CN1104322A - 一种通信型卫星导航定位仪 - Google Patents

Abstract

一种通信型卫星导航定位仪(ATD-GPS)除包 括无线，由前置放大器和GPS接收机组成的接收头， 中央处理器，程序存储器，数据存储器，I/O接口，数 据显示器，电源以及键盘等部分外，还设有多功能的 对外接口，通信接口，调制解调接口，差分接口，系统 仿真接口，外设接口，设有高稳定可控的±5V电源以 及62256数据存储器掉电保护电路，使本发明 ATD-GPS通信型卫星导航定位仪具有高的稳定 性，强的功能和更广泛的适应性。

Description

本发明涉及一种卫星导航定位装置，特别涉及一种通信型卫星导航定位装置（以下称ATD-GPS），属定位，导航和通信综合高科技应用技术领域。

现有技术中的GPS的用途单一，各种用途的仪器分别用于车辆、船舶、飞机，不能解决“一机多用”问题，也不能进行无线组网，例如US-5，225，842介绍了一种车载GPS车辆跟踪系统，而该系统不具备导航功能;又如JP1-26177（A）描述了一种利用GPS定位，并将定位信息显示在屏幕上的装置，该装置只能将定位信息显示出来自己观看，而不能发送给主站;再如US-5，148，179只描述了一种伪距双差分及载波相位技术提高定位精度的方法，而不再具有别的功能;JP2-206900（A）只描述了一种由车辆与控制站组成的车辆监督系统，车辆上装有GPS接收机，接收并解算出定位信息，将这些信息通过无线链路发送给控制站，控制站将包含该车辆定位点的地图调出，显示在屏幕上，同时也将该车辆显示在对应的地图上，另一方面，控制站还可将各种控制命令通过无线链路传送给车辆，但不再具有别的功能。

本发明的目的在于在一个单一系统上实现多种功能，使得在各个不同领域的用户都可使用本发明，为他们自己的需要服务。

本发明的目的是通过以下技术方案加以实现的。本通信型卫星导航定位仪除包括天线，由前置放大器和GPS接收机组成的接收头，中央处理器，程序存储器，数据存储器，I/O接口，数据显示器，电源，以及键盘等主要部分之外，还设有多种对外接口：通信接口、调制解调接口、差分接口，系统仿真接口、外设接口、以便方便地使导航定位仪与计算机联网，或与用户数据设备联机;与电台相连，构成无线通信系统;接收主站发出的差分校正数据，自动完成差分运算，输出高精度定位数据;与任何符合NMEA-0183格式的导航，定位设备连接并交换数据。

本发明的导航定位仪集多种接口于一体，并据不同应用领域进行装配，达到“一机多用”目的。

此外，本发明的导航定位仪具有高稳定的可控的±5V电源，以及62256数据存储器的掉电保护装置，加上多功能接口，使本发明的导航定位仪具有更高的稳定性，更强的功能和更广泛的适应性。

图1a是本发明通信型卫星导航定位仪框图;图2b是本发明通信型卫星导航定位仪接收头框图;图2是本发明通信型卫星导航定位仪电源框图;图3是本发明通信型卫星导航定位仪电源电路图;图4是本发明通信型卫星导航定位仪无线组网示意图;图5a是本发明通信型卫星导航定位仪62256数据存储器掉电保护电路图;图5b是本发明通信型卫星导航定位仪数据存储器掉电保护时序图;图6a是本发明通信型卫星导航定位仪多功能接口电原理图;图6b是本发明通信型卫星导航定位仪多功能接口控制程序流程图。图7是渔区显示及导航转换方式图，图8a是渔区小区分布方式图，图8b是渔区号位分布方式图，图9a是渔区存放数据主流程图，图9b是渔区存放数据子流程图（模块2流程图），图9c是渔区存放数据子流程图（模块2、1流程图），图9d是渔区存放数据子流程图（模块2、5流程图），图9e是渔区存放数据子流程图（模块2、6流程图），图10a是渔区向经纬度转换主流程图，图10b是渔区向经纬度转换子流程图（模块1流程图），图10c是渔区向经纬度转换子流程图（模块2流程图），图10d是渔区向经纬度转换子流程图（模块3流程图）。

