基于S3C2410的GPS通訊的實(shí)現

1 GPS的基本介紹

GPS(Global Positioning System，全球定位系統)是美國從20世紀70年代開(kāi)始研制，歷時(shí)20年，耗資200億美元，具有在海、陸、空進(jìn)行全方位實(shí)時(shí)三維導航與定位能力的新一代衛星導航與定位系統[1]。其地面監控系統的原理框圖如圖1所示。

                          
 

1．1 GPS定位原理

GPS定位的基本原理是根據高速運動(dòng)的衛星瞬間位置作為已知的起算數據，采用空間距離后方交會(huì )的方法，確定待測點(diǎn)的位置。如圖2所示，假設t時(shí)刻在地面待測點(diǎn)上安置GPS接收機，可以測定GPS信號到達接收機的時(shí)間t，再加上接收機所接收到的衛星星歷等其他數據可以確定以下4個(gè)方程式：
 
      

       

上述4個(gè)方程式中待測點(diǎn)坐標x，y，z和Vt0為未知參數，其中di=cti(i=1，2，3，4)。di(i=1，2，3，4)分別為衛星1，衛星2，衛星3，衛星4到接收機之間的距離。ti(i=1，2，3，4)分別為衛星1，衛星2，衛星3，衛星4的信號到達接收機所經(jīng)歷的時(shí)間。c為GPS信號的傳播速度(即光速)。

4個(gè)方程式中各個(gè)參數意義如下：

x，y，z為待測點(diǎn)坐標的空間直角坐標。

xi，yi，zi(i=1，2，3，4)分別為衛星1、衛星2、衛星3、衛星4在t時(shí)刻的空間直角坐標，可由衛星導航電文求得。Vti(i=1，2，3，4)分別為衛星1，衛星2，衛星3，衛星4的衛星鐘的鐘差，由衛星星歷提供。Vt0為接收機的鐘差。

由以上4個(gè)方程即可解算出待測點(diǎn)的坐標x，y，z和接收機的鐘差Vt0。

目前GPS系統提供的定位精度低于10m，而為得到更高的定位精度，通常采用差分GPS技術(shù)：將一臺GPS接收機安置在基準站上進(jìn)行觀(guān)測。根據基準站已知精密坐標，計算出基準站到衛星的距離改正數，并由基準站實(shí)時(shí)將這一數據發(fā)送出去。用戶(hù)接收機在進(jìn)行GPS觀(guān)測的同時(shí)，也接收到基準站發(fā)出的改正數，并對其定位結果進(jìn)行改正，從而提高定位精度。

1．2 GPS主要用途

GPS性能優(yōu)異，應用范圍極廣?？梢哉f(shuō)，凡是需要導航和定位的部門(mén)，都可以采用GPS。GPS的建成和應用，是導航技術(shù)的一場(chǎng)革命，影響深遠。其主要用途有：

(1)導航定位應用

GPS是空中、海洋和陸地導航定位最先進(jìn)、最理想的技術(shù)。他可以為飛機、艦船、車(chē)輛、坦克、炮兵、陸軍部隊和空降兵提供全天候連續導航定位。他是航天飛機和載人飛船最理想的制導、導航系統。為其起飛、在軌運行和再入過(guò)程連續服務(wù)。

(2)精密定位應用

應用GPS載波相位測量技術(shù)，可以精確地測定兩點(diǎn)間的相對位置，為大地測量、海洋測量、航空攝影測量和地球動(dòng)力學(xué)測量提供了高精度、現代化的測量手段。GPS已廣泛應用于建立準確的大地基準、大地控制網(wǎng)和地殼運動(dòng)監測網(wǎng)等。

(3)精密授時(shí)、大氣研究

GPS用戶(hù)接收機通過(guò)對GPS衛星的觀(guān)測，可獲得準確GPS時(shí)。GPS時(shí)與UTC時(shí)是同步的，因此GPS亦是當今精度最高的全球授時(shí)系統。一般接收機測時(shí)精度為100 ns；專(zhuān)用定時(shí)接收機可獲得更高的精度，用于遠距離時(shí)間同步可達ns級。由于UTC時(shí)有跳秒，故GPS時(shí)與UTC時(shí)有已知的整數秒差。利用GPS測定的電離層延遲和多普勒頻移延遲，可用來(lái)研究電離層的電子積分濃度、折射系數、電子濃度隨高度的分布，以及上述電離層參量在時(shí)間和空間上的相關(guān)性等。

(4)為武器精確制導

應用GPS／INS組合制導系統時(shí)，GPS不斷修正導彈飛行中慣性導航誤差，提高制導精度，增強武器的"精確打擊"能力。在海灣戰爭中，GPS為提高武器的命中精度，發(fā)揮了巨大作用，故被稱(chēng)為"效益倍增器"。

(5)航天與武器試驗中的應用

GPS在各類(lèi)航天器定軌和導彈、常規武器試驗中有著(zhù)廣泛的應用。GPS可為各類(lèi)衛星測定精密軌道。用差分GPS完成飛船的交會(huì )和對接。在武器試驗中，應用GPS可精確測定彈道。他具有不受天氣條件、發(fā)射場(chǎng)區、射向、射程和發(fā)射窗口的限制；可實(shí)現連續、全程跟蹤測量，可跟蹤低飛和多個(gè)目標，且精度高、費用低。

