摘要：在地球的物理勘探中，衛(wèi)星定位（GPS）是一種全新的測量技術(shù)，本文在對物探儀器里的GPS集成技術(shù)進(jìn)行研究，包括對軟硬件接口以及GPS板的集成技術(shù)和性能進(jìn)行了探討，對GPS定位技術(shù)進(jìn)行了分析，從而總結(jié)出了GPS集成技術(shù)的重要性。

　　關(guān)鍵詞：物探儀器；GPS集成

　　中圖分類號：P631文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：

　　Abstract: In the earth's physical exploration, positioning satellite (GPS) is a new measurement technique, this paper in the instrument of geophysical exploration in the GPS integration technology, including software and hardware interface and GPS board integrated technology and performance was discussed, and the GPS positioning technology to carry on the analysis, thus summarizes the importance of GPS integration technology.

　　Key Words: geophysical prospecting instrument; GPS integration

　　

　　

　　

　　一、引言

　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，GPS技術(shù)，即衛(wèi)星定位技術(shù)已經(jīng)在石油勘探等工程中廣泛應(yīng)用，另外，民用的GPS也大大提高了探測的精準(zhǔn)度。在進(jìn)行野外勘探工作中，物理探測和GPS的測量是分開進(jìn)行的，對物探儀器的GPS集成進(jìn)行研究可以提高勘探設(shè)備的職能水平、勘探的精準(zhǔn)度從而提高工作的效率，意義深遠(yuǎn)。

　　二、物探儀器中的GPS集成

　　（一）GPS OEM的技術(shù)性能

　　隨著科技的不斷發(fā)展和GPS的普及化程度越來越高，不同行業(yè)的人員要求將GPS的勘察、導(dǎo)航、測算等功能與自己行業(yè)特點結(jié)合起來進(jìn)行操作，因此，人們對GPS的要求也不斷提高，希望能夠充分運用GPS的功用來滿足行業(yè)需求，同時能夠使成本得以降低。在現(xiàn)實情況下，需求的可靠完善、性能較好的開發(fā)平臺可由GPS OEM板提供。

　　其實，生產(chǎn)廠家基本上都可以提供GPS OEM板。這些廠家的代表分別為具有較完善成熟的技術(shù)的GARMIN和BAE以及JAVAD三家公司，這幾家公司的OEM產(chǎn)品能夠根據(jù)用戶需要滿足其要求，是市場低、中、高三個檔次產(chǎn)品的代表。例如GARMIN企業(yè)生產(chǎn)的 GPS25LP OEM板產(chǎn)品，擁有每秒0.1米的定位速度、1Hz的數(shù)據(jù)更新頻率、300至19200波特率的傳輸速率、45s冷狀態(tài)或15s熱狀態(tài)的首次定位時間、非差分15mRms和差分5mRms的定位精度等高性能，這一產(chǎn)品還擁有同時對11顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)進(jìn)行秒脈沖輸出、同時對10多顆衛(wèi)星進(jìn)行追蹤的性能。

　�。ǘ�）關(guān)于GPS集成技術(shù)研究

　　1.關(guān)于GPS OEM與物探儀器的集成的硬件接口

　　GPS OEM是一個電性比較獨立的、較易運用的集成模塊板。GPS OEM集成的優(yōu)點在于可以滿足不同用戶對集成化的需要，為需求者提供可靠完善的、性能較高的GPS平臺。設(shè)計者控制GPS板和對GPS定位信息的接收是通過一個標(biāo)準(zhǔn)的接口的界面。需要明確的是設(shè)計不同的OEM板擁有不同的接口界面，不過通常情況下都會配置相應(yīng)的串行通訊的接口界面。