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。

参照图1a、b，该导航定位仪主要由以下几大部分组成：（1）天线及接收头-系统的信号接收部分;（2）中央处理器和数据存储器，程序存储器，外设接口-系统数据处理，交换中枢;（3）电源-系统正常工作保障;（4）显示屏幕-人机对话窗口。

卫星信号经GPS接收装置收到后经高速信号处理部件进行计算分析后给出精确的经纬度、速度、时间等信息，这些信息经过GPS接收装置的输出口送给CPU，同时传送一个中断信号，CPU接中断信号后，对收到的经纬度，速度时间信息进行处理，校对数据内容，转换数据格式，存储某些数据。根据用户通过外部指令输入的要求，对这些数据计算出其应显示的数值，反映在数据显示器上。当用户输入指令后，CPU迅速对其进行分析，并执行相应程序，对接收头，数据显示器等各部件进行控制，按用户要求进行服务。

本通信型导航定位仪采用无源或有源微带天线，该天线体积小，机械性能好，天线增益为-3dB-+26dB（在偏离主瓣5°时），天线与接收头之间以2-35m长的50Ω同轴电缆相连。

参照图1b，对收到的信号进行滤波，去掉带外噪声，然后经GaAs电路低噪声放大器将信号进行放大，再经过变频，中放进入数字信号处理器，在其中完成解调、通道分离、数据提取、数据运算等功能。

参照图2，9-32^VDC输入电压经滤波及抗干扰电路，DC/DC变换电路，二次滤波电路，输出+5.25V和-5V的电压。二次滤波电路是π型滤波电路，以进一步降低纹波电压，电池和掉电保护电路为GPS接收头所需常备电源，输出一保话电源V_DD。

参照图3，电源从J₁输入，输入电压范围为9V-32V直流，为防止汽车或轮船发动机工作时打火造成干扰，影响GPS接收数据的稳定性和正确性，在输入端加一PVT压敏元件，可将高压干扰滤除。之后经过一个全波整流桥，以防止电源输入误接反。电源从整流桥输出后被接入两个DC-DC变换器;LM2575T，以得到所需的+5.25V和-5V电压。这两个DC-DC变换器输出可控，+5.25V的控制端为LM2575T-ADJ的5端，该端为OV时，变换器输出5.25V，该端为5V时，变换器输出OV-5V的控制端为LM2575T的4端，控制方式同+5.25V。控制电路由与非门4011及J-K触发器4095组成，控制电路供电由5V稳压管（D6）提供。由于控制电路为CMOS器件，因此耗电不多。当按下电源开关按钮时，J₂上的SO₁、SO₂端被连通，通过R₇给C18充电，当达到一定值时，4011器件的3脚输出低电平，4011的4脚输出高电平，随之4095的8脚输出低电平，LM2575两个DC-DC变换器有输出，输出的电压又经过-π型滤波器，以便降低纹波电压。J₁的3、4脚用于连接备用电池。这样，当主电源断开后，依靠备用电池，仍可维持连续工作。当主电源断开，备用电池也断开时，仍然要为GPS接收头提供一个常备电源V_DD，用于掉电保护。这一工作由一节3.6V充电电池通过，一三极管9012完成。当V_CC＝5.25V时，通过9012给V_DD供电，同时通过9012的BE极给充电电池B₁充电，当V_CC＝OV时，B₁通过二极管D₈给V_DD供电，从而保证V_DD有一个连续供给的电压。

下面再强调一下-5V电压DC-DC变换器的控制方式，按正常方式接，LM2575的5脚是控制端，4脚是反馈端，但若按正常方式接，5脚需提供一个-5V电压才能打开DC-DC变换器，而我们的系统里并没有一个-5V电压，因此我们采用4脚作为控制脚，给4脚一个O-5V的电压就能打开或关断LM2575，这种控制方式也是我们的独特之处。

参照图4，由一台主站计算机及电台与多台通信型卫星导航定位仪单机经无线通信网组成一个无线通信系统，可随时与各单机交换数据，了解各单机工作情况及所在位置，并经过无线通信网传送指令给各单机，达到相互间的协调联系，扩大了应用领域。

