摘要：針對光電搜索偵察系統(tǒng)報(bào)告搜索到的空中目標(biāo)當(dāng)前方位,、俯仰位置給后端武器打擊系統(tǒng)的需要,，在光電搜索系統(tǒng)與后端武器打擊系統(tǒng)之間建立大地坐標(biāo)系是解決此類問題的較好方法，以便后端武器打擊系統(tǒng)指向搜索到的空中目標(biāo),。介紹了數(shù)字電子羅盤HMR3000的接口特性,，給出了HMR3000的控制編程以及與DSP的接口電路，同時(shí)也給出了HMR3000電子羅盤獲取光電搜索系統(tǒng)平臺方位軸系相對地理正北的獲取流程和編程實(shí)現(xiàn)方法以及DSP端相關(guān)程序,。結(jié)果表明系統(tǒng)坐標(biāo)系建立精度達(dá)到±0．5°,，重復(fù)精度達(dá)到±0．1°，且能穩(wěn)定運(yùn)行,。
關(guān)鍵詞：RS422,；數(shù)字電子羅盤；光電搜索偵察系統(tǒng),；DSP,；NMEA標(biāo)準(zhǔn)；微處理器
美國Honeywell公司生產(chǎn)的數(shù)字羅盤模塊HMR3000使用磁阻傳感器和兩軸傾斜傳感器來提供航向信息,，帶有電子常平架的羅盤即使傾斜40°也能給出精確的航向,。該電子羅盤廣泛應(yīng)用于航海、航天,、測量系統(tǒng)等領(lǐng)域,。HMR3000內(nèi)部全部使用表面貼裝元件,，不含有任何的移動(dòng)元件,，所以非?？煽亢蛨?jiān)固。這個(gè)低功耗,、小體積的裝置帶有非鐵磁性金屬外殼,，便于安裝固定在任何一個(gè)平臺上。允許用戶對羅盤的輸出進(jìn)行組態(tài),，包括3類NMEA標(biāo)準(zhǔn)信息(HDG,、 HDT和XDR)，3類專用語句(HPR,、RCD和CCD),。該模塊內(nèi)置微處理器控制傳感器的測量順序，控制器操作的參數(shù)存儲在EEPROM中,，輸出的語句滿足NMEA0813標(biāo)準(zhǔn),。
光電搜索偵察系統(tǒng)與后端武器打擊系統(tǒng)通過有線或無線連接時(shí)，兩個(gè)系統(tǒng)往往處于地球上不同的位置,，如何將光電搜索系統(tǒng)搜索到的空中目標(biāo)方位,、俯仰位置傳遞到后端武器打擊系統(tǒng)，成為后端武器打擊系統(tǒng)有效打擊目標(biāo)的關(guān)鍵,。一般而言,，兩個(gè)系統(tǒng)安裝處于地球的水平面且有機(jī)械或電子調(diào)平裝置，這樣空中目標(biāo)的俯仰位置對兩個(gè)系統(tǒng)平臺而言是相同的,。但空中目標(biāo)對于兩個(gè)系統(tǒng)平臺方位而言卻存在不同,，基于地理正北固定不變原理，通過獲取系統(tǒng)相對地理正北順時(shí)針夾角,，即可將光電搜索偵察系統(tǒng)指向目標(biāo)的方位值報(bào)告給后端武器打擊系統(tǒng),。
電子羅盤在工程中獲得了廣泛的應(yīng)用，文獻(xiàn)給出了基于單片機(jī)高級語言HMR3000編程的探討,，文獻(xiàn)給出了電子羅盤在載體上實(shí)時(shí)跟蹤地球同步衛(wèi)星的案例,。安裝于光電偵察搜索系統(tǒng)平臺上的電子羅盤HMP3000具備航向輸出信息，根據(jù)文獻(xiàn)給出的航向輸出語句的格式及校正方法對電子羅盤進(jìn)行有效編程及校正,，可以獲取系統(tǒng)相對地理正北順時(shí)針夾角,。通過考慮不同地區(qū)磁北的差異設(shè)計(jì)計(jì)算正北夾角的方法去完整實(shí)現(xiàn)地理正北沿順時(shí)針相對系統(tǒng)指向夾角的獲取。
1 HMR3000的硬件接口設(shè)計(jì)
1．1 功能特性
數(shù)字電子羅盤HMR3000可以為導(dǎo)航定位系統(tǒng)提供航向,、俯仰,、橫滾等數(shù)據(jù)。其中航向的精度為±0．5°,，分辨率為±O．10°,。HMR3000有4種工作模式：連續(xù),、選通、睡眠和校準(zhǔn),。HMR3000可在連續(xù)和選通模式下工作,。在連續(xù)模式下，HMR3000以可組態(tài)的速率輸出羅盤主動(dòng)提供的NMEA標(biāo)準(zhǔn)信息,，而在選通模式下,，則根據(jù)用戶控制電路的申請輸出。
1．2 控制特性
HMR3000電子羅盤控制特性如表1所示,。
1．3 通信協(xié)議
對于HMR3000有兩類輸入：對于輸出語句的請求,，或設(shè)定一個(gè)組態(tài)參數(shù)；對于所有有效的輸入,，HMR3000都送出一個(gè)響應(yīng),，帶有正確的檢查總數(shù)的值。 HMR3000輸出語句有3種標(biāo)準(zhǔn)的和3種專用的NMEA信息,，以連續(xù)模式從HMR3000發(fā)送出來,。HMR3000的串行通信是根據(jù)NMEA0813標(biāo)準(zhǔn)制定的簡單的、異步ASCII協(xié)議,?？梢允褂肦S232或RS485接口電路。ASCII碼的傳輸和接收使用1位停止位,，8位數(shù)據(jù)位(低位在先),、無奇偶校驗(yàn)位(MSB永遠(yuǎn)為0)和1位停止位。每一個(gè)碼有10位,。波特率可以選擇1200,，2 400，4800．9 600或19 200,。HMR3000支持NMEA0183和專用的信息,。
