物探仪器中的GPS集成

　　摘要：在地球的物理勘探中，卫星定位(GPS)是一种全新的测量技术，本文在对物探仪器里的GPS集成技术进行研究，包括对软硬件接口以及GPS板的集成技术和性能进行了探讨，对GPS定位技术进行了分析，从而总结出了GPS集成技术的重要性。

　　关键词：物探仪器;GPS集成

　　中图分类号：P631 文献标识码：A 文章编号：

　　Abstract: In the earth's physical exploration, positioning satellite (GPS) is a new measurement technique, this paper in the instrument of geophysical exploration in the GPS integration technology, including software and hardware interface and GPS board integrated technology and performance was discussed, and the GPS positioning technology to carry on the analysis, thus summarizes the importance of GPS integration technology.

　　Key Words: geophysical prospecting instrument; GPS integration

　　一、引言

　　随着科学技术的发展，GPS技术，即卫星定位技术已经在石油勘探等工程中广泛应用，另外，民用的GPS也大大提高了探测的精准度。在进行野外勘探工作中，物理探测和GPS的测量是分开进行的，对物探仪器的GPS集成进行研究可以提高勘探设备的职能水平、勘探的精准度从而提高工作的效率，意义深远。

　　二、物探仪器中的GPS集成

　　(一)GPS OEM的技术性能

　　随着科技的不断发展和GPS的普及化程度越来越高，不同行业的人员要求将GPS的勘察、导航、测算等功能与自己行业特点结合起来进行操作，因此，人们对GPS的要求也不断提高，希望能够充分运用GPS的功用来满足行业需求，同时能够使成本得以降低。在现实情况下，需求的可靠完善、性能较好的开发平台可由GPS OEM板提供。

　　其实，生产厂家基本上都可以提供GPS OEM板。这些厂家的代表分别为具有较完善成熟的技术的GARMIN和BAE以及JAVAD三家公司，这几家公司的OEM产品能够根据用户需要满足其要求，是市场低、中、高三个档次产品的代表。例如GARMIN企业生产的 GPS25LP OEM板产品，拥有每秒0.1米的定位速度、1Hz的数据更新频率、300至19200波特率的传输速率、45s冷状态或15s热状态的首次定位时间、非差分15mRms和差分5mRms的定位精度等高性能，这一产品还拥有同时对11颗卫星的数据进行秒脉冲输出、同时对10多颗卫星进行追踪的性能。

　　(二)关于GPS集成技术研究

　　1.关于GPS OEM与物探仪器的集成的硬件接口

　　GPS OEM是一个电性比较独立的、较易运用的集成模块板。GPS OEM集成的优点在于可以满足不同用户对集成化的需要，为需求者提供可靠完善的、性能较高的GPS平台。设计者控制GPS板和对GPS定位信息的接收是通过一个标准的接口的界面。需要明确的是设计不同的OEM板拥有不同的接口界面，不过通常情况下都会配置相应的串行通讯的接口界面。

　　仍以GARMIN研发的GPS25LP OEM板为例证，版面上包括了TXD2、PXD2、PPS、RXD1等接口界面，下面具体阐述这些接口界面的定义。

　　TXD2输出数据;RXD2输出数据的同时，接收差分数据;PPS输出秒脉冲，有250的阻抗力、有300ns的下降和上升的典型时间，这一电极开路有0V的输出电压，1Hz的缺省脉冲，脉冲宽度步长可调为20ms，调整时与GPS的秒脉冲相同，另外，若有50电阻的负载时，这一输出将产生700mV的脉冲信号，超过一半的电压值测算时间相对于零负载来说节约了50ns;

　　RXD1的异步输入，与物探仪器的RS-232配对，–2525V是其最大的输入电压范围，最大信号电压为2.4V，最小信号电压为0.8V, RXD1输入能够直接连接到CMOS逻辑上，其最大的阻抗为4.7千焦，另外，这一输入以接受GPS25LP的配置和初始化信息为主要内容;Power Down若未输入或接入，不小于2.7伏特即为使能，不大于0.5伏特则为非能，其为外接电源的休眠输入，Power Down接入时处在2伏特、1.34毫安时为典型的转换点，其阻抗为15千焦，供电电流降至1毫安、关闭内部校准的条件为这一转换点为使能，重新开启OEM板的条件则是使电压恢复;

　　GPS OEM板外接的后备电源回路被称为VAUX，若启动VAUX则要求电源持续给电池充电，通常情况下，外部回路会提供充电，GPS OEM板能够容纳7mA·h的充电容量，另外，在GPS25LP OEM板上，VIN这一电压驱动转换回路输出由原来的DC6.04V转为DC4.4V;NC脚暂未空闲，为预留接口界面……

