本发明属于导航系统
技术领域：
，具体涉及一种基于NV08C-CSM的多天线卫星导航系统。
背景技术：
：卫星导航系统可以为全球船舶、飞机、车辆等指明方向，范围遍及全球各个角落，可全天候、全天时提供精度高的导航信息，已发展为人类活动和促进社会发展的重要设施基础。目前，全球导航卫星系统(GNSS)主要包括美国的GPS，俄罗斯的GLONASS，欧盟的GALILEO，中国的BDS这四大卫星导航系统。导航系统中使用的单个天线只能获取一个没有角度方向点的定位信息，通过排列多个天线的位置构成一个面，可以用多个天线获取的卫星定位信息来确定载体的姿态。卫星导航系统的优点是误差不会随着时间累积，因此它常与惯性导航系统(INS)组合使用，以确定初始信息和校正误差。随着卫星技术的发展，接收机发展经历了集成度不断提高，价格不断降低，性能不断增强的过程。随着GNSS的提出，多模和多协议接收机也应运而生，所谓多模接收机就是能同时接收来自不同系统的卫星信号，再综合利用这些信息向用户提供一个更全面的定位结果；所谓多协议接收机，除了支持NMEA协议，还能支持其他如BINR、RTCMSC104等协议，能够提供更全面的卫星导航原始数据，从而提高定位精度。技术实现要素：发明目的：针对导航系统的运算能力、数据精度、运算实时性、可扩展性和数据共享等要求，本发明提出了一种基于NV08C-CSM的多天线卫星导航系统。技术方案：本发明为解决以上技术问题采用如下技术方案：一种基于NV08C-CSM的多天线卫星导航系统，包括处理器模块、卫星导航数据接收模块、启动模块、通信模块、电源模块，所述卫星导航数据接收模块、启动模块、通信模块分别与处理器模块连接，所述电源模块分别与处理器模块、卫星导航数据接收模块、启动模块、通信模块连接，用于提供所需电能；其中，卫星导航数据接收模块，用于采集卫星导航信号；启动模块，用于提供两种启动操作系统方式；通信模块，用于将处理器处理之后的数据向外发送。作为本发明一种基于NV08C-CSM的多天线卫星导航系统的进一步优选方案，所述处理器模块采用TI公司的AM335X处理器。作为本发明一种基于NV08C-CSM的多天线卫星导航系统的进一步优选方案，所述处理器模块通过移植Linux实时操作系统，使用多线程方式设计多路数据采集和卫星导航算法程序。作为本发明一种基于NV08C-CSM的多天线卫星导航系统的进一步优选方案，所述卫星导航数据接收模块包括四个NV08C-CSM接收机和外部天线射频电路。作为本发明一种基于NV08C-CSM的多天线卫星导航系统的进一步优选方案，所述卫星导航数据接收模中电容C206与天线接口SMA之间的阻抗是50欧姆。作为本发明一种基于NV08C-CSM的多天线卫星导航系统的进一步优选方案，所述所述处理器向接收机发送BINR协议的请求命令来获取相应的卫星导航原始数据。作为本发明一种基于NV08C-CSM的多天线卫星导航系统的进一步优选方案，所述启动模块包括TF卡启动模块和NandFlash启动模块，通过拨码开关选择启动方式。作为本发明一种基于NV08C-CSM的多天线卫星导航系统的进一步优选方案，所述通信模块包括I2C转UART模块和UART转RS422模块。作为本发明一种基于NV08C-CSM的多天线卫星导航系统的进一步优选方案，所述电源模块包括+15V/+12V/+9V转+5V的第一电源、+5V转+3.3V的第二电源，并根据不同用途对同一级电平之间进行隔离。有益效果：本发明有益效果主要表现在：1.采用的AM335X处理器不仅能够满足导航运算能力的需求，还能满足多路采集信号的需求；2.采用NV08C-CSM接收机的BINR专有二进制数据交换协议，能接收更全面的导航数据信息；3.所移植Linux实时操作系统具有多任务调度的优点，并行实现了信号的多路采集和导航算法。附图说明图1是本发明的整体结构原理图；图2是本发明的卫星导航数据接收模块电路图；图3是本发明的启动模块电路图；图4是本发明的通信模块电路图；图5是本发明的电源模块电路图。