　　仍以GARMIN研發(fā)的GPS25LP OEM板為例證，版面上包括了TXD2、PXD2、PPS、RXD1等接口界面，下面具體闡述這些接口界面的定義。

　　TXD2輸出數(shù)據(jù)；RXD2輸出數(shù)據(jù)的同時，接收差分?jǐn)?shù)據(jù)；PPS輸出秒脈沖，有250的阻抗力、有300ns的下降和上升的典型時間，這一電極開路有0V的輸出電壓，1Hz的缺省脈沖，脈沖寬度步長可調(diào)為20ms，調(diào)整時與GPS的秒脈沖相同，另外，若有50電阻的負(fù)載時，這一輸出將產(chǎn)生700mV的脈沖信號，超過一半的電壓值測算時間相對于零負(fù)載來說節(jié)約了50ns；

　　RXD1的異步輸入，與物探儀器的RS-232配對，–2525V是其最大的輸入電壓范圍，最大信號電壓為2.4V，最小信號電壓為0.8V, RXD1輸入能夠直接連接到CMOS邏輯上，其最大的阻抗為4.7千焦，另外，這一輸入以接受GPS25LP的配置和初始化信息為主要內(nèi)容；Power Down若未輸入或接入，不小于2.7伏特即為使能，不大于0.5伏特則為非能，其為外接電源的休眠輸入，Power Down接入時處在2伏特、1.34毫安時為典型的轉(zhuǎn)換點，其阻抗為15千焦，供電電流降至1毫安、關(guān)閉內(nèi)部校準(zhǔn)的條件為這一轉(zhuǎn)換點為使能，重新開啟OEM板的條件則是使電壓恢復(fù)；

　　GPS OEM板外接的后備電源回路被稱為VAUX，若啟動VAUX則要求電源持續(xù)給電池充電，通常情況下，外部回路會提供充電，GPS OEM板能夠容納7mA•h的充電容量，另外，在GPS25LP OEM板上，VIN這一電壓驅(qū)動轉(zhuǎn)換回路輸出由原來的DC6.04V轉(zhuǎn)為DC4.4V；NC腳暫未空閑，為預(yù)留接口界面……

　　所以，可以得出一個結(jié)論，即在物理探測儀里，GPS集成定位的重點和關(guān)鍵在于為GPS OEM板提供標(biāo)準(zhǔn)的外部電源和RS-232接口。

　　2.關(guān)于GPS OEM板與物探儀器的集成的軟件接口

　　GPS OEM板與物探儀器的集成的軟件接口內(nèi)容包含了定位語句的輸出接口和控制語言的輸入兩大方面。

　　定位語句的輸出可以反映出GPS的相關(guān)定位信息，這些GPS應(yīng)用必要的信息包括了定位信號的強(qiáng)弱、衛(wèi)星的個數(shù)、時間日期、經(jīng)緯度、速度、高程、誤差多少、相關(guān)的定位模式等內(nèi)容。GPS OEM板的RS-232的輸出的實現(xiàn)要依靠$GPGSA、$ PGRME、$GPVTG、$PGRME、$PGRMB、$PGRMF、$GPGSV等等的ASC語言實現(xiàn)的，在NMEA 0183 Ver.2.0技術(shù)說明中可以詳細(xì)了解這些NMEA 0183 ASC語言的內(nèi)涵。

　　例如GPGGA是較為廣泛運用的語句，它的格式是：

　　$GPGGA，(1)，(2)，(3)，(4)，(5)，(6)，(7) ,M，(10),M,(11),(12)

　　* hh(CR)(LF)

　　在這一格式中，GPGGA語句輸出的是GPS的相關(guān)定位信息，主要內(nèi)容包括：GPS的定位的格林尼治標(biāo)準(zhǔn)時間標(biāo)注在括號1內(nèi)，時時分分秒秒是其格式標(biāo)準(zhǔn)，運用是需要轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)北京時間；相關(guān)維度數(shù)標(biāo)注在括號2內(nèi)；括號三內(nèi)進(jìn)行北緯、南緯的區(qū)別，用S表示南緯、N表示北緯；經(jīng)度填充在括號4內(nèi)；括號5內(nèi)為經(jīng)度半球的區(qū)分，用W、E分別表示西經(jīng)和東經(jīng)；GPS的信號質(zhì)量反映在括號6內(nèi)，其中差分定位用2注明，非差分定位用1注明，如無法定位則用0注明；括號7內(nèi)定位能夠使用衛(wèi)星數(shù)；GPS定位的水平經(jīng)度的參數(shù)標(biāo)注在括號8內(nèi)，需要說明的是精確度越高，數(shù)值會越小；衛(wèi)星天線相對于平均海平面是高或低，數(shù)值是多少反映在括號9內(nèi)；括號10內(nèi)標(biāo)注的是GPS的坐標(biāo)系統(tǒng)水平標(biāo)準(zhǔn)面與海平面的高度歷程差……

