 |
Протоколы выдачи навигационной информации
|
|
|
|
Приемники обеспечивают два способа обмена навигационной информацией: символьный протокол NMEA 0183 v.3.01 и собственный бинарный протокол обмена. Данные в обоих протоколах выдаются приемником одновременно, но каждый - по своему каналу. По умолчанию, по каналу №0 выдаются данные бинарного протокола, по каналу №1 - NMEA. Используя соответствующую команду бинарного протокола, можно переприсвоить информационные протоколы другим коммуникационным каналам, то есть бинарный протокол будет выдаваться по каналу №1, а NMEA - по каналу №0. По каналу USB могут передаваться данные только одного из протоколов.
Протокол NMEA (National Marine Electronics Association) - полное название «NMEA 0183» - символьный протокол связи навигационного оборудования между собой. Используется почти во всех GPS-приемниках ввиду своей простоты. Поскольку приемник имеет последовательный интерфейс RS-232, то «общаться» с ним можно, подключив его, например, к IBM PC-совместимому компьютеру (согласовав, естественно, уровни сигналов, скорость передачи и формат посылки). Поскольку формат данных символьный, то просматривать и «дешифрировать» сообщения пользователь может (при некотором навыке), используя какую-либо терминальную программу (в простейшем случае программу «HyperTerminal», входящую в состав ОС Windows), не разрабатывая специального программного обеспечения.
Протокол NMEA не предусматривает посылку запросов в приемник. Приемник автоматически генерирует определенный набор сообщений, предусмотренный встроенным программным обеспечением. Формат пакетов приемника ГеоС-1 и их подробное описание приведены в документе «ГеоС-1. Руководство по эксплуатации [8].
Собственный бинарный протокол. Как правило, производитель навигационных приемников в дополнение к протоколу NMEA предлагает собственный протокол, обеспечивающий:
|
|
|
Возможность настройки режимов работы приемника;
Получение расширенной навигационной (по сравнению с NMEA) информации;
Получение информации в ответ на запросы, посылаемые в приемник.
Формат передачи, как уже отмечалось, бинарный (то есть, двоичный) - значение конкретного параметра передается не в ASCI-кодах, а виде двоичного числа; форматы в терминах языка C (byte, short, int, float, double и другие), выбираемого в зависимости от разрядности и способа представления данных. Таким образом, просмотр сообщений на компьютере возможен, но простейшие терминальные программы непригодны - для «дешифрации» необходимо использовать специальные программы.
Дополнительная информация может включать в себя сообщения об альманахах, эфемеридах, измерительную информацию от спутников, данные о положении как в географических (широта, долгота, высота), так и в геоцентрических (расстояния X, Y, Z от центра геоида) координатах. Возможны тонкие настройки приемника (например, выключение и включение конкретного спутника из расчета положения) и другие функции.
В общем случае протокол содержит ряд пакетов беззапросных сообщений (то есть, сообщений, отсылаемых приемником автоматически по мере их формирования), пакеты установок, запросов и команд, принимаемых приемником от контроллера и ответы на установки, запросы и команды, которые отсылаются приемником в контроллер.
Полный перечень пакетов бинарного протокола, их формат и описание также приведены в [8].
Платы коммутации и программное обеспечение GeoSDemo
Для демонстрации работы приемников разработаны платы коммутации (соответственно, GeoS-1 DemoKit и GeoS-M DemoKit, представленные на рисунке 6) и программное обеспечение для персонального компьютера GeoSDemo.
Плата коммутации осуществляет следующие функции:
|
|
|
Формирование основного напряжения питания 3, 3В из входного постоянного напряжения 5...30В;
Подключение внешнего резервного источника напряжения (батарейки) к приемнику (для вариантов исполнения с внешней батареей) и возможность его отключения (для использования вариантов исполнения с батарейным источником питания, установленным на плате);
Преобразование стандартных уровней сигналов RS-232 в уровни LVTTL и обратно;
Подключение к портам USB и RS-232 персонального компьютера;
Коммутацию входного напряжения питания от внешнего источника или через разъем USB;
Буферирование и вывод на ВЧ-разъем секундной метки времени 1PPS;
Индикацию наличия напряжения 3, 3В и активности портов RS-232.
Плата коммутации осуществляет подсоединение приемника к внешнему оборудованию (источнику питания, портам USB/RS-232 компьютера).