GPS還可用于飛行器姿態(tài)測量。姿態(tài)測量采用GPS載波相檢測量技術(shù)。在衛星或其他航天器的適當位置上安裝多副天線(xiàn)，用GPS測定各天線(xiàn)的精確位置，從而確定航天器的姿態(tài)。

2 目標平臺介紹

在本文中使用的目標平臺S3C2410是SAMSUNG公司使用ARM920T處理器內核開(kāi)發(fā)的一款嵌入式處理器。S3C2410是SAMSUNG公司專(zhuān)門(mén)為PDA，Internet設備和手持設備等專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的微處理器。該芯片還包含有16 kB一體化的Cache／MMU，這一特性使開(kāi)發(fā)人員能夠將Linux和VX-work移植到基于該處理器的目標系統中。

該目標板的系統資源如下：

(1)CPU：S3C2410微處理器，工作頻率為200 MHz；

(2)FLASH：16 MB；

(3)SDRAM：64 MB SDRAM；

(4)UART：RS 232串行接口；

(5)其他：14針ARM JTAG接口等；

(6)液晶顯示屏。

在目標平臺S3C2410上所選配的GPS模塊是GPS15L／H。接口特性如下：RS 232輸出，可輸入RS 232或者具有RS 232極性的TTL電平?？蛇x的波特率為：300，600，1 200，2 400，4 800，9 600，19 200。GPS15與PC串口的連接見(jiàn)示意圖(圖3)所示。

串口輸出協(xié)議：輸出NEMA0183格式的ASCII碼語(yǔ)句，輸出：GPALM，GPGGA，GPGLL，GPGSA，GPGSV，GPRMC，GPVTG(NMEA標準語(yǔ)句)；PGRMB，PGRME，PGRMF，PGRMM，PGRMT，PGRMV(GARMIN定義的語(yǔ)句)。還可將串口設置為輸出包括GPS載波相位數據的二進(jìn)制數據。輸入：初始位置、時(shí)間、秒脈沖狀態(tài)、差分模式、NMEA輸出間隔等設置信息。在缺省的狀態(tài)下，GPS模塊輸出數據的波特率為4800，輸出信息包括：GPRMC，GPGGA，GPGSA，GPGSV，PGRME等，每秒鐘定時(shí)輸出，如3所示。

                          
 

3 交叉編譯環(huán)境的建立及程序的實(shí)現

基于Linux操作系統的應用開(kāi)發(fā)環(huán)境一般是由目標系統硬件（開(kāi)發(fā)板）和宿主PC機所構成[2]。目標硬件開(kāi)發(fā)板用于運行操作系統和系統應用軟件，而目標板所用到的操作系統的內核編譯、應用程序的開(kāi)發(fā)和調試則需要通過(guò)宿主PC機來(lái)完成（所以稱(chēng)為交叉編譯）。雙方之間一般通過(guò)串口，并口或以太網(wǎng)接口建立連接關(guān)系。

3.1 燒寫(xiě)Linux內核等

通過(guò)串口，宿主PC機向目標開(kāi)發(fā)板燒寫(xiě)VIVI，經(jīng)過(guò)裁減的Linux內核以及根文件系統等，然后安裝主編譯器Armv41-unknown-linux-gcc。

3.2 NFS服務(wù)器的配置

在本文中宿主PC機上裝的是READHAT 9.2，他默認的是打開(kāi)了防火墻，目標開(kāi)發(fā)平臺無(wú)法用NFS mount。因此應先關(guān)閉防火墻，然后點(diǎn)擊主菜單運行系統設置→服務(wù)器設置→NFS服務(wù)器（英文為：SETUP→SYSTEM　SERVICE→NFS），點(diǎn)擊增加，在目錄（Directory）中填入需要共享的路徑，主機（Hosts）；中填入允許進(jìn)行連接的主機IP地址[3]，并選擇允許客戶(hù)對共享目錄的操作為只讀（Read-only）或讀寫(xiě)（Read/Write）。

3.3 配置MINICOM

在Linux操作系統Xwindow界面下建立終端（在桌面上點(diǎn)擊右鍵→新建終端），在終端的命令行提示符后輸入MINICOM，回車(chē)，出現WINCOM的啟動(dòng)畫(huà)面，然后按照提示設置即可。

3.4 編程和調試

在此交叉編譯環(huán)境下，根據前面提到的GPS定位原理，經(jīng)過(guò)編程和調試，在目標平臺的液晶顯示屏上可顯示本地的地理位置信息。

注意，GPS的天線(xiàn)要放在能良好接受室外信號的地方，比如說(shuō)窗臺等。否則可能接收不到信號。

4 結語(yǔ)

本文介紹了GPS定位的工作原理及其在S3C2410上的實(shí)現方法，在車(chē)載GPS系統及其他導航系統中有很多的應用前景。