用单片机实现便携式卫星设备的快速通信

    卫星通信作为当今通信传输领域的三大支柱之一，以其传输距离远、覆盖范围广而在长途通信传输、电视直播等领域发挥着重要作用。现代卫星通信地面站都具有相应的天线跟踪和伺服系统，天线控制设备通过判断卫星信标的方法，驱动天线对准卫星。而对于家用卫星电视、野外背负通信设备等便携式卫星设备，通常是靠人工确定天线的俯仰和方位来对准卫星，这样使得对星时间加长，因此对于便携式卫星设备需要一种快速对星的设备。本文利用GPS和HMR3000的COMPASS信号，通过单片机来比较、分析，可以方便、快速地对准卫星，而且町以方便地应用到各种便携式卫星设备中。

1 GPS定位信息的接收
    天线准确对准卫星，是通过本地的经纬度经过计算公式来计算天线的俯仰和方位，因此首先要准确得出本地的经纬度。GPS(Global Position System)定位信息接收系统能准确提供当地的经纬度，且体积小、重量轻，被广泛应用在通信、测绘等各个领域。该系统主要由GPS接收天线和GPS-OME板组成。GPS-OME板通过对接收到的卫星信号进行变频、放大、滤波等一系列处理，实现对GPS卫星信号的跟踪、锁定和测量，从而产生计算位置的信息数据。GPS-OME板输出带有各种功能的数据语句有多种，如$GPGGA、GPGSV、$GPRMC等。其中以$GPRMC定位数据最为常用，其数据一般格式为：

其中：<1>为当地位置的uTc时间(hh：mm：ss)；<2>为接收状态，“A”为有效位置，“V”为非有效接收警告(即当前天线视野上方的卫星个数少于3颗)；<3>为实际纬度；<4>表示半球纬度N或者S；<5>为实际经度；<6>表示半球经度E或者W；<7>为GPS属性指示；<10>表示当地的海拔高度。了解了GPS信号的格式后，就可以通过单片机来处理信号，从而提取出经纬度。若是通过中断方式进行，则其子程序如下：

   
其中，Lat[]数组中存放的就是GPS采集到的纬度，Log[]数组中存放的就是GPS采集到的经度。注意，此时数组中小数点后的是“分”。将其转换为度，就可以得出准确的纬度和经度：

   
    知道了准确的经纬度后，就可以代入所要对准卫星的方位、俯仰、极化的计算公式中计算相应的值。

2 COMPASS数据的采集与接收
    通过GPS采集到数据后，就可以计算出所要对准卫星的标准方位、俯仰和极化。如何确定在实际中卫星天线是否对准卫星呢?这就需要给出实际天线的姿态的数据。HMR3000数字罗盘是一款具备RS232数据输出格式的姿态测量设备。它能实时、准确地输出被测量物体的标准方位、俯仰和极化，且体积小、功耗低、精度高(误差在O．5°)。将单片机和HMR3000组合，可以形成实用与便携式卫星设备的系统单元，足便携式卫星设备姿态测量的理想选择。HMR3000工作后的输出数据格式为：

其中：<1>为方位；<3>为俯仰；<5>为极化；<2>、<4>、<6>表示测量状态，共有6种状态，分别是L(低级报警)、M(低级警告)、N(正常)、O(高级警告)、P(高级报警)和C(调节模拟电路)。可见，判断出数据格式中的3个状态是姿态数据采集的关键。通过了解COMPASS的输出格式，就可以提取正确的方位、俯仰和极化。其子程序如下：

   

3 测试结果和结论
    作者通过型号为25-LVS的GPS和HMR3000以及单片机组成了一个快速对星的设备，通过GPS采集到的数据计算出要对准卫星的方位、俯仰和极化的标准值，再通过HMR30OO给出天线的实际值。当标准值和实际值的差值在某个给定范围内时，就可以准确地对准卫星。图1是中卫一号卫星(87．5)在乌鲁木齐测试结果的一个图，在这种条件下精确地对准了卫星。

    通过单片机柬控制和处理GPS和COMPASS的信号，从而给出对星的标准值和实际值，实现了便携式设备的快速对星。从实验中得出，与普通靠人工的方法相比，通过此设备对星效率要提高3～5倍，而且可以在各种便携式卫星设备上使用。