基于A(yíng)RM9的快速對星裝置設計與實(shí)現

2 硬件設計
本裝置在設計上，選擇S3C2440作為主控制器構成硬件平臺，利用其豐富的外部接口和高速處理能力，達到實(shí)時(shí)采集數據、及時(shí)處理數據、快速傳輸數據、不附加額外接口設備的目的。由于該裝置需要測量的參數多，GPS、電子羅盤(pán)統一采用RS 232接口，保證了測量數據精度和接口一致性。供電統一采用+5 V鋰電池電源供電。

3 軟件設計
本裝置采用ARM9作為主控制器，以Windows CE．net操作系統作為系統平臺，使用EVC4開(kāi)發(fā)環(huán)境作為開(kāi)發(fā)工具，軟件采用多線(xiàn)程結構，MFC和API編程技術(shù)，實(shí)時(shí)采集傳感器數據，計算修正方位值，達到準確對星的目的。
3．1 總體程序設計
本裝置程序采用多線(xiàn)程結構，在主線(xiàn)程(用戶(hù)接口線(xiàn)程)的基礎上，增加兩個(gè)輔助線(xiàn)程(工作者線(xiàn)程)，輔助線(xiàn)程負責處理數據采集，主線(xiàn)程負責界面響應、數據融合、數據顯示。線(xiàn)程處理采用API，而不采用MFC編程，增加了程序的通用性。程序中還使用Suspend-Thread掛起線(xiàn)程、ResumeThread恢復線(xiàn)程、Exit-Thread退出線(xiàn)程。
線(xiàn)程同步采用臨界區域(也稱(chēng)關(guān)鍵區域，即CRITI-CAL SECTION)措施，首先用CRITICAL_SEC-TION申明一個(gè)全局變量，再調用InitializeCriticalSec-tion初始化，使用EnterCriticalSection進(jìn)入關(guān)鍵區域，使用LeaveCriticalSection離開(kāi)關(guān)鍵區域，使用Delete-CriticalSection函數刪除關(guān)鍵區域。其關(guān)鍵部分代碼如下：

3．2 HMR3000程序設計
電子羅盤(pán)數據輸出格式滿(mǎn)足NMEA0183通信協(xié)議規范，根據需求選用$PTNTHPR語(yǔ)句，每秒更新30次，基本滿(mǎn)足實(shí)時(shí)測量的要求。$PTNTHPR語(yǔ)句的數據格式為：
$PTNTHPR，1>，2>，3>，4>，5>，6>*hh
各字段含義為：1>表示方位值，2>表示方位狀態(tài)，3>表示俯仰值，4>表示俯仰狀態(tài)，5>表示橫滾值，6>表示橫滾狀態(tài)，hh表示校驗和。采集數據程序在判斷各參數狀態(tài)正常的基礎上，從輸出語(yǔ)句中提取對應參數值。其線(xiàn)程函數部分代碼如下：

3．3 GPS模塊程序設計
GPS模塊數據輸出格式也滿(mǎn)足NMEA0183通信協(xié)議規范，根據需求選用$GPRMC語(yǔ)句，默認更新速率。$GPRMC語(yǔ)句的數據格式為：
$GPRMC，1>，2>，3>，4>，5>，6>，7>，8>，9>，10>，11>，*hh。
各字段含義為：1>表示方位值，2>表示方位狀態(tài)，3>表示俯仰值，4>表示俯仰狀態(tài)，5>表示橫滾值，6>表示橫滾狀態(tài)。采集數據程序在判斷各參數狀態(tài)正常的基礎上，從輸出語(yǔ)句中提取對應參數值。其線(xiàn)程函數部分代碼如下：

3．4 對星參數理論值計算
衛星通信中重要的一步就是衛星通信天線(xiàn)準確對準通信衛星。對星需要三個(gè)參數：方位、俯仰、極化。下面分別是三個(gè)參數的計算公式，其中ψc是衛星波束中心經(jīng)度，ψs為衛星的經(jīng)度，ψg是接收地經(jīng)度，θ為接收地緯度。
衛星通信天線(xiàn)方位角計算公式：

極化角通常位于式(3)和式(4)的計算值之間，為簡(jiǎn)化計算常采用式(3)作為極化角計算公式使用。經(jīng)過(guò)GPS采集得到接收地經(jīng)度、緯度，結合衛星經(jīng)度，采用C語(yǔ)言提供的數學(xué)函數可以很簡(jiǎn)便地計算出天線(xiàn)準確對星需要的三個(gè)參數：方位、俯仰、極化。為對星操作提供理論標準值，將對星操作簡(jiǎn)化為比對理論標準值，調整天線(xiàn)，使實(shí)際值與理論值完全一致，從而完成對星任務(wù)。
3．5 方位角修正程序設計
電子羅盤(pán)測量得到的是天線(xiàn)實(shí)際指向值，由于電子羅盤(pán)是根據地磁場(chǎng)測量出方位值，此方位值實(shí)際是以磁北為標準的方位值，而理論值是以真北為標準的方位值，這樣在電子羅盤(pán)測量值和理論計算值之間存在一個(gè)差值，此差值即為磁偏角。要使電子羅盤(pán)測量的方位值代表以真北為標準的方位值，必須在電子羅盤(pán)測量的數據基礎上進(jìn)行磁偏角的修正。