專利名稱：通用gps定位定向儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及測量儀器技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種通用GPS定位定向儀，主要用于間瞄和偵察定位武器的定位定向。
背景技術(shù)：
自行火炮和地炮偵校雷達等間瞄武器和偵察定位武器(統(tǒng)稱載體)在工作之前，必須為其定位定向。傳統(tǒng)的定位定向方法是采用大地測量，即必須事先提供兩個已知點的坐標，然后根據(jù)光學(xué)儀器測量的角度值計算出被測載體的位置坐標和工作方位角，當被測載體距已知點較遠或有遮擋時，需測量一些輔助點才能把坐標導(dǎo)到被測載體。這種方法的缺點是費時且只能白天作業(yè)并要求通視條件，詳見測繪出版社1988年6月出版的《控制測量學(xué)》；當對載體定位定向的時間和精度要求較高時，只能采用自動定位定向設(shè)備。以往一般采用基于慣性技術(shù)的導(dǎo)航尋北儀，這種裝置的主要缺點是成本高，一般在40萬元以上，詳見國防工業(yè)出版社出版的《導(dǎo)航與定位——現(xiàn)代戰(zhàn)爭的北斗星》；隨著GPS技術(shù)的發(fā)展，特別是載波相位測量技術(shù)的廣泛采用，GPS已不僅只是用于定位，而且能夠用于定向。美國JAVAD公司就推出了GPS定向系統(tǒng)，該系統(tǒng)把兩臺GPS接收機和載波相位差分解算計算機內(nèi)置在一個小盒子中，并連接兩個安裝時基線已固定的天線，工作時定位定向的結(jié)果用串口發(fā)出。由于該系統(tǒng)采用整體結(jié)構(gòu)的形式，并采用自己專用的載波相位差分解算計算機，所以價格較貴，每套售價20萬元左右。另外，該系統(tǒng)的定向精度為0.004/L弧度(RMS，L為基線長，單位米)，無法滿足有些系統(tǒng)定向精度≤0.003/L弧度的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種通用GPS定位定向儀，以達到廉價、快速的效果，并滿足載體對定位定向系統(tǒng)的要求。
本實用新型的技術(shù)方案是，針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本定位定向儀在其組成和結(jié)構(gòu)上進行了合理的設(shè)計，并設(shè)計安裝了定位定向軟件裝置在控制解算計算機上運行，以全自動方式完成整個定位定向過程的控制。具體地說，該通用GPS定位定向儀由GPS+GLONASS雙系統(tǒng)接收機(以下簡稱GPS接收機)和控制解算計算機組成。GPS接收機由兩塊GPS OEM接收板、電源及接口板和機殼組成。電源及接口板分別通過RS-422和RS-232與控制解算計算機及接收板GPS-1、GPS-2聯(lián)接并給接收板提供電源。接收板GPS-1、GPS-2和電源及接口板安裝在一個機殼內(nèi)，控制解算計算機安裝在另一個機殼內(nèi)，兩者在結(jié)構(gòu)上構(gòu)成了相互獨立的單元。在電源及接口板中設(shè)計了電源控制電路，由控制解算計算機自動控制GPS接收機電源的打開和關(guān)閉。
上述的通用GPS定位定向儀，所說的控制解算計算機中設(shè)計安裝了定位定向軟件裝置，該軟件裝置中包括GPS接收機的電源控制軟件和定位定向解算軟件，自動控制GPS接收機電源的打開和關(guān)閉并自動進行定位定向過程控制和解算。
