一 概述
全球卫星导航系统(GNSS)是一种利用卫星技术为全球用户提供定位、导航和定时服务的系统。GNSS系统通过在地球轨道上部署一组卫星,为全球范围内的用户提供定位、导航、定时和通信等服务。目前最为广为人知的全球卫星导航系统包括美国的GPS系统、俄罗斯的GLONASS系统、欧盟的Galileo系统和中国的北斗系统。此外还有两个区域覆盖的卫星导航系统,分别是由印度开发的区域导航卫星(NAVIC)系统和日本国家空间开发局(JAXA)和其他相关机构开发的准天顶卫星(QZSS)系统。这些系统在不同频段上提供定位和导航服务,每个系统都有其独特的频率和功能。
二 卫星系统介绍
1、GPS系统:
频率范围:GPS系统主要工作在L1、L2和L5频段。
功能分析:GPS系统由24颗工作卫星与4颗备用卫星组成,24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内,轨道高度约为20200Km左右,运行周期11h58min。主要在L1、L2和L5频段提供服务,其中L1频段用于民用和商业应用,L2频段用于精密定位和军事应用,L5频段用于增强信号和抵抗干扰。1994年全面建成。
优势:美国GPS系统是最早建立的卫星导航系统之一,具有成熟的技术和广泛的应用范围。其定位精度高,技术成熟、性能稳定,军用精度最强,信号覆盖范围广,适用于各种领域的导航需求。
劣势:在某些高纬度地区或高楼大厦密集区域,GPS系统可能存在多径效应或信号遮蔽的问题,导致定位精度下降。
2、格洛纳斯(GLONASS)系统:
频率范围:GLONASS系统在L1和L2频段提供导航服务,与GPS系统相似,但频率略有不同。
功能分析:GLONASS系统与GPS类似,系统共有24颗卫星,分布在3个轨道,每个轨道上有8颗卫星,轨道高度约19100Km。该系统也可用于民用、商业和军事领域,提供全球覆盖的导航服务。2011年1月1日正式运行。
优势:GLONASS系统在俄罗斯及周边地区具有较强的覆盖能力,能够提供优质的导航服务。其与GPS系统互补,抗干扰能力强,定位精度高,高纬度地区使用更佳。
劣势:GLONASS系统在全球范围内的覆盖相对较弱,可能在某些地区出现信号弱或不稳定的情况。
3、伽利略(Galileo)系统:
频率范围:Galileo系统在E1、E5和E6频段提供导航服务,设计更为精细,旨在提供更高精度和可靠性的导航信息。
功能分析:Galileo系统总共包含30颗卫星,均匀发布在3个轨道上,轨道高度约23000Km,运行周期14h4min。致力于提供更高精度的位置信息,适用于交通、农业、航空等领域,具有更好的民用导航性能,可与GPS系统兼容,主要特点是多载频、多用户、多服务。2019年具备完全工作能力。
优势:Galileo系统具有更优越的精度和稳定性,适用于精密导航和科研应用。多国参与建设,非军方控制,民用精度最强,其独立的民用系统地位使其在市场上具有竞争优势。
劣势:由于Galileo系统相对较新,用户基础可能不如GPS系统广泛,可能会影响其在一些领域的推广和应用。
4、北斗卫星导航系统:
频率范围:北斗系统在B1、B2和B3频段提供导航服务,覆盖范围广,功能丰富。
功能分析:北斗导航系统由32颗中圆地球轨道卫星、12颗地球静止轨道卫星和12颗倾斜地球同步轨道卫星,共56颗卫星组成,拥有地球静止轨道(GEO),中轨道(MEO)和地球倾斜轨道(IGSO)三个轨道。轨道高度约为21528Km左右。北斗系统在提供定位导航服务的同时,还具备通信、监测和紧急救援等功能,适用于多种领域的应用需求。2020年北斗系统组网完成。
优势:北斗系统结合了民用、商业和军事需求。可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务,抗干扰能力强,并且具备短报文通信能力,
劣势:北斗系统在全球范围内的影响力相对较弱,与其他全球导航系统相比,覆盖范围有限。
还有两个区域覆盖的卫星导航系统,分别是由印度开发的(NAVIC)系统和日本开发的准天顶卫星(QZSS)系统。
1、NAVIC系统:
频率范围:NAVIC系统在S和 L频段提供导航服务。
功能分析:印度区域导航卫星(NAVIC)系统由7颗位于地球静止轨道和地球同步轨道的卫星、地面控制段和用户段组成,覆盖范围主要涵盖印度及周边地区,具有一定的区域覆盖优势,适合在印度国内各种领域的应用需求。
优势:NAVIC系统旨在为印度及周边地区提供更好的导航服务,具有一定的区域覆盖优势。它在农业、渔业、航行等领域有着广泛的应用。
劣势:NAVIC系统在全球导航系统中的影响力相对较弱,由于其覆盖范围有限,导航精度有限,无法与全球性导航系统相媲美。
2、QZSS系统:
频率范围:GLONASS系统在L1和L2频段提供导航服务,与GPS系统相似,但频率略有不同。
功能分析:日本准天顶卫星(QZSS)系统截止2022年4月在地面上可用的QZSS卫星是4颗,未来计划整个系统的卫星数量是7颗,能做到独立工作。