Программное обеспечение GeoSDemo является демонстрационным программным обеспечением приемников GeoS-1 и GeoS-M.
Программа позволяет:
Производить автоматическое или ручное подключение к приемнику по последовательным портам RS-232 и USB;
Отображать выходную навигационную информацию приемника, в том числе и в графическом виде;
Формировать и посылать в приемник команды, запросы и установки;
Отображать ответы приемника на команды, запросы и установки;
Осуществлять запись выходной информации в лог-файлы;
Производить чтение записанных ранее лог-файлов;
Формировать и записывать протокол работы приемника;
Производить обновление программного обеспечения приемника;
Поле 1 содержит информацию о дате и времени, географические координаты и высоту, значения геометрического фактора DOP в плоскости и по высоте, скорость и курс носителя.
В поле 2 размещена карта положения спутников, а также информация о спутниках GPS и ГЛОНАСС, отслеживаемых приемником («КА в слежении») и принимающих участие в расчете («КА в решении»). Также на карте отображаются спутники, угол возвышения которых ниже минимального.
В поле 3 основного окна расположена статусная строка, в левой части которой отражаются статус подключения и параметры COM-портов ПК (номер и скорость обмена), настроенных на прием данных бинарного и NMEA протоколов. Надпись «USB» справа от номера COM-порта означает, что подключение произведено через виртуальный COM-порт, который создается драйвером USB.
|
|
|
В поле 4 отображаются системная дата и время компьютера в соответствии с региональными настройками и статус аппаратной телеметрии приемника. Индикатор «Синт.» показывает состояние телеметрии синтезатора частоты приемника, а индикатор «Ант.» - состояние телеметрии напряжения питания антенны.
В поле 5 основного окна размещена панель, содержащая набор из четырех вкладок: «Каналы», «Диаграмма», «Сообщения» и «Карта мира».
Более подробная информация о программе, а также процедуры сохранения и загрузки альманахов, эфемерид, задание и сохранение программных настроек во Flash-памяти приемника приведены в документах [8, 9].
Заключение
На данный момент времени ГЛОНАСС приближается к тому состоянию, которое позволит считать его полноценной навигационной системой, способной выполнять заявленные функции даже без поддержки спутников других навигационных систем.
Особый интерес представляет ожидаемый в 2010 году запуск третьего поколения спутников «Глонасс-К» с заявленным сроком службы 10 лет. Появление сигналов третьего диапазона L3 позволит более чем в два раза повысить точность определения местоположения. И, наконец, меньшая масса самого спутника позволит запускать его с космодрома «Плесецк» (а не с Байконура, как было ранее) с другими разгонным блоком и ракетой-носителем, что приведет к снижению стоимости выведения на орбиту примерно в два раза.
Список литературы
Соловьев Ю.А. Системы спутниковой навигации. - М.: Эко-Трендз, 2000.
Глобальная спутниковая радионавигационная система ГЛОНАСС. Под ред. В.Н.Харисова, А.И.Перова, В.А.Болдина. - М.: ИПРЖР, 1988.
Яценков В.С. Основы спутниковой навигации. Системы GPS NAVSTAR и ГЛОНАСС. - М.: Горячая линия - Телеком, 2005.
Статья «Запуски ГЛОНАСС» на сайте http://ru.wikipedia.org/.
Самкова Е. Обзор рынка навигационных устройств// Встраиваемые системы, №3, 2009.
Федеральня целевая программа «Глобальная навигационная система» от 20.08.2001// страница в Интернете http://www.aggf.ru/proekt/zakon/doc.php?zakID=2.
Постановление Правительства Российской Федерации от 25 августа 2008 г. «Об оснащении транспортных, технических средств и систем аппаратурой спутниковой навигации ГЛОНАСС или ГЛОНАСС/GPS»// страница в Интернете http://www.aggf.ru/proekt/zakon/doc.php?zakID=6.
ГеоС-1. Руководство по эксплуатации. Версия 1.1.// документ компании «ГеоСтар Навигация» http://www.geostar-navigation.com/fail/manuals/User_Manual_GeoS-1_rus.pdf.
GeoSDemo. Руководство пользователя. Версия 1.2.// документ компании «ГеоСтар Навигация» http://www.geostar-navigation.com/fail/geosdemo/User_Manual_GeoSDemo_1_2_rus.pdf.
|
|
|