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的優(yōu)點1、由于本定位定向儀，內(nèi)置兩臺GPS OEM接收板，采用載波相位測量技術(shù)，并把基線定長這一已知條件引入載波相位測量的觀測方程中，對觀測方程進行優(yōu)化處理，使定向精度達到≤0.003/L弧度；2、由控制解算計算機控制GPS接收機電源的開關(guān)，實現(xiàn)了全自動化操作；3、由于GPS接收機和控制解算計算機采用了分體結(jié)構(gòu)，所以該定位定向儀制造簡單、造價低廉，每臺價格僅為12萬元左右，具有較高的性價比；4、由于GPS接收機具有RS-422和RS-232兩種通訊接口，當載體的操控終端具有或可擴充這兩種接口時，則可用載體的操控終端代替本定位定向儀的控制解算計算機，這種設(shè)計既為用戶節(jié)約了成本，又給用戶的安裝和操作帶來了方便。


圖1是本實用新型的原理框圖圖2是本實用新型的定位定向軟件流程圖圖3是本實用新型的GPS接收機電源控制電路圖
具體實施方式
參照圖1，它是本實用新型的原理框圖。該通用GPS定位定向儀由GPS接收機和控制解算計算機組成。GPS接收機由兩塊GPS OEM接收板、電源及接口板和機殼組成，接收板和電源及接口板安裝在一個機殼內(nèi)，控制解算計算機安裝在另一個機殼內(nèi)，兩者在結(jié)構(gòu)上構(gòu)成了分體式結(jié)構(gòu)。電源及接口板分別通過RS-422和RS-232與控制解算計算機及接收板GPS-1、GPS-2的一端聯(lián)接并給接收板提供電源。GPS-1和GPS-2的另一端分別通過天線內(nèi)置前置放大器與天線聯(lián)接，接收天線傳來的GPS衛(wèi)星信號。接收板采用美國JAVAD公司生產(chǎn)的Euro 80型OEM板，該板具有體積小、功耗低和工作溫度范圍寬等特點。電源及接口板由DC-DC開關(guān)電源和接口轉(zhuǎn)換兩部分組成。開關(guān)電源采用美國VICOR公司的VI-J00-IZ模塊，通過濾波供給接收板、天線前置放大器和接口轉(zhuǎn)換電路。接口轉(zhuǎn)換由芯片MAX202EPA和MAX1480BEPI典型電路完成。
控制解算計算機由PC104模塊、液晶顯示器、專用鍵盤和電源組成。在控制解算計算機中安裝定位定向軟件裝置，該軟件裝置以全自動方式完成整個定位定向過程的控制和解算。
該通用GPS定位定向儀的工作原理是控制解算計算機運行定位定向軟件后，首先自動打開GPS接收機電源，開始實時接收GPS的單點定位數(shù)據(jù)，根據(jù)水平精度因子HDOP選出最好的定位數(shù)據(jù)，然后轉(zhuǎn)換為用戶坐標系下的平面直角坐標，實現(xiàn)對載體的定位。在得到足夠的載波相位測量原始數(shù)據(jù)后，通過載波相位后處理軟件解算出兩個GPS天線的經(jīng)緯度坐標，轉(zhuǎn)換為用戶坐標系下的平面直角坐標后計算出兩天線中心連線的方位角。由此可知，只要事先把兩個GPS天線固定在載體上，即可實現(xiàn)對載體的定向。由于兩個GPS天線固定在載體上，所以其間距為固定值，將這一已知條件引入載波相位測量的觀測方程中，對觀測方程進行優(yōu)化處理，使相對水平定位精度達到3mm。根據(jù)兩點定一線的原理，定向精度取決于兩點的相對水平定位精度和基線長L(即兩天線中心的水平距離)，當基線長為L米時，3mm垂直基線方向的相對定位誤差帶來的定向誤差為arctan(0.003/L)，由于3mm的靜態(tài)相對水平定位誤差是均勻分布的，而平行于基線方向的相對定位誤差不會產(chǎn)生定向誤差，只有垂直基線方向的相對定位誤差才會產(chǎn)生定向誤差，所以實際的定向誤差多數(shù)情況下要小于arctan(0.003/L)，又由于0.003/L的值很小(L-般大于2)，arctan(0.003/L)近似等于0.003/L，所以理論上定向精度優(yōu)于0.003/L弧度。