参照图5a、b，本导航仪需保存大量数据，如航路点，航线等，这些数据保存在存贮器62256中，因此就有对62256的掉电保护问题。我们采用了电源电压监测电路TL7705，该电路的保护时序如图5b。

从图中可以看出，当电源电压降到V_S时，7705的5脚从高电平变为低电平，该脚接到三态门74HC126的门控端上，从而关断了该三态门，这样62256的片选线CS，写线WE均被V_DD拉成高电平，从而使片选和写无效，就保证了在掉电的瞬间，错误信息不会被写进62256存贮器中。之后在整个掉电期间，62256均由V_DD供电。由于62256是CMOS芯片，掉电保持电流为20μA左右，因此功耗很低。当电源电压V_CC从低电平向高电平恢复时，7705的5脚并不立刻变为高电平，而是延时一段时间，等电源电压稳定后，5脚才变高，打开三态门74HC126，这时可以对62256进行正常读、写操作。

整个掉电保护电路简单、可靠、功耗低。

参照图6a，GPS接收机有一个串行接口，（由MAX232模块构成）利用该接口完成系统仿真、通讯、差分、无线通讯，与其他导航设备连接等功能。

系统仿真方式将GPS接收头的未解算原码SDIN，SDOUT直接通过串行口输出，用户利用PC机接收这些原码，也可按原码格式发送指令给接收头，经过这种试验，用户可以设计出自己的GPS系统。

通讯方式将导航及定位的数据通过串行口发送出去，通讯的数据格式是特定的，通过连接PC机，结合本公司地图标准，数据显示等辅助软件，利用PC机作轨迹描绘及数据存贮。

无线通讯方式将GPS接收机连接无线调制解调器和电台，组成移动目标管理网，每个GPS接收机作为节点，通过特定通讯规程与主站通讯，发送的数据可以在主站的电子地图上显示。

关于差分功能，GPS接收机通过同一无线信道，接收从主站发出的差分校正数据，自动完成差分运算，输出高精度定位数据。

本发明GPS接收机还具有标准NMEA-0183接口，因此它可以和任何符合NMEA-0183格式的导航及定位设备连接并交换数据。

参照图6b，该接口可以通过程序控制，实现多种功能。按1键后，多功能接口向外传送自定义格式的经纬度信息，时间信息等数据，用户可连接PC机或便携计算机，利用我公司自行设计的地图标注，数据显示等辅助软件，将数据采集到计算机内，之后进行轨迹描绘或数据存贮。存贮的数据可供分析或重绘轨迹用。

按2键后，多功能接口将向外输出符合NMEA-0183格式的数据流，因此本导航仪可以和任何符合0183格式的导航设备相连接，彼此交换数据。使用户能进行更精确的导航，从而扩大了本导航仪的应用范围。

按3键后，多功能接口首先进行初始化无线调制解调器的工作，之后按照规定的通讯规程和网络协议与主站进行无线通讯，在主站的调度下，向主站发送该移动目标的即时位置坐标及其它信息，这些信息可以在主站的电子地图上显示出来，同时一些附加的信息如危险报警等也可以随时传送给主站，这些组成了一个实时车辆或轮船的监控系统。

按4键后，本导航仪接通差分功能，它利用无线通信的同一信道，接收从差分台或主站发送的差分校正数据，这些数据必须符合RTCM-104格式，本导航仪接收到这些数据后，进行数据转换，之后传送给GPS接收头，接收头完成差分运算后，即可输出高精度的定位数据。

按5键后，本将把多功能接口让给接收头，但导航仪本身的定位，导航功能不受影响。GPS接收头通过该多功能串行口向外发送GPS原码，这些原码包括卫星的轨道参数等信息，通过运行本公司的GPS仿真开发软件，用户可以有选择地接收这些原码组成适合自己应用范围的GPS平台，待开发完成后，用户可以脱离本导航仪，仅使用GPS接收头就可组成自己的系统。

