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1、基于北斗导航系统的移动导航定位终端的设计作者:钱成越2 薛原1张彦峰2 卢争超指导老师：付建红（1.武汉大学计算机学院，湖北武汉43007; 2.武汉大学遥感信息工程学院,湖北 武汉 40072； 3.武汉大学电子信息学院,湖北 武汉430072）摘要随着空间信息技术的发展,卫星导航系统的运用日益深入。同时,计算机硬件技术与通讯技术的进步，对导航终端的信息处理能力、便携性以及交互性提出了更高的要求。当前，市面上的主流导航定位终端大多基于GP系统，对他国依赖程度很高;而基于北斗导航系统的终端由于体积大、能耗高、价格贵等影响，推广应用并不理想。针对这一问题,本文提出了在嵌入式操作系统基础上,利用北
2、斗导航系统实现定位,设计了一种移动导航定位终端。该移动导航终端由通讯模块、定位模块、地图显示、地图搜索、电子地图以及系统维护模块组成,可实现定位、地图查询、路径选择等多种功能。终端采用嵌入式主板ARM010作为设计母板,搭载Smng公司的S210处理器作为主控芯片。在此基础上，采用威科姆科技的北斗接收模块D-700和dx公司的CDMA通信模块FD810，用于获取卫星信号和网络通讯。通过各个模块的处理软件设计，实现终端的完整功能。关键词北斗导航系统，嵌入式系统,Linux,无源定位,ijtra算法AstratWth he depmentofspata infomatin tecnoly， the
3、 applicaion o atelte naviion ystem deepens reangl.Mnwhil, a the compurhardwa tehnloy and communication technology aae, igrdmnd has e set fr theailiy of iformaion proessin， portability adtatvy on navigtion ternal. Currenly, the aintrem nvgtion tminls ae m bsdonPS that ae highly deedentn ohercuntry Be
4、sides, hexstnnaigtion teminls basedeiu(COPASS） Nagati Satellityste ae ufeing romlarge volue,highney onsptioadhigh pric,soth ppularizaion and aplcaion e stiltsisfator. Aimingtuh plem， mobl navigaintermina isnoesigned based n mbded operaingsystem ndBeido（COS)NvigatioSaelitystem.he mobienvgtn ermna con
5、sists o ommuniation dl， latig module, map dplay mule, ap aing modue,elecniap an stemaintenancmodle,can ealize thenctioof locag, mquery and rutesseecio. The terminal is asdonmin bor ARM801 euipped wiamsung S3C2410 rcssr asma procesor. te bai， e acisitionofsaelite signals anetwrk couication are acised
6、 bVCO BD-7700 recever mduead Felx D10 communicatonoule. And oerfuciosreahieveby the softr sign,thu mking a inate mobilnvigatin tmial.KeyWorBdou（OMPASS)Navgatio Saellie System, embedde sstem,Lnx， pasi ocation，Dijkst alorihm1背景及意义 自20世纪90年代以来，全球卫星导航系统以其速度快、效率高、测量定位精度高等一系列特点,深受各个行业数据采集和资源监测人员的青睐。卫星导航系统
7、的出现,解决了大范围、全球性以及高精度快速定位的问题。其应用范围已经渗透至国民经济和社会发展的各部门、各领域、各行业1。目前正朝着集成度不断提高、用户更加广泛、使用更加便捷的方向发展。但是国内使用基于GS的定位导航系统将受制于美国的PS政策，一旦在紧要关头特别是在战时, 美国有针对性地限制或关闭对我国的应用, 后果将不堪设想。0年底,我国自主研制的“北斗导航试验系统”（第一代系统)建成，标志着我国成为世界上第三个拥有自主知识产权卫星定位导航系统的国家。它打破了美国等发达国家垄断卫星定位导航技术的局面,大大推进了我国信息基础设施建设，提高了我国的经济社会和军事信息化的水平。从207年至今,我国又
