用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)便攜式衛(wèi)星設(shè)備的快速通信

1 GPS定位信息的接收
天線準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星，是通過(guò)本地的經(jīng)緯度經(jīng)過(guò)計(jì)算公式來(lái)計(jì)算天線的俯仰和方位，因此首先要準(zhǔn)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(zhǔn)確提供當(dāng)?shù)氐慕?jīng)緯度，且體積小、重量輕，被廣泛應(yīng)用在通信、測(cè)繪等各個(gè)領(lǐng)域。該系統(tǒng)主要由GPS接收天線和GPS-OME板組成。GPS-OME板通過(guò)對(duì)接收到的衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行變頻、放大、濾波等一系列處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)GPS衛(wèi)星信號(hào)的跟蹤、鎖定和測(cè)量，從而產(chǎn)生計(jì)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(yǔ)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(dāng)?shù)匚恢玫膗Tc時(shí)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(dāng)前天線視野上方的衛(wèi)星個(gè)數(shù)少于3顆)；3>為實(shí)際緯度；4>表示半球緯度N或者S；5>為實(shí)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(dāng)?shù)氐暮０胃叨?。了解了GPS信號(hào)的格式后，就可以通過(guò)單片機(jī)來(lái)處理信號(hào)，從而提取出經(jīng)緯度。若是通過(guò)中斷方式進(jìn)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(shí)數(shù)組中小數(shù)點(diǎn)后的是“分”。將其轉(zhuǎn)換為度，就可以得出準(zhǔn)確的緯度和經(jīng)度：

知道了準(zhǔn)確的經(jīng)緯度后，就可以代入所要對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星的方位、俯仰、極化的計(jì)算公式中計(jì)算相應(yīng)的值。

2 COMPASS數(shù)據(jù)的采集與接收
通過(guò)GPS采集到數(shù)據(jù)后，就可以計(jì)算出所要對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星的標(biāo)準(zhǔn)方位、俯仰和極化。如何確定在實(shí)際中衛(wèi)星天線是否對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星呢?這就需要給出實(shí)際天線的姿態(tài)的數(shù)據(jù)。HMR3000數(shù)字羅盤(pán)是一款具備RS232數(shù)據(jù)輸出格式的姿態(tài)測(cè)量設(shè)備。它能實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地輸出被測(cè)量物體的標(biāo)準(zhǔn)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(jī)和HMR3000組合，可以形成實(shí)用與便攜式衛(wèi)星設(shè)備的系統(tǒng)單元，足便攜式衛(wèi)星設(shè)備姿態(tài)測(cè)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(cè)量狀態(tài)，共有6種狀態(tài)，分別是L(低級(jí)報(bào)警)、M(低級(jí)警告)、N(正常)、O(高級(jí)警告)、P(高級(jí)報(bào)警)和C(調(diào)節(jié)模擬電路)?？梢?jiàn)，判斷出數(shù)據(jù)格式中的3個(gè)狀態(tài)是姿態(tài)數(shù)據(jù)采集的關(guān)鍵。通過(guò)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(cè)試結(jié)果和結(jié)論
作者通過(guò)型號(hào)為25-LVS的GPS和HMR3000以及單片機(jī)組成了一個(gè)快速對(duì)星的設(shè)備，通過(guò)GPS采集到的數(shù)據(jù)計(jì)算出要對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星的方位、俯仰和極化的標(biāo)準(zhǔn)值，再通過(guò)HMR30OO給出天線的實(shí)際值。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)值和實(shí)際值的差值在某個(gè)給定范圍內(nèi)時(shí)，就可以準(zhǔn)確地對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星。圖1是中衛(wèi)一號(hào)衛(wèi)星(87．5)在烏魯木齊測(cè)試結(jié)果的一個(gè)圖，在這種條件下精確地對(duì)準(zhǔn)了衛(wèi)星。

通過(guò)單片機(jī)柬控制和處理GPS和COMPASS的信號(hào)，從而給出對(duì)星的標(biāo)準(zhǔn)值和實(shí)際值，實(shí)現(xiàn)了便攜式設(shè)備的快速對(duì)星。從實(shí)驗(yàn)中得出，與普通靠人工的方法相比，通過(guò)此設(shè)備對(duì)星效率要提高3～5倍，而且可以在各種便攜式衛(wèi)星設(shè)備上使用。