基于北斗定位及通信的船载导航设计

发布时间：2017-05-21 22:19

  本文关键词：基于北斗定位及通信的船载导航设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着陆地资源日已枯竭,人们将目光转移到洋洋大观的海洋,它为人类提供基本的水、渔产、盐外,更是有铁矿、重晶石矿、锰结核矿、钾矿等海底奇宝,还有丰富的海底石油、煤炭和天然气等一次性能源。而我国更是具有辽阔的海域,海上航行时导航与通讯又是不可或缺的一部分。通常近海有GPRS信号,但一旦远离陆地时,也基本上失去了与外界的联系,通常的联系方法均是通过卫星通讯。而海上情况比较极端、不可预料,陆地监控平台需要实时了解船只上面的情况,包括常规的船只位置、日常汇报与非常规的紧急通知事件。与此同时,船只也应实时得知自己的当前地理位置、航速,并与陆地保持联系。当遇到紧急情况时比如海啸、飓风等自然灾害、船只损害、人员冲突以及不明外敌的入侵等突发事件能及时反映。误航行至他国未经允许的领域等都需要及时与地面监控中心取得联系,以寻求帮助。本文提出的设计方案为我国自主研制的卫星导航系统,北斗一代及二代为定位、授时和通信模块,能实时显示在触控液晶屏上。当船只在海上航行时,每隔一段时间,接收北斗定位数据,然后主控制模块通过北斗一代短报文信息将定位数据发送到陆地主监控平台,同时把定位数据显示在LCD上。除此之外,当船只遇到异常情况时,启动紧急报警处理模式,发送具体信息到陆地主监控平台,打开报警灯和高音报警喇叭,将具体事件显示在LCD上。而SD卡存储航海过程中记录的常规的定位,时间数据及其他包括温度,湿度等信息。系统本身亦有漏水和低电压检测、与前方障碍物安全距离检测等。陆地主监控平台可通过北斗一代短报文通信与船只上的船员通信。本文需要完成的工作为：北斗一代模块的设计、北斗一代低噪声放大器设计、船载导航外围硬件电路设计、实时操作系统移植及开发和用户界面设计、模块调试。北斗一代模块设计包括以BM3005为基带芯片,RX1003C2为射频芯片,BN161P为功放芯片,完成北斗一代基带信号调制和解调的过程。以ATF54143和SGL0622Z为核心放大器,通过两级级联的方式达到低噪声系数、高增益要求的北斗一代低噪声放大器设计要求。船载应用外围硬件以STM32为主要控制器,作船载应用开发,包含串口电路设计、供电管理模块、SD卡存储电路设计、触摸液晶屏接口、激光测距接口、北斗一代外设电路接口、北斗二代定位模块设计、漏水监测电路接口、指示灯及高音报警器电路等。实时操作系统监控平台系统基于uCOS-II实时操作系统,管理各个应用交互事件。实时监听系统状态、位置等,并实时向陆地监控中心反馈及接受监控中心命令。首先设计北斗一代模块、北斗一代低噪声放大器、船载导航,最后在实验室中各个模块进行单独调试和联合软件硬件调试,论证船载导航应用设计满足前期的设计要求。文章最后,首先对关于北斗定位及通信的船载导航应用设计作了一定的回顾和总结,也指出设计中仍然有许多的瑕疵,需要在将来进一步的开发过程中继续完善。
【关键词】：北斗一代及二代 低噪声放大器 船载导航 μCOS-Ⅱ STM32
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U666.1;TN967.1
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 课题来源11
• 1.2 课题研究的背景及意义11-12
• 1.3 船载导航国内外研究现状及发展趋势12-16
• 1.3.1 GSM蜂窝基站定位13-14
• 1.3.2 GPS定位技术14-15
• 1.3.3 Inmarsat-C通信系统15
• 1.3.4 铱星卫星通信系统15-16
• 1.4 课题研究内容16-17
• 1.5 本章小结17-18
• 第2章 北斗导航通信模块设计18-30
• 2.1 北斗导航系统简介18-20
• 2.1.1 北斗一代卫星定位导航原理18-19
• 2.1.2 北斗一代和二代比较19-20
• 2.2 北斗一代定位流程20
• 2.3 北斗一代通信流程20
• 2.4 北斗一代定位导航通信模块电路设计20-28
• 2.4.1 北斗一代基带芯片电路21-22
• 2.4.2 北斗导航模块电源电路22-23
• 2.4.3 北斗一代射频芯片外围电路设计23-25
• 2.4.4 北斗一代功放芯片电路设计25-26
• 2.4.5 射频芯片中频输出放大电路26
• 2.4.6 中频信号模数转换电路26-27
• 2.4.7 串行通信接口电路27-28
• 2.4.8 Flash存储电路28
• 2.5 北斗一代定位通信模块调试28-29
• 2.6 本章小结29-30
• 第3章 北斗一代低噪声放大器设计30-43
• 3.1 北斗一代低噪声放大器总体设计方案30-31
• 3.2 低噪声放大器电路设计31-37
• 3.2.1 偏置电路选择31-32
• 3.2.2 噪声系数32-33
• 3.2.3 阻抗匹配33-35
• 3.2.4 端口驻波比VSWR35
• 3.2.5 增益平坦度35-36
• 3.2.6 低噪声放大器稳定性分析36-37
• 3.3 北斗一代低噪声放大器设计及调试37-42
• 3.3.1 电路仿真设计37-39
• 3.3.2 放大器原理图-版图联合仿真39-40
• 3.3.3 实际电路测试与分析40-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第4章 船载导航通信硬件电路设计43-51
• 4.1 船载导航通信总体方案设计43
• 4.2 船载导航通信硬件电路设计43-50
• 4.2.1 核心控制器电路43-44
• 4.2.2 系统电源电路设计44-45
• 4.2.3 串口通信电路设计45
• 4.2.4 Micro SD卡接口电路45-46
• 4.2.5 LCD电路接口46-47
• 4.2.6 指示灯及高音喇叭等驱动电路47
• 4.2.7 北斗二代导航系统设计47-48
• 4.2.8 其他外设接口48-50
• 4.2.9 低电压及报警监测电路50
• 4.3 本章小结50-51
• 第5章 船载导航通信应用软件设计51-75
• 5.1 嵌入式操作系统uC/OS-Ⅱ软件架构与运行流程51-55
• 5.1.1 uC/OS-Ⅱ内核移植51-52
• 5.1.2 uC/OS-Ⅱ任务调度52-55
• 5.2 船载应用软件总体设计55-58
• 5.3 船载应用软件各部分任务的设计58-72
• 5.3.1 系统调度时间58-59
• 5.3.2 LCD显示屏与触摸屏设计59-62
• 5.3.3 Micro SD存储程序62
• 5.3.4 报警信息处理62-65
• 5.3.5 北斗二代导航设计65-69
• 5.3.6 北斗一代定位通信设计69-72
• 5.4 系统调试72-74
• 5.5 本章小结74-75
• 第6章 总结与展望75-77
• 6.1 总结75-76
• 6.2 展望76-77
• 致谢77-78
• 参考文献78-80
• 附录80

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本文编号：385011