具体实施方式下面结合附图对本发明作进一步描述。一种基于NV08C-CSM的多天线卫星导航系统，包括处理器模块、卫星导航数据接收模块、启动模块、通信模块、电源模块。嵌入式计算机接收的数据来自四个卫星导航数据接收模块以及可扩展模块，如图1所示。其中：1.卫星导航数据接收模块通过射频前端的天线接收卫星信号，将接收到的信号通过接收机的UART2接口与控制器连接，以BINR数据交换协议发送给嵌入式计算机；2.扩展模块可以通过连接惯性组件模块接收惯导读取的数据，作为对卫星导航数据的信号补偿，具体实施方式为：扩展模块上的数据信号使用RS422标准的通用异步串口输入，并通过MAX3490电平转换芯片转化为TTL电平形式的数字信号，然后通过SC16IS750接口转换芯片将信号转化为I2C接口与处理器通信；3.通过嵌入式计算机运行导航解算程序来接收数据并进行数据解算，并向外发送解算后的数据，具体实施方式是：通过MAX3490芯片将TTL电平形式的数字信号转化为RS422的形式向外发送。处理器模块作为该系统的核心模块，采用的AM3354微处理器是基于ARMCortex-A8处理器，主频600MHz，最高可达1GHz，含有六路UART接口(UART0～UART5)、一路I2C接口、一路MMC接口，在图像处理、外设以及工业接口选项方面得到增强，支持操作系统。其中所述的六路UART接口，UART0是调试端口，UART1～4用来与GNSS接收机相连，UART5用来向外发送数据；I2C接口通过转UART接口再转RS422电平与外部通信；一路MMC接口，用来与TF卡传输数据。卫星导航数据接收模块的电路图如图2所示，射频电路部分包括SMA天线接口和供电电路，NV08C-CSM具有两个RF通道(每个可以配置为GPS、GLONASS、GALILEO或BDS)和二级过滤，以提高抗噪声能力；由于信号在传输过程中功率会衰减，需要将C206和天线之间的RF信号的阻抗调整到接近50欧姆；硬件配置UART的波特率方法是引出管脚GPIO3、GPIO4、GPIO5、GPIO6，通过选择这些引脚的高低电平来进行配置，图中GPIO6的电平拉高，GPIO3、GPIO4、GPIO5的电平拉低，实现配置的波特率为115200bps；GPIO1引脚上有1PPS输出，按照内部硬件定义的时间刻度每秒产生一个脉冲信号，将此引脚引出，可用于扩展模块中的惯性组件实现同步；该接收机信号传输使用二进制消息格式，消息格式如表1所示，消息格式具体说明如表2所示。表1DLEIDdataDLECRCCSDLEETX12345678表2本发明的导航数据采集中，主要采集了三种导航信息，分别为：PVT矢量(消息标识符为0x27)、时间和频率参数(消息标识符为0x1F)和原始数据(消息标识符为0xF4)。程序运行时CPU向接收机发送这三种请求指令，然后接收机每秒响应一次对应的二进制数据。NV08C-CSM接收机常用的消息请求类型及对应的请求消息标识符和响应消息标识符如表3所示。表3消息请求类型请求消息标识符响应消息标识符重启0x01无请求/设置端口状态0x0B0x50请求/设置接收机信道状态0x170x42请求软件版本信息0x1B0x70请求时间和频率参数0x1F0x72请求所有可见卫星的方位角和仰角0x240x52请求PVT矢量0x270x88请求原始数据格式输出0xF40xF5例如，请求表示符0x27的使用：该指令请求/禁止PVT向量的周期性输出，响应消息为0x88，包含描述用户位置的基本数据集：日期、时间、坐标、速度、坐标精度估计、PVT计算/外推标志。一个字节的消息数据以导航速率的间隔确定输出的周期。该指令的消息数据字段的取值如表4所示，对应的指令如表5所示。表4表5DLEIDdataDLEETX1027011003接收机通过UART2接口将导航数据发送到CPU，再根据对应的数据类型，将数据转换为当前的导航信息，浮点数的范围和精度如表6所示。