嵌入式式开发教程之基于ARM的快速对星装置设计与实现.pptxVIP

嵌入式开发教程之基于ARM9的快速对星装置设计与实现 引 言 1 系统概述 2 硬件设计 3 软件设计 3．1 总体程序设计 3．2 HMR3000程序设计 3．3 GPS模块程序设计 3．4 对星参数理论值计算 3．5 方位角修正程序设计 4 应用及结果 大中型卫星站均具有相应的、完善的天线跟踪伺服系统，天线伺服跟踪系统依据信标信号强弱，决定天线转向，驱动天线旋转，达到准确对星。随着通信技术和电子技术的发展，小型卫星站如车载站、便携站受机动性能和便携性能的局限，不可能采用大中型卫星站才能使用的伺服跟踪系统，采用不同原理，开发适用于小型卫星站天线的对星装置，具有现实意义。 引 言 该装置通过GPS采集地理信息、电子罗盘采集姿态信息，根据GPS采集的地理信息，结合通信卫星位置，计算出对星所需要的标准方位、俯仰、极化参数，同时计算出当地、当年磁偏角数据；通过采集电子罗盘数据，得到初步方位、俯仰、极化数据，其中俯仰和极化均为天线实际指向值，但是方位值是以磁北为标准测量值；通过GPS得到的磁偏角数据，对从电子罗盘得到的以磁北为标准的方位值进行修正，得到比较准确的、以真北为标准的真实方位数据。其系统结构如图1所示，其中基于EVC4平台的多线程应用程序流程结构如图2所示。 1嵌入式开发教程之系统概述 嵌入式开发教程 嵌入式开发教程 本装置在设计上，选择S3C2440作为主控制器构成硬件平台，利用其丰富的外部接口和高速处理能力，达到实时采集数据、及时处理数据、快速传输数据、不附加额外接口设备的目的。由于该装置需要测量的参数多，GPS、电子罗盘统一采用RS 232接口，保证了测量数据精度和接口一致性。供电统一采用+5 V锂电池电源供电。 2嵌入式开发教程之硬件设计 本装置采用arm9作为主控制器，以Windows CE．net操作系统作为系统平台，使用EVC4开发环境作为开发工具，软件采用多线程结构，MFC和API编程技术，实时采集传感器数据，计算修正方位值，达到准确对星的目的。 3嵌入式开发教程之软件设计 本装置程序采用多线程结构，在主线程(用户接口线程)的基础上，增加两个辅助线程(工作者线程)，辅助线程负责处理数据采集，主线程负责界面响应、数据融合、数据显示。线程处理采用API，而不采用MFC编程，增加了程序的通用性。程序中还使用Suspend-Thread挂起线程、ResumeThread恢复线程、Exit-Thread退出线程。 　　线程同步采用临界区域(也称关键区域，即CRITI-CAL SECTION)措施，首先用CRITICAL_SEC-TION申明一个全局变量，再调用InitializeCriticalSec-tion初始化，使用EnterCriticalSection进入关键区域，使用LeaveCriticalSection离开关键区域，使用Delete-CriticalSection函数删除关键区域。其关键部分代码如下： 3．1嵌入式开发教程之总体程序设计 嵌入式开发教程 嵌入式开发教程 电子罗盘数据输出格式满足NMEA0183通信协议规范，根据需求选用$PTNTHPR语句，每秒更新30次，基本满足实时测量的要求。$PTNTHPR语句的数据格式为： 　　$PTNTHPR，1，2，3，4，5，6*hh 　　各字段含义为：1表示方位值，2表示方位状态，3表示俯仰值，4表示俯仰状态，5表示横滚值，6表示横滚状态，hh表示校验和。采集数据程序在判断各参数状态正常的基础上，从输出语句中提取对应参数值。其线程函数部分代码如下： 3．2嵌入式开发教程之HMR3000程序设计 嵌入式开发教程 GPS模块数据输出格式也满足NMEA0183通信协议规范，根据需求选用$GPRMC语句，默认更新速率。$GPRMC语句的数据格式为： 　　$GPRMC，1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，*hh。 　　各字段含义为：1表示方位值，2表示方位状态，3表示俯仰值，4表示俯仰状态，5表示横滚值，6表示横滚状态。采集数据程序在判断各参数状态正常的基础上，从输出语句中提取对应参数值。其线程函数部分代码如下： 3．3嵌入式开发教程之GPS模块程序设计 嵌入式开发教程 　　卫星通信中重要的一步就是卫星通信天线准确对准通信卫星。对星需要三个参数：方位、俯仰、极化。下面分别是三个参数的计算公式，其中ψc是卫星波束中心经度，ψs为卫星的经度，ψg是接收地经度，θ为接收地纬度。 　　卫星通信天线方位角计算公式： 3．4嵌入式开发教程之对星参数理论值计算 极化角通常位于式(3)和式(4)的计算值之间，为简化计算常采用式(3)作为极化角计算公式使用。经过GPS采集得到接收地经度、纬度，结合卫星经度，采用C语言提供的数学函数可以很简便地计算出天线准确对星需要的三个