此外，本发明通信型卫星导航定位仪带有时标输出，可向外传送UTC整秒时标，精度为10^-5sec。

ATD-GPS有一项独特的导航方式-渔区导航。传统的GPS接收机以经纬度显示，经纬度作为目标点导航，但由于国内广大渔民并不熟悉经纬度，而比较熟悉已用了十几年的中国渔区，因此ATD-GPS导航仪在保留传统的经纬度显示，导航的基础上，又开发了中国渔区的显示及导航。从理论上讲，渔区的划分也是以经纬度为基准的，因此在内部，两种导航及显示方式都统一在经纬度上，但在外部显示上，却可以分成两种，如图7所示，因此，在内部运算内该不变的情况下，只加了两个经纬度和渔区互相转换的程序，就做到了以两种方式显示，及导航。故我们在未改变任何硬件平台的情况下，就增加了广大渔民迫切需要的渔区显示及导航功能，由于渔区这个概念是中国自己制定的，因此国外产品一般不会有此功能，这就保证了我们在渔区显示及导航这一点上的独创性。

一.渔区表示方式：渔区分布见附图8a，8b，图上每小格为一个渔区，均有编号，每个渔区为0.5个经纬度，约为30里。每个渔区分为9个小区，分布见图8a，每个小区又分为100格，即100个号位，分布见图8b，每个号位约1×1里。

二.程序标号含义：

WA_O纬度度值十位，WA₁纬度度值个位，WB_O纬度分值十位，WB₁纬度分值个位，JA_O经度度值十位，JA₁经度度值个位，JB_O经度分值十位，JB₁经度分值个位，WA纬度整数，BN’起始渔区号，BJ起始经度，SRN渔区个数，N行号，SRANO附加渔区主干号，DR渔区增量号，SRNO渔区号，MR小区号，RNUM号位码，FRNUM渔区存放地址，ADJ附加渔区号，FR渔区号。

1.渔区存放数据软件流程：

1）读经纬度数据，转换成BCD码，2）将纬度值转换成整数，并乘2，WA＝WA_O×10+WA₁;WA＝2×WA，3）计算行号N，及WB′_O，N存于R₇中，WB′存于R₆中，4）查找该行地址，5）查询该行数据，BN存R₃中，BJ存R₄中，SRN存R₂中，SRANO'（附加渔区主干号）存R₅中，6）将经度值转换成整数，乘2，查JB′_O，JA暂放R_O中，JB′_O存R₁中，7）计算DR，8）计算SRNO’9）判断是否有附加渔区，即SRANO'＞0否，若有则将渔区号转换成ASCⅡ码，存放于FRNUM处，若没有，则将渔区号存放于FRNUM+1处（FRNUM）＝30Ⅱ，即FRNUM处存“O”。10）根据行号，判断渔区属段，并计算SRNO（类似地根据SRANO'＞0否，判断在哪一处修改SRNO'），11）计算MR（小区号），12）计算RNUM（号位码）。

三.渔区向经纬度转换软件（FTOL）说明，

入口：渔区号：  出口：经纬度

1.转换算法

1）根据渔区数值，判断所属区段，确定该段首行号BL，行数LN，2）从该区段尾行EL开始向前线性查找该渔区所在行号N，3）计算渔区增量DR，DR＝SRNO'-BN，4）判断DR＞SRN否，若大于，向后查找，否则，5）计算经度JD和经度分底，JF

JA＝BJ+DR+ADJ;JD＝[JA/2]  []代表取整

O  FY＝0

FY＝Mod[JD]  Mod[]代表求余 JF＝30 FY＝1

6）计算纬度WD和纬度分底WF

WA＝81-N;WD＝[WA/2]

FY＝Mod[WD];WF＝0  FY＝0

30  FY＝1

7）由小区号MR计算JB_O，WB_O，

FY＝Mod[（MR-1）/3];JB_O＝10×FY

DN＝2-[（MR-1）/3];WB_O＝10×DN

8）由号位码RNUM求JB₁，WB₁

JB₁＝Mod[（RNUM-1）/10]

WB₁＝9-[（RNUM-1）/10]

2.软件流程

1）读渔区数据，转换成BCD码，2）判断渔区所属区段，确定该段首行号BL，行数LN，LN放R₁中，BL放R₂中，3）以该区段尾行EL开始向前线性查找该渔区所在行号N，EL＝BL+LN;尾行地址ELA＝SRLA+2×EL;N在R₂中存放，4）读该行数据，计算DR