表6启动模块如图3所示，通过拨码开关的选择更改BOOT2的电平状态就可以选择启动方式，默认启动方式为核心板的NandFlash启动，将BOOT2通过10K电阻上拉至+3.3V即可切换为MMC启动方式。TF卡的引脚MMC0_DAT0、MMC0_DAT1、MMC0_DAT2、MMC0_DAT3、MMC0_CMD、MMC0_CLK、MMC0_CD直接与核心板相连，并且通过47K电阻上拉至+3.3V。通信模块如图4所示，包括一路I2C转UART、两路UART转RS422，其中一路I2C转UART模块，采用的是SC16IS750芯片，该芯片具有I2C转UART和SPI转UART功能，通过引脚I2C-/SPI上拉至+3.3V选择I2C转UART功能，输入信号I2C_SDA与I2C_SCL需要通过4.7K电阻上拉至+3.3V；模块所述的UART转RS422模块，采用的芯片为MAX3490，所述的MAX3490有四个输出引脚A、B、Z、Y，其中A、Z引脚需要通过10K电阻上拉至+3.3V，B、Y引脚需要通过10K电阻下拉至GND。电源模块包括+15V/+12V/+9V转+5V的第一电源、+5V转+3.3V的第二电源，所述的15V/+12V/+9V转+5V的第一电源采用的是MP1493芯片，所述的+5V转+3.3V的第二电源采用的是AMS1117-3.3V芯片，其外围电路如图5所示。所得的VCC_+5V根据需求划分为+5V_ANT、+5V,其中+5V_ANT需为四个射频电路中的天线供电，再依次分为+5V_ANT1、+5V_ANT2、+5V_ANT3、+5V_ANT4；所得的VCC_+3.3V根据需求划分为+3.3V_SD、+3.3V,分别为TF卡和其他部分供电；所得的+3.3V_N1&N2划分为VIN_RF&D_N1和VIN_RF&D_N2，+3.3V_N3&N4划分为VIN_RF&D_N3和VIN_RF&D_N4。本发明使用Linux提供的相关配置工具制作合适的内核。在该内核源代码中，根据本发明实际需求，需要更改引脚复用(MUX)的配置问题，由于TI芯片架构类似，对于许多TI芯片来说，引脚复用的配置是在ControlModule(配置模块)的寄存器里配置，可以通过Linux内核做好的框架里的接口配置函数配置芯片的MUX，相关代码位于arch/arm/mach-omap2目录下，将staticstructpinmux_configuart5_pin_mux_s2[]中加入：{\"lcd_data9.uart5_rxd\",OMAP_MUX_MODE4|AM33XX_SLEWCTRL_SLOW|AM33XX_PIN_INPUT_PULLUP},{\"lcd_data8.uart5_txd\",OMAP_MUX_MODE4|AM33XX_PULL_UP|AM33XX_PULL_DISA|AM33XX_SLEWCTRL_SLOW},配置UART5的接收引脚和发送引脚；在对内核进行裁剪的步骤中，使用相关的默认配置文件，位于arch/arm/configs这目录下，运行makemenuconfig指令在该配置文件基础上再配置，将不需要的功能才剪掉。配置完成并退出后，在当前目录下运行指令：makeCROSS_COMOILE＝arm-arago-linux-gnueabi-ARCH＝armuImage，该指令会自动在arch/arm/boot/目录下生成uImage文件，将该文件拷入TF卡boot分区或烧写到NandFlash后即可使用。以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关
技术领域：
的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出各种变化和变型，都应当视为属于本发明的保护范围。当前第1页1 2 3