沿對準，所以整個系統可以(yǐ)同(tóng)步工作。
３ 軟件設計
Ａｌｔｅｒａ ＥＰＭ７１２８編(biān)程采用ＶＨＤＬ語言，利用ＭａｘＰｌｕｓ２開發系統進行編(biān)譯綜合。
ＰＩＣ單片機的開發用(yòng)ＭｉｃｒｏＣｈｉｐ公司的ＭＰＬＡＢ ＩＣＤ調(diào)試工(gōng)具和ＭＰＬＡＢ ＩＤＥ集成開發環境完成。
ＰＣＩ驅動程序編寫的工具比較多，常用(yòng)的有微軟(ruǎn)的ＤＤＫ、Ｎｕｍｅｇａ公司的ＶｔｏｏｌｓＤ和ＫＲＦ－Ｔｅｃｈ公(gōng)司(sī)的ＷｉｎＤｒｉｖｅｒ。筆(bǐ)者采用ＷｉｎＤｒｉｖｅｒ編寫驅動。ＷｉｎＤｒｉｖｅｒ開發驅動程序比較簡單(dān)，利用它的向導工具，一般(bān)不需要具備Ｗｉｎｄｏｗｓ驅動程序知識就能夠很快開發出高(gāo)質量的驅動(dòng)程序。
應用程序可以采用ＶＣ＋＋６．０編寫。
多(duō) 傳感(gǎn)器 聯合是遙感發展(zhǎn)的一(yī)個趨勢，多 傳感器 同步是必須(xū)解決的問題。本文提出的方法，簡便易(yì)行，精度也較高。但是隻适合所有的(de) 傳感器 都采用外觸發工作的遙感系統。
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