BN→R₃，DR＝（SRNO'-BN）→R₄BJ→R₅

5）判断DR＜SRN否，若大于，向后查找，否则，6）判断DR＝SRN否，若相等，找出附加渔区号ADJ，ADJ→R₆，7）计算经度，转换输出，JA＝BJ+DR+ADJ，8）计算纬度，转换输出，9）计算JB_O，WB_O，10）计算JB₁，WB₁。

四.子程序说明

1.N位ASCⅡ码向BCD码转换子程序：TOBCD，N放R₂中，数码地址在DPTR中，2.B位BCD码向整数转换子程序：BCDINTN，N放R₁中，BCD码放DPTR所指地址中，整数值放A中，注：因是单字节整数，所以N实际上只能是2或3，3.取行地址子程序：GETLNA，行号N放A中，行地址放DPTR中，4.整数向ASCⅡ码转换子程序：INTACX，该子程序处理2位或3位整数的转换，有两个入口，对于3位整数入口在INTAC3，对于2位整数入口在INTAC2。整数放A中，ASCⅡ放DPTR指向的地址中，5.计算SRNO子程序：GTSRNO，FNR在R_O中，FR_O在R₇中，SRNO在A中，6.计算下一段渔区参数子程序：NTREG，计算下一段渔区BL，及FNR，BL→R₂，FNR→R_O。

显见的是，以上对本发明的说明，并非将本发明局限于上述实施例，本领域技术人员能对其作出许多改型，但不脱离由以下权利要求所限定的精神与范围。

Claims (9)

1、一种通信型卫星导航定位仪(ATD-GPS)，包括无线，由前置放大器和GPS接收机组成的接收头，中央处理器，程序存储器，数据存储器，I/O接口，数据显示器，键盘及电源，其特征在于包括多功能接口，使ATD-GPS方便地与计算机联机，或与用户数据设备联机；与电台相连，构成无线通信系统；接收主站发出的差分校正数据，自动完成差分运算，输出高精度数据3与任何符合NMEA-0183接口的导航定位设备连接并交换数据。

2、根据权利要求1所述的通信型卫星导航定位仪（ATD-GPS），其特征在于所说多功能接口包括仿真接口，通信接口，调制解调器接口;差分接口和外设接口，集多功能于一体，完成系统仿真，通讯差分，无线通讯，与其他导航设备连接功能。

3、根据权利要求1或2所说的通信卫星导航定位仪（ATD-GPS），其特征在于所说多功能接口由接收头中的模块MAX232构成。

4、根据权利要求1所说的通信型卫星导航定位仪（ATD-GPS），其特征在于所说电源由滤波及抗干扰电路，DC/DC变换电路，二次滤波电路，掉电保护电路组成，输出稳定可控的±5V电压，适用于恶劣的工作环境。

5、根据权利要求1所说的通信型卫星导航定位仪（ATD-GPS），其特征在于62256数据存贮器掉电保护电路由电源电压监测电路和三态门电路组成。

6、根据权利要求1或4所说的通信卫星导航定位仪（ATD-GPS），其特征在于所说62256数据存贮器掉电保护电路中的电源电压监测电路是TL7705，所说三态门是74HC126。

7、一种利用通信型卫星导航定位仪（ATD-GPS）进行渔区显示及导航的方法，其特征在于：（1）将经纬度转换成渔区，并进行渔区数据存放;（2）将渔区转换成经纬度。

8、按权利要求（7）的利用通信型卫星导航定位仪（ATD-GPS）进行渔区显示及导航的方法，其特征在于所说渔区数据存放按以下步骤进行：（1）将经纬度转换成BCD码;（2）计算N，WB_O′，并存放于R₇，R₆;（3）计算渔区号并转成ASCⅡ码存放;（4）计算号位码并转成ASCⅡ码存放。

9、按权利要求（7）的利用通信型卫星导航定位仪（ATD-GPS）进行渔区显示及导航的方法，其特征在于所说将渔区转换成经纬度按以下步骤进行：（1）将渔区数据转换成BCD码;（2）确定渔区所属区段;（3）确定行号与地址;（4）计算经纬度;（5）计算经纬分。

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