本定位定向儀在結(jié)構(gòu)上的特點它是將GPS接收機和控制解算計算機分為兩個獨立的結(jié)構(gòu)單元，這種分體結(jié)構(gòu)便于用戶向載體上安裝。由于GPS接收機具有RS-422和RS-232兩種通訊接口，當載體的操控終端具有或可擴充這兩種接口時，則可用載體的操控終端代替本定位定向儀的控制解算計算機，這種設(shè)計既為用戶節(jié)約了成本，又給用戶的安裝和操作帶來了方便。
參照圖2，它是本實用新型的定位定向軟件裝置流程圖，定位定向軟件安裝在控制解算計算機上運行，以全自動方式完成整個定位定向過程的控制。該定位定向軟件首先控制打開GPS接收機的電源，待兩個GPS接收板都鎖定4顆以上衛(wèi)星后，實現(xiàn)GPS-1和GPS-2同步觀測并記錄其原始數(shù)據(jù)，觀測5分鐘后，自動進行定位定向解算并自動判斷結(jié)果的正確性。若得到正確定位定向結(jié)果，轉(zhuǎn)換為用戶所需的坐標后顯示該結(jié)果并存盤；若未得到正確定位定向結(jié)果，則重新觀測并將記錄數(shù)據(jù)追加到原來的記錄數(shù)據(jù)后面，然后重新解算，直到得到正確的定位定向結(jié)果。軟件裝置按功能分為定位模塊、數(shù)據(jù)下載模塊、載波相位差分解算模塊、坐標轉(zhuǎn)換及結(jié)果輸出模塊。
由于GPS接收機一般安裝在不利于操作或隱蔽的地方，所以加入了電源控制軟件和電路，由控制解算計算機控制GPS接收機的電源通斷，實現(xiàn)了方便的全自動化操作，節(jié)約定位定向時間。
參照圖3，它是本實用新型的GPS接收機電源控制電路圖，當控制解算計算機的I/O控制端輸出高電平或高阻狀態(tài)時，打開GPS接收機電源，輸出低電平時關(guān)閉接收機電源。
權(quán)利要求1.一種通用GPS定位定向儀，包括GPS接收機和控制解算計算機，GPS接收機由兩塊GPS OEM接收板、電源及接口板和機殼組成，電源及接口板分別通過RS-422和RS-232與控制解算計算機及接收板GPS-1、GPS-2聯(lián)接并給接收板提供電源，其特征在于接收板GPS-1、GPS-2和電源及接口板安裝在一個機殼內(nèi)，控制解算計算機安裝在另一個機殼內(nèi)，兩者在結(jié)構(gòu)上構(gòu)成了相互獨立的單元；在電源及接口板中設(shè)計了電源控制電路，由控制解算計算機自動控制GPS接收機電源的打開和關(guān)閉。
專利摘要本實用新型公開了一種通用GPS定位定向儀，它涉及測量儀器技術(shù)領(lǐng)域，其目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，以達到廉價、快速、操作簡單的效果。該定位定向儀由GPS接收機和控制解算計算機組成。GPS接收機由兩塊GPS OEM接收板、電源及接口板和機殼組成。電源及接口板分別通過RS－422和RS－232與控制解算計算機及接收板聯(lián)接并給接收板提供電源。接收板、電源及接口板安裝在一個機殼內(nèi)，控制解算計算機安裝在另一個機殼內(nèi)，兩者在結(jié)構(gòu)上構(gòu)成了相互獨立的單元。在電源及接口板中設(shè)計了電源控制電路，由控制解算計算機中設(shè)計安裝的定位定向軟件裝置控制其整個工作過程并自動給出定位定向結(jié)果。該定位定向儀主要用于間瞄和偵察定位武器的定位定向。
文檔編號G01S5/02GK2901337SQ20062007904
公開日2007年5月16日 申請日期2006年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月25日
發(fā)明者鄭志軍, 姜洋 申請人:中國兵器工業(yè)第二○六研究所