　　所以，可以得出一个结论，即在物理探测仪里，GPS集成定位的重点和关键在于为GPS OEM板提供标准的外部电源和RS-232接口。

　　2.关于GPS OEM板与物探仪器的集成的软件接口

　　GPS OEM板与物探仪器的集成的软件接口内容包含了定位语句的输出接口和控制语言的输入两大方面。

　　定位语句的输出可以反映出GPS的相关定位信息，这些GPS应用必要的信息包括了定位信号的强弱、卫星的个数、时间日期、经纬度、速度、高程、误差多少、相关的定位模式等内容。GPS OEM板的RS-232的输出的实现要依靠$GPGSA、$ PGRME、$GPVTG、$PGRME、$PGRMB、$PGRMF、$GPGSV等等的ASC语言实现的，在NMEA 0183 Ver.2.0技术说明中可以详细了解这些NMEA 0183 ASC语言的内涵。

　　例如GPGGA是较为广泛运用的语句，它的格式是：

　　$GPGGA，(1)，(2)，(3)，(4)，(5)，(6)，(7) ,M，(10),M,(11),(12)

　　* hh(CR)(LF)

　　在这一格式中，GPGGA语句输出的是GPS的相关定位信息，主要内容包括：GPS的定位的格林尼治标准时间标注在括号1内，时时分分秒秒是其格式标准，运用是需要转化为标准北京时间;相关维度数标注在括号2内;括号三内进行北纬、南纬的区别，用S表示南纬、N表示北纬;经度填充在括号4内;括号5内为经度半球的区分，用W、E分别表示西经和东经;GPS的信号质量反映在括号6内，其中差分定位用2注明，非差分定位用1注明，如无法定位则用0注明;括号7内定位能够使用卫星数;GPS定位的水平经度的参数标注在括号8内，需要说明的是精确度越高，数值会越小;卫星天线相对于平均海平面是高或低，数值是多少反映在括号9内;括号10内标注的是GPS的坐标系统水平标准面与海平面的高度历程差……

　　GPS定位的信息内容可以由以上的输出语句供给，在相异的语句中存在重复的信息，因此设计者须根据自身的不用需求初始化GPS OEM板，并且选择自身需要的输出语句，在这一过程中，对语句的选择能从11/900Hz删选，也可选择30019 200波特率的传输速率，需要特别指出的是如果要对所有语句进行输出且为1Hz的输出频率时，RSR-232接口界面至少要保持在19200波特率。

　　GPS OEM板与物探仪器的集成的软件接口的控制语句输入的目的在于为GPS OEM板提供初始化的信息，这些初始化的信息主要内容包含GPS星历、坐标系统、相关时间、具体位置、定位信息的输出频率以及定位语言的输出选择、RS-232接口的速率、秒脉冲的定义等，这些初始化信息的实现是通过RS-232接口界面输入GPS板的PGRMCI、GPALM、PSLIB、PGRMO等ASC语言途径。在NMEA 0183 Ver.2.0技术说明中可以详细了解这些NMEA 0183 ASC语言的内涵。

　　例如$ PGRMO语言的格式为

　　$PGRMO，(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)

　　h* h(CR)(LF)

　　在这一格式中，为了说明这一语句是为GPS OEM板提供初始化的时间和位置等信息，该语句的定义为PGRMO，初始化的纬度数格式为度度分分.分分分,放在括号1内;纬度为南纬还是北纬放在括号2内标明，南纬、北纬分别用S、N标明;初始化的经度格式定义为度度度分分.分分分,须放在括号3内;经度为东经还是西经放在括号4内标明，其中东经、西经分别用E、W来标明;括号5内填注的是格林尼治的标准当前日期，格式为先写日再写月，最后标明年份，例如2011年4月8日格式为080411;括号6内填注的是标注时间的时分秒，比如7点12分48秒表示为071248;当接受命令指令后后填在括号7内，自动定位用A表示，重置则用R标明h* h是奇校验码，这一校验码运用的情况是当受到严重的电磁干扰的时候;另外，语句的结束标志为(CR)(LF)的出现，(CR)(LF)是MEA0183 ASC语句的结束语言。需要说明的是初始化语句是能够被选择的，初始化的信息通常会被GPS OEM板进行内部保存，所以，当重复重启GPS OEM板时不必将初始化语言再次重置，省去了很多麻烦。

　　三、结语

　　GPS的集成定位技术在被广泛应用于各种地下勘探工程之中，GPS板拥有操作简单、生产标准的硬件接口和软件接口界面，并开发出了较为可靠和相对完善的、性能较高的操作平台，另外，在以后的开发工程中，提高定位的精度和利用差分等技术十分必要。GPS的集成成为了物探仪器开发和设计的一个大趋势和重要方向。

　　作者：霍继刚

　　单位：中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司国际勘探事业部

　　作者：赵继明

　　单位：中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司装备事业部测绘工程中心

　　参考文献：

　　[1]王广运,郭秉义,李洪涛.差分GPS定位技术与应用[J].电子工业出版社,1996.

　　[2]李洪涛,许国昌,薛鸿印.GPS应用程序设计[J].科学出版社,2000.

　　[3]戴前伟,冯德山,汤井田,何继善.物探仪器中的GPS集成 [J].物探与化探, 2003.

　　[4]王会锋,彭立华,安兴.GPS技术在化探工作中的应用[J].物探与化探, 2008(5).

　　[5]周永亮,阳成军,向亚林.GPS在地震勘探仪器中的应用[J].物探装备,2009.