　　GPS定位的信息內(nèi)容可以由以上的輸出語句供給，在相異的語句中存在重復(fù)的信息，因此設(shè)計者須根據(jù)自身的不用需求初始化GPS OEM板，并且選擇自身需要的輸出語句，在這一過程中，對語句的選擇能從11/900Hz刪選，也可選擇30019 200波特率的傳輸速率，需要特別指出的是如果要對所有語句進(jìn)行輸出且為1Hz的輸出頻率時，RSR-232接口界面至少要保持在19200波特率。


                   
      
  
                    　　GPS OEM板與物探儀器的集成的軟件接口的控制語句輸入的目的在于為GPS OEM板提供初始化的信息，這些初始化的信息主要內(nèi)容包含GPS星歷、坐標(biāo)系統(tǒng)、相關(guān)時間、具體位置、定位信息的輸出頻率以及定位語言的輸出選擇、RS-232接口的速率、秒脈沖的定義等，這些初始化信息的實現(xiàn)是通過RS-232接口界面輸入GPS板的PGRMCI、GPALM、PSLIB、PGRMO等ASC語言途徑。在NMEA 0183 Ver.2.0技術(shù)說明中可以詳細(xì)了解這些NMEA 0183 ASC語言的內(nèi)涵。

　　例如$ PGRMO語言的格式為

　　$PGRMO，(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)

　　h* h(CR)(LF)

　　在這一格式中，為了說明這一語句是為GPS OEM板提供初始化的時間和位置等信息，該語句的定義為PGRMO，初始化的緯度數(shù)格式為度度分分.分分分,放在括號1內(nèi)；緯度為南緯還是北緯放在括號2內(nèi)標(biāo)明，南緯、北緯分別用S、N標(biāo)明；初始化的經(jīng)度格式定義為度度度分分.分分分,須放在括號3內(nèi)；經(jīng)度為東經(jīng)還是西經(jīng)放在括號4內(nèi)標(biāo)明，其中東經(jīng)、西經(jīng)分別用E、W來標(biāo)明；括號5內(nèi)填注的是格林尼治的標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)前日期，格式為先寫日再寫月，最后標(biāo)明年份，例如2011年4月8日格式為080411；括號6內(nèi)填注的是標(biāo)注時間的時分秒，比如7點12分48秒表示為071248；當(dāng)接受命令指令后后填在括號7內(nèi)，自動定位用A表示，重置則用R標(biāo)明h* h是奇校驗碼，這一校驗碼運用的情況是當(dāng)受到嚴(yán)重的電磁干擾的時候；另外，語句的結(jié)束標(biāo)志為(CR)(LF)的出現(xiàn)，(CR)(LF)是MEA0183 ASC語句的結(jié)束語言。需要說明的是初始化語句是能夠被選擇的，初始化的信息通常會被GPS OEM板進(jìn)行內(nèi)部保存，所以，當(dāng)重復(fù)重啟GPS OEM板時不必將初始化語言再次重置，省去了很多麻煩。

　　

　　三、結(jié)語

　　GPS的集成定位技術(shù)在被廣泛應(yīng)用于各種地下勘探工程之中，GPS板擁有操作簡單、生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的硬件接口和軟件接口界面，并開發(fā)出了較為可靠和相對完善的、性能較高的操作平臺，另外，在以后的開發(fā)工程中，提高定位的精度和利用差分等技術(shù)十分必要。GPS的集成成為了物探儀器開發(fā)和設(shè)計的一個大趨勢和重要方向。
　　

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