优势:QZSS的一大特点是集众家之所长,频率覆盖广泛左右逢源。前有和GPS L1 L2 L5极高的互操作性,深度兼容重合,后又与Galileo E6 保持兼容性和互操作性,所有优质GNSS频率先占个座。可提供在特定地区(主要是日本和周边地区)更高精度和更可靠的导航服务。它与GPS系统互补,能够提供更加稳定和精准的导航信息。
劣势:在全球范围内的覆盖相对有限,未摆脱依靠GPS导航系统。主要面向亚太地区用户,因此在全球范围内的影响力相对较弱。
三 GNSS使用场景
全球导航卫星系统(GNSS)模块在各个领域都有广泛的应用,其高精度的定位和导航能力使其成为多种行业的关键技术。以下是GNSS模块在不同领域的运用范围:
交通与汽车行业:
GNSS模块在汽车导航系统中得到广泛应用,为驾驶员提供实时导航和交通信息。自动驾驶汽车也依赖于GNSS技术来实现高精度的定位和导航。
航空与航海:
在航空领域,飞机使用GNSS模块进行导航、自动驾驶和着陆。在航海领域,船舶利用GNSS模块进行航道规划、位置监测和海洋资源勘探。
农业:
GNSS模块在精准农业中发挥关键作用,用于农田测绘、播种和施肥。农业机械如拖拉机和收割机也常使用GNSS技术进行自动导航。
建筑和工程:
在建筑和工程领域,GNSS模块用于土地测绘、建筑物定位、施工和土方工程。这有助于提高工程的精度和效率。
环境监测:
GNSS模块在环境监测中用于追踪大气运动、天气系统和自然灾害。科学家利用这些数据进行气象研究和气候模型。
科学研究:
在科学研究领域,GNSS模块用于天文学、地质学和地球科学研究。它们可以用来监测地壳运动、地球形状变化和大气层参数。
体育与健康:
在体育和健康领域,GNSS模块用于运动追踪、健身监测和个性化运动计划。智能手环、智能运动鞋等产品常常集成了GNSS技术。
防务与安全:
在防务领域,GNSS模块用于军事导航、战场定位和目标追踪。此外,安全领域也常使用GNSS技术进行监控和定位服务。
无人系统(例如无人机):
无人系统广泛使用GNSS模块进行导航和定位。这包括无人机、自动驾驶飞行器和水下无人车辆等。
金融和物流:
在金融领域,GNSS模块用于资产追踪和管理。在物流中,它们用于货物追踪、仓储和物流优化。
这些应用领域显示了GNSS模块的多功能性和多样性,为各个行业提供了更高效、精准的位置信息,推动了这些领域的科技发展。
四 中科微GNSS模块
AT6558R 是一款高性能BDS/GNSS 多模卫星导航接收机 SOC 单芯片,片上集成射频前端,数字基带处理器,32 位的 RISC CPU,电源管理功能。
芯片支持多种卫星导航系统,包括中国的北斗卫星导航系统 BDS,美国的 GPS,俄罗斯的GLONASS,并实现多系统联合定位。
模块通信协议:CASIC多模卫星导航接收机协议规范4.1v180412.pdf
五 GNSS组件的使用
1 Gitee链接地址
组件位于amaziot_bloom_os_sdklibrariesamxtuam_gnss.c
Gitee源码地址:https://gitee.com/ning./hongdou
Github源码地址:https://github.com/ayumid/hongdou
2 应用层组件功能介绍
提供GNSS解析实例,串口接收NMEA语句后分类保存,解析RMC等语句的有效信息。
使用该组件,必须同时使用AT组件,文件组件,TCP组件,掉线组件,掉线重连组件,GNSS组件。
3 代码讲解
1 dtu_get_gnss_ctx
功能:该函数用于,用于其它软件模块使用GNSS模块相关资源时,获取资源句柄。
参数:无
返回值:gnss资源上下文指针
示例:
2 dtu_gnss_data_prase
功能:该函数用于,gnss功能打开后,gnss模块会1s发送一次nmea数据到串口4,串口4接收任务接收后,会调用此函数进行分包,不同的nmea语句会放到相应的缓冲区。
参数:
参数 | 释义 |
gnss_data | gnss数据缓冲区指针 |
len | 数据长度 |
返回值:无
示例:
dtu_gnss_data_prase(uart4_rdata.UArgs, uart4_rdata.len);
3 dtu_gnss_timer_init
功能:该函数用于,gnss指令上报定时器初始化,上电后就会跟随gnss任务初始化。
参数:无
返回值:无
示例:
dtu_gnss_timer_init();
4 dtu_gnss_timer_start
功能:该函数用于,开始gnss超市定时器,开始前会停止定时器,然后判断是否打开了gnss功能。
参数:无
返回值:无
示例:
dtu_gnss_timer_start();
5 dtu_gnss_timer_stop
功能:该函数用于,停止gnss定时器。
参数:无
返回值:无
示例:
dtu_gnss_timer_stop();
6 dtu_send_gnss_data_to_server
功能:该函数用于,根据AT指令配置,上报nmea语句。