1．4 接口硬件設(shè)計(jì)
1．4．1 電子羅盤信號接口定義
HMR3000采用標(biāo)準(zhǔn)的RS232接口，其信號定義如表2所示,。
1．4．2 硬件接口設(shè)計(jì)
電子羅盤與DSP接口電路如圖1所示,。電子羅盤有兩個(gè)電源輸入端，硬件設(shè)計(jì)時(shí)選擇第9腳未穩(wěn)壓的電源作為輸入,，通過7812穩(wěn)壓電源模塊把+15 V電源變?yōu)?12 V從第9腳輸入,。若選擇穩(wěn)壓的第8腳+5 V電源作為輸入的話，對電源的紋波,、精度,、穩(wěn)定度都有很高的要求，稍有不慎就可能燒掉電子羅盤。
電子羅盤RS232接口的RXD,、TXD信號通過專門的RS232接口轉(zhuǎn)換器MAX3243EAI來實(shí)現(xiàn)與DSP的RS232(DSP有A口,、B口，這里選B口)接口的連接,。
MAX3243EAI在33 V電源能穩(wěn)健工作,，這樣就兼顧了DSP的33V信號電平。MAX3243EAI引腳FORCEIN,，F(xiàn)ORCEOFF,，INVALID分別接高,、低,、低電平。在試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)這3個(gè)引腳不連接,，DSP與羅盤的通信存在極大的不可靠性,，并有死機(jī)現(xiàn)象。
電子羅盤標(biāo)定時(shí)用到的信號要經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換以實(shí)現(xiàn)與DSP的I／O信號的連接,。DSP的信號電平為3．3 V,，電子羅盤的信號是5 V，故選用SN74LS245實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換,，其電路連接如圖2所示,。
2 接口軟件設(shè)計(jì)
2．1 具體應(yīng)用
開發(fā)的便攜式紅外搜索跟蹤儀主要用來向指揮控制系統(tǒng)或后端武器打擊系統(tǒng)報(bào)告空中來襲目標(biāo)(如飛機(jī)、導(dǎo)彈等),，從而對來襲目標(biāo)實(shí)施有效打擊,。便攜式紅外跟蹤儀與后端武器打擊系統(tǒng)及前端指揮系統(tǒng)針對來襲目標(biāo)位置的融合需要依賴統(tǒng)一的大地地理坐標(biāo)系，安裝于系統(tǒng)的羅盤指向與系統(tǒng)的方位軸系存在固有的關(guān)系,，依據(jù)電子羅盤的特性,，可以有效獲取大地地理正北指向沿順時(shí)針相對電子羅盤指向的夾角。
2．2 DSP初始化
TI公司DSP TMS320F2812的RS232接口有2個(gè)：A,、B接口,。利用B接口作為羅盤通信用。B接口被I／O接口與RS232接口復(fù)用,，故DSP初始化時(shí)需將該接口設(shè)置為RS232接口,。根據(jù)文獻(xiàn)，DSP初始化(該口波特率,、數(shù)據(jù)傳輸格式初始化略)該接口部分代碼如下：
GpioMuxRegs．GPGMUX．a(chǎn)ll=0x0030,；／／設(shè)置G4／SCITXDB，G5／SCIRXDB為第二功能接口
2．3 電子羅盤接口軟件在DSP端的實(shí)現(xiàn)
電子羅盤正向與地理正北夾角獲取流程如圖3所示,。
通過DSP的SCI-B接口與電子羅盤通信,，遵循標(biāo)準(zhǔn)RS232協(xié)議，1個(gè)起始位,，8個(gè)數(shù)據(jù)位,，1個(gè)停止位,。設(shè)定通信波特率為19 200 b／s。DSP首先發(fā)送“#FA0．4=1*21
2．4 獲取平臺相對地理正北夾角計(jì)算
為了獲得羅盤正向與地理北的夾角值,，存在一定的換算關(guān)系。機(jī)械安裝保證羅盤正向與光軸指向一致,，如存在偏向角,，則還需疊加偏向角。我國除烏魯木齊,、南沙群島,、曾母暗沙群島磁偏角位于磁北偏東以外，其他地區(qū)均處于磁北偏西,。系統(tǒng)歸零時(shí),，假定磁北(圖4指示磁北在地理北以西，也可能在地理北以東),、地理北,、光軸指向如圖4所示。同時(shí)假定磁偏角為ζ,，羅盤正向與磁北夾角為ψ(角度以磁北順時(shí)針命名,，即磁航向)，獲取的羅盤正向與地理正北夾角為θ(相對地理北順時(shí)針命名,，即真航向),。根據(jù)每個(gè)地區(qū)ζ值的不同采用上位軟件命令輸入方式。磁北偏在地理北以西時(shí),，ζ為正值,，磁北偏在地理北以東時(shí)，ζ為負(fù)值,。設(shè)計(jì)時(shí)ζ始終取為正,，但以標(biāo)志作為正、負(fù)判斷,，則存在以下判據(jù)：
3 結(jié)論
HMR3000與外界通信若采用通常的匯編語言,，其控制處理的靈活性差，而且語言本身的可移植性差。采用DSP高級語言處理克服了以上的缺點(diǎn),。以上利用高級語言處理的HMR3000部分接口程序在CCS 2．21環(huán)境下編譯通過,，其獲取平臺相對地理正北重復(fù)精度達(dá)±0．1°，且速度快,，并在開發(fā)的項(xiàng)目中穩(wěn)定運(yùn)行,。系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行需要注意磁場對電子羅盤的干擾。