8、陆续发射了颗北斗导航卫星,第二代北斗导航系统的组网工作正稳步进行。但是，由于目前北斗导航卫星的数量限制,需采用有源定位才能获得较高的精度，而有源定位则需要向地面控制中心发送定位请求,其隐蔽性、实时性差。此外,现有的基于北斗导航系统的终端由于体积大、能耗高、价格贵等影响，推广应用并不理想。为此,目前有很多学者提出了相应的解决办法。本论文在参考和总结众多研究成果的基础上，提出了根据用户要求(如精度优先或者隐蔽性优先)实施不同的定位方式的设想，利用三星无源定位算法解决有源定位隐蔽性差、实时性差的问题,用嵌入式操作系统和北斗定位系统结合，最终开发出一套基于北斗的具有双模式(无源和有源)定位导航功能的用
9、户终端。2 设计方案2.1总体规划该导航定位终端针对移动式应用而开发,具有重量轻、体积小、交互友好、安全性高等特点，具有独立的操作系统和图形化的人机界面,可以进行全天候的准确定位和安全通信。其系统结构图如图1。子模块主控模块用户界面输入输出通讯定位地图显示地图检索电子地图用户界面系统维护图1 移动导航定位终端系统结构图（1）用户界面：此模块以表单或字符输入方式接受用户指令，并以图形或文字方式返回数据。（2）通讯：向总部发送信息，接收卫星信号。（3)定位：根据用户选择的定位方式得到当前坐标。(4)地图显示:显示区域地图、用户当前所在位置。当用户进行方向选择、动态移动、拉近拉远等动作时,进行相应的
10、变化。(5)地图搜索：根据用户输入的某一地点的信息,找到该点并将显示其出来,或者在用户输入出发地和目的地后,通过路由算法找到最短路径,并在地图上显示。（6)电子地图:存储地图文件。（7)加密:使用AES算法对发送数据进行加密。(7)系统维护:对导航终端所进行总体设置，定期备份、更新地图数据,提供所有的地图文件下载接口,设置用户各种操作权限,在软件出现新版本是出现版本更新提示。2.2硬件设计作为核心的主控制器需要应对实时路径规划、数据定位处理等实时性的大量的计算任务，同时为了实现人机交互功能，主控制器需要具备丰富的IO接口。根据这些要求,选择Samng公司的S3C210处理器。S3C2410处理
11、器是基于RM公司的ARM920处理器核，是一款Samsng公司为手持终端设计的低价格、低功耗、高性能的处理器，处理器运行频率可达20Hz,支持TF的LC控制器，NND闪存控制器，具有3路UART，Tou Sreen接口,主机和MM接口，4路DMA等丰富的 O接口。S3C10的串口AT2和ART3分别与CDA模块、北斗卫星接收模块通信34，在实际通信时两路连接都加有LVTT 电平到S 22 电平的转换电路。外围扩展的lash存储器可用于存放嵌入式Linux操作系统及应用程序代码,扩展的SRM主要用作系统的内存。DMA模块是整个系统的通信基础，在设计中采用Fieix公司的CDMA通信模块FD81。
12、该模块符合IS-95A/B与CDM2000 1x-RTT技术规范,支持CA2000 1X无线数据传输。高速上下行速率与大缓存,数据传输速率高达15.6 Kb/s,可通过AT命令远程控制内置TC/P协议堆栈。DGS-8与A1RM920通过串口UAT2实现数据的收发和AT指令的操作。卫星信号的接收采用威科姆科技的BD-700北斗接收模块,其功耗低、重量轻、尺寸小,可跟踪3颗卫星,处理6个波束数据,捕获时间小于2，授时精度优于30ns，可输出时间信息、精度、纬度、高程以及接收状态信息。此外，通过3C10处理器的其他接口,完成显示屏、键盘、存储设备的接入,其硬件结构如图2S3C2410嵌入式系统触摸显
13、示屏存储设备键盘等控制设备卫星信号采集模块CDMA通信模块音频输入输出设备摄像头其它扩展功能模块图2移动导航定位终端硬件结构图2.3操作系统设计Linux是一个成熟而稳定的网络操作系统，具有开放性、兼容性、可定制、精简高效等诸多优点。因而,选择Liux作为该导航定位终端的操作系统。嵌入式Linu系统只需引导程序、Lnux微内核、初始化进程3个基本元素。移植嵌入式Linux，就是使实时内核能在其他处理器(PU）或微控制器(MU)上运行。将嵌入式Liux移植到S3C240平台上,需要4个步骤：下载源码和建立交叉编译环境，配置编译内核,制作文件系统，下载和调试内核56。3理论设计计算3.1无源定位算
14、法目前,北斗卫星系统的组网工作还未完成，仅有三个卫星组成，从理论上可进行无源定位。首先，利用接收机终端同时接收来自三颗卫星的测距码信息,得到测站点到三颗卫星的伪距D1、2、3，并用测高仪量测测站点的海拔高度H0,设观测值矢量为=(1，D2,D3），待定点坐标为=（,y，z），待定点初始坐标r0=（X0,Y0,Z0)，卫星的坐标为r1（Xs，Ys1，s1),卫星2的坐标为r2=（Xs2,Ys2，Zs2）,卫星3坐标为2（X3，Ys，s3),利用接收机终端进行自主定位,必须要考虑接收机时钟和卫星时钟的差值,设差值为t,则根据测距码所得到的距离 (i=1,3） (1) （2)注：a0为参考椭球体长半轴，e为参考椭球体第一偏心率，