参数:无
返回值:无
示例:
dtu_send_gnss_data_to_server();
7 dtu_gnss_timer_callback
功能:该函数用于,上报超时定时器,超时后,判断当前在透传模式,会发送相应的消息给gnss主任务。
参数:
参数 | 释义 |
tmrId | 参数,暂未使用 |
返回值:无
示例:
//根据标志位设置是否需要打开心跳定时器 if(dtu_file_ctx->gnss.gpsflag) OSATimerStart(dtu_gnss_timer_ref, dtu_file_ctx->gnss.gpstime * 200, dtu_file_ctx->gnss.gpstime * 200 , dtu_gnss_timer_callback, 0);
8 dtu_uart4_data_send_thread
功能:该函数用于,gnss数据上报任务,数据接收处理。
参数:
参数 | 释义 |
param | 任务参数,按需使用 |
返回值:无
示例:
//创建gnss串口4接收任务 status = OSATaskCreate(&dtu_gnss_task_ref, dtu_gnss_task_stack, DTU_GNSS_TASK_STACK_SIZE, 150, "dtu_uart4_data_send_thread", dtu_uart4_data_send_thread, NULL); ASSERT(status == OS_SUCCESS);
4 Demo实战
4.1 创建一个Demo
复制20.4_trans_xtu示例工程,到同一个文件夹下,修改文件名为20.8_gnss_xtu,如图:
4.2 修改makefile
增加文件组件所在目录头文件路径,和源文件路径,如图:
4.3 增加头文件
使用代码编辑器,将新建的工程文件加入代码编辑器中,打开main.c,修改main.c,加入am.h等头文件,如图:
4.4 修改代码
示例使用的是板载5x6卡,用户的硬件可能是使用外置卡,或者是三合一全网通卡,因为硬件上三种卡使用的模组SIM卡接口不一样(外置卡SIM1,5x6卡和三合一卡SIM2),所以,需要通过一个全局变量来制定SIM卡硬件接口。
extern外部变量SDK_INIT_SIM_SELECT_VALUE,这里判断了是否使用外置卡,这个宏定义在Makefile里面定义。
在Phase1Inits_enter中,宏定义判断是否要包含对SDK_INIT_SIM_SELECT_VALUE变量的修改。
在Phase2Inits_exit 调用文件组件提供的对外API,如图:
4.5 编译
在SDK根目录打开命令行,输入命令.build.bat -l .amaziot_bloom_os_sdksamplelibraries20.8_gnss_xtu
PS F:3.asr-bcat.1-asr16061.softwareBLOOM_OS_1606_OPENCPU_1191_A08 λ .build.bat -l .amaziot_bloom_os_sdksamplelibraries20.8_gnss_xtu 子目录或文件 outbin 已经存在。 命令语法不正确。 子目录或文件 buildobj 已经存在。 gnumake: Entering directory `F:/3.asr-b/cat.1-asr1606/1.software/BLOOM_OS_1606_OPENCPU_1191_A08/amaziot_bloom_os_sdk/sample/libraries/20.8_gnss_xtu' armcc.exe -c --cpu Cortex-R4 --no_unaligned_access -g -O2 --apcs /inter --diag_suppress 2084,1,2,177,188,223,550,1296,2795,6319,9931,9933 --diag_error=warning --gnu --thumb --loose_implicit_cast -DDATA_COLLECTOR_IMPL -DISPT_OVER_SSP -DDIAG_SSP_DOUBLE_BUFFER_USE_DYNAMIC_ALLOCATION -DENV_XSCALE -DL1_DCXO_ENABLED -DLTE_HIGH_MOBILITY_OPTIMIZATION -DRUN_XIP_MODE -DCRANE_Z2 -DCA_LONG_IPC_MSG -DNEZHA3 -DNEZHA3_1826 -DUPGRADE_PLMS -DUPGRADE_PLMS_SR -DLTE_GSMMULTIBCCH -DGPLC_LTE_RSSI_SCAN -DL1V_NEW_RSSI -DUPGRADE_PLMS_3G -DUPGRADE_PLMS_L1 -DUPGRADE_FG_PLMS -DFG_PLMS_URR -DUPGRADE_L1A_FG_PLMS -DUPGRADE_PLMS_STAGE_2 -DUPGRADE_MBCCH -DMULTI_BCCH_READY_IND -DURR_MRAT_ICS_SEARCH -DUPGRADE_ICS -DMRAT_NAS -DUPGRADE_PLMS_SEARCH_API -DICS_MBCCH -DICS_MBCCH_2G_RSSI -DDIAG_NEWPP -DPHS_SW_DEMO -DPHS_SW_DEMO_TTC -DPHS_SW_DEMO_TTC_PM -DFULL_SYSTEM -D_DDR_INIT_ -D_TAVOR_HARBELL_ -DUPGRADE_ARBEL_PLATFORM -D_TAVOR_B0_SILICON_ -DTDL1C_SPY_ENABLE -DDLM_TAVOR -DTAVOR -DFLAVOR_DUALCORE -DDEBUG_D2_MOR_REG_RESEREVED_ENABLE -D_DIAG_USE_COMMSTACK_ -D_TAVOR_DIAG_ -DPM_DEBUG_MODE_ENABLED -DPM_D2FULL_MODE -DPM_EXT_DBG_INT_ARR -DFEATURE_WB_AMR_PS -DMACRO_FOR_LWG -DHL_LWG -DOPTIMIZE_FOR_2G_BCCH -DPLAT_TEST -D_FDI_USE_OSA_ -DPLAT_USE_THREADX -DLWIP_IPNETBUF_SUPPORT -DCRANE_MCU_DONGLE -DAT_OVER_UART -DPHS_SW_DEMO_TTC_PM -DUPGRADE_LTE_ONLY -DEXT_AT_MODEM_SUPPORT -DLTEONLY_THIN_SINGLE_SIM -DLFS_FILE_SYS -DLFS_FILE_SYS_V2 -DPSM_ENABLE -DNO_PAHO_MQTT -DNO_XML -DNO_LWM2M -DREMOVE_MBEDTLS -DNO_AT_NET -DCRANE_SD_NOT_SUPPORT -DNTP -DYMODEM_EEH_DUMP -DENABLE_DM_LTEONLY -DLTEONLY_THIN -DNO_EXTEND_MY_Q_AT -DNOT_SUPPORT_HTTPS -DNOT_SUPPORT_PM813 -DCRANEL_4MRAM -DREMOVE_PB -DUART_NEW_VERSION -DREMOVE_MEP -DREMOVE_SMS -DREMOVE_ENVSIM -DAPN_INCODE -DLTEONLY_THIN_SINGLE_SIM_2MFLASH -DASR160X_OPENCPU_FEATURE -DENABLE_UART3_FEATRUE -DENABLE_UART4_FEATRUE -DYUGE_MBEDTLS_3_2_1 -DENABLE_MAC_TX_DATA_LOGGING -DDISABLE_NVRAM_ACCESS -DINTEL_UPGRADE_EE_HANDLER_SUPPORT -DLTE_W_PS -DL1_DUAL_MODE -DUPGRADE_HERMON_DUAL -DINTEL_UPGRADE_DUAL_RAT -DINTEL_UPGRADE_GPRS_CIPHER_FLUSH -DUPGRADE_ENHANCED_QUAD_BAND -DINTEL_2CHIP_PLAT -DI_2CHIP_PLAT -DUPGRDE_TAVOR_COMMUNICATION -DRUN_WIRELESS_MODEM -DFLAVOR_DDR12MB_GB1MB5 -DFEATURE_SHMEM -DACIPC_ENABLE_NEW_CALLBACK_MECHANISM -DRELIABLE_DATA -DMAP_NSS -DTV_FNAME=""SW_PLATFORM=PMD2NONE PHS_SW_DEMO PHS_SW_DEMO_PM SRCNUCLEUS FULL_SYSTEM NOACRTC PDFLT PLAT_TEST PV2 DIAGOSHMEM NVM WITHL1V"" -DTV_FDESC=""SW_DESCRIPTION="" -DENABLE_ACIPC -D_DATAOMSL_ENABLED_ -DUSB_CABLE_DETECTION_VIA_PMIC -DMIPS_TEST -DMIPS_TEST_RAM -DFLAVOR_DIET_RAM -DNVM_INCLUDE -DMSL_INCLUDE -DMSL_POOL_MEM -DNO_AUDIO -DOSA_QUEUE_NAMES -D_DIAG_DISABLE_USB_ -DOSA_NUCLEUS -DOSA_USED -DPM_D2NONE_MODE -DCRANE_SOC_TEMPERATURE_SENSOR -DL1_SW_UPDATE_FOR_DIGRF -DPHS_L1_SW_UPDATE_R7 -DUPGRADE_LTE -DFRBD_CALIB_NVM -DFRBD_AGC_CALIB -DFRBD_FDT_CALIB -DHSPA_MPR -DCAPT_PARAMS_OPTIMIZE -DL1_WB_R99_ONLY -DL1V_WB_R99_ONLY -DINTERGRATED_RF_SUPPORT -DL1_RX_DIV_SUPPORT -DENABLE_OOS_HANDLING -DTAVOR_D2_WB_L1_SUPPORT -DL1_DDR_HIGH_FREQ -DUPGRADE_DIGRF3G_SUPPORT -DW_PS_PLUS_G_PAGING -D"NO_APLP=0" -DINTEL_UPGRADE_UNIFIED_VOICE_TASK -DINTEL_UPGRADE_R99 -DAPLP_SPY_ENABLE -D__TARGET_FEATURE_DOUBLEWORD -DWHOLE_UMTS_STACK -DUSE_TTPCOM_CSR_BLUETOOTH_AUDIO_GAIN_CONTROL -DL1_UPGRADE_R5 -DUPGRADE_EDGE -DUPGRADE_R4_FS1 -DINTEL_UPGRADE_GSM_CRL_IF -DUPGRADE_EGPRS_M -DINTEL_UPGRADE_EGPRS_M -DINTEL_UPGRADE_RF_PARAMS_IN_CF_TDS -DINTEL_UPGRADE_2SAMPLES_PER_SYMBOL -D"GPRS_MULTISLOT_CLASS=12" -D"EGPRS_MULTISLOT_CLASS=12" -DMARVELL_UPGRADE_BSIC_REDESIGN -DMSL_INCLUDE -DINTEL_HERMON_SAC -DCRANE_CUST_BUILD -DL1_SW_UPDATE_FOR_DIGRF -DFLAVOR_COM -DSILICON_PV2 -DSILICON_SEAGULL -DSILICON_TTC_CORE_SEAGULL -DPCAC_INCLUDE -Otime -DBUILD_DATE=""11 21 2023"" -DBUILD_TIME=""18:04:51"" -Iatcmdsinc -IF:3.asr-bcat.1-asr16061.softwareBLOOM_OS_1606_OPENCPU_1191_A08includeasr160xhoptelephonyyugeinc -IF:3.asr-bcat.1-asr16061.softwareBLOOM_OS_1606_OPENCPU_1191_A08includeasr160xhalUARTinc -IF:3.asr-bcat.1-asr16061.softwareBLOOM_OS_1606_OPENCPU_1191_A08includeasr160xhalcoreinc -IF:3.asr-bcat.1-asr16061.softwareBLOOM_OS_1606_OPENCPU_1191_A08includeasr160xhalPMUinc -IF:3.asr-bcat.1-asr16061.softwareBLOOM_OS_1606_OPENCPU_1191_A08includeasr160xhalGPIOinc -IF:3.asr-bcat.1-asr16061.softwareBLOOM_OS_1606_OPENCPU_1191_A08includeasr160xosposixinc -IF:3.asr-bcat.1-asr16061.softwareBLOOM_OS_1606_OPENCPU_1191_A08includeasr160xdiagdiag_logicsrc -IF:3.asr-bcat.1-asr16061.softwareBLOOM_OS_1606_OPENCPU_1191_A08includeasr160xcswSysCfginc -IF:3.asr-bcat.1-asr16061.softwareBLOOM_OS_1606_OPENCPU_1191_A08includeasr160xcswplatforminc 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4.6 生成固件
参考入门中开发工具,生成工具。
4.7 查看现象
固件下载到模组后,首先退出透传,通过AT串口配置服务器地址,打开gnss功能(第三个参数上报不同NMEA数据),然后进入透传,观察服务器是否收到了gnss信息,如图,
5 总结
根据实验现象,按照本文所述流程,可以实现GNSS数据接收和解析。
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