基于北斗二代系统的船载定位终端概要

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第33卷第3期2012年9月

上海海事大学学报Journal of Shanghai Maritime University

Vol．33No．3Sept．2012

文章编号:1672－9498(201203-0001-04

基于北斗二代系统的船载定位终端

应士君,王坤,刘卫,邹绪平

(上海海事大学商船学院,上海201306

摘要:为确保船舶航行安全,利用北斗二代卫星导航技术,设计船载定位终端．该终端以S3C2440

ARM 处理器和Windows CE 6．0嵌入式系统为核心,以外围电路为辅,采用最小二乘算法,实现船舶的导航定位．通过MATLAB 软件对可见卫星数目和水平精度因子进行计算和分析,论证方案的可行性和可靠性,进一步推动北斗船载终端在航行中的应用．关键词:船载定位终端;ARM ;Windows CE 6．0;北斗二代系统中图分类号:U666．134;TP277．2

文献标志码:A

Shipborne positioning terminal based on Beidou-2

YING Shijun ,WANG Kun ,LIU Wei ,ZOU Xuping

(Merchant Marine College ,Shanghai Maritime Univ．,Shanghai 201306,China

Abstract :In order to guarantee the ship navigation safety ,the shipborne positioning terminal was de-signed based on the Beidou-2satellite navigation system．The

S3C2440ARM processor and the Windows CE 6．0embedded system were taken as the core parts of the terminal which is assisted by the peripheral circuit．And the least square algorithm was used to realize the ship navigation and positioning．Then ,the numbers of visible satellites and horizontal dilution of precision were calculated and analyzed by using the MATLAB software．The results show that the design is feasible and

reliable ,which can further promote the application of the Beidou shipborne terminal in the ship navigation．Key words :shipborne positioning terminal ;ARM ;Windows CE 6．0;Beidou-2

收稿日期:2012-01-09

修回日期:2012-05-17

基金项目:国家科技支撑计划(2009BAG18B04;国家自然科学基金青年基金(61105097

作者简介:应士君(1966—,男,江苏宜兴人,副教授,硕导,博士,研究方向为船舶导航与安全技术,(E-mail sjying@shmtu．edu．cn

0引言

北斗卫星导航系统(Compass Navigation Satellite System ,

CNSS 是我国正在实施、具有自主知识产权的卫星导航定位系统．该系统由空间段、地面段和各类北斗用户组成,集导航、定位、授时功能于一体;分3个阶段进行建设,分别为北斗一代(区域有源双星定位,已完成、北斗二代(区域无源定位,建设中,

记为BD-2、全球覆盖阶段．截至目前共有11颗BD-2卫星在轨,具有覆盖中国及周边地区,24h 全天候服务,高强度加密设计,安全、可靠、稳定等特点．随着远洋、

内河航运产业发展和船舶通信导航及各类电子控制设备的日益完善,实现对船舶的全方位定位导航,及时掌握船舶在航行中的实际情况,快速了解船舶的动态数据,成为提升船舶管理水平的新标志．[1]因此,基于BD-2的船载定位终端设计,

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对确保船舶的航行安全具有重要意义．

在北斗卫星导航系统的发展前景下,国内主要由神州天鸿、北斗星通、东方联星、华力创通等公司从事北斗接收机研发设计,在船舶监控

[1]

和海洋渔

业[2]上均有应用．然而,

此类应用主要建立在北斗一代船载接收机的基础上,市面上现存的BD-2接收机主要是少量的测试机、手持机,而成品民用船载机尚在研发阶段．

鉴于此,本文设计基于BD-2的船载定位终端,主要有硬件平台搭建、定位解算算法、软件架构设计

等几个方面,通过测试实验验证该方法的可行性．

1硬件平台搭建

该设计中基于ARM 和Windows CE 6．0

(WINCE 6．0的BD-2船载定位终端硬件平台采用模块化设计方法,所有部件尽量采用成熟电子元器件．该系统硬件主要由BD-2导航模块、时钟模块、电源管理模块、数据通信接口和PVT (ARM 解算模块等组成．[3]系统硬件结构见图

1．

图1系统硬件结构

BD-2导航模块主要由射频模块、A /D 采样模块、

基带信号处理模块组成．射频模块分为2个通道,其中一个通道专门将B3频点射频信号变频为中频信号,而另一通道则通过切换方式将B1或者L1频点射频信号变频为中频信号．双通道A /D 将模拟中频信号数字化并作为基带信号处理模块信号输入,同时射频模块输出62MHz 参考信号,本地时钟信号作为ADC 的转换时钟,并且输入至基带信号处理模块作为信号跟踪基准时钟．基带信号处理模块完成信号的捕获、跟踪、解调,输出原始观测量．PVT (ARM 解算模块主要由极低功耗的

ARM9处理器S3C2440,SDRAM ,NAND Flash 等硬件构成．PVT (ARM 解算模块完成对基带信号处理模块的控制,并将基带信号处理模块得到的观测量提取出来加以解算,得到解算结果,同时对整个系统的运行进行处理．数据通信接口部分设计CAN 总线接口、RS-485接口等,便于与雷达、ECDIS 和AIS 等设备互联,实现综合导航．