基于ARM-Linux的GPS信号存储转发系统的设计

郭建京，张 云 ，袁国良，颜廷管

（1.上海海事大学 信息工程学院，上海 201306；2.上海海洋大学 信息学院，上海 201306；3.上海地测瑟福信息科技有限公司 上海 201306）

目前，GPS已经在建筑工程测量方面取得了广泛的应用[1]，为国家制定建设工业产品的标准规程提供了新的检验技术和方法。当我们需要对一些高动态建筑物如桥梁、超高层大厦的形变和位移等进行长期或定时性检测时，往往对监测时的GPS数据质量要求很高[2]。常见的高精度GPS接收机如徕卡GMX902 GPS双频接收机，采用RS232串口向上位机发送数据。串行通信中，数据位信号流在信号线上传输时会产生畸变，畸变的程度主要由传输距离决定，当信号严重畸变时，接收方出现误码，在规定的误码率下，当波特率、信号线、信号的性质及大小一定时，串行通信的传输距离就一定，如RS232传送距离最大约15 m，最高传输速率约20 kb/s[3]。为了加大传输距离，必须加调制解调器，因此串口通信不能满足实际测量中长距离的数据传输和远程控制的需求。

常见的网线主要有双绞线、同轴电缆、光缆3种，其中5类、6类双绞线最大传输距离都是100 m左右，同轴电缆最大传输距离约200米，而光线的传输距离可达几千米[4]，于是文中提出了一种基于ARM-Linux的GPS信号存储转发系统的设计方案，该方案能够克服徕卡GMX902系列接收机只有串口短距离数据传输的缺陷，具有实用价值。

1 系统总体设计

文中设计的GPS信号存储转发系统总体结构如图1所示，其中虚线箭头表示徕卡GMX902系列接收机默认的串口数据传输方式。文中设计的GPS信号存储转发系统采用徕卡GMX902高精度GPS双频接收机接收GPS信号，GPS天线是适应高动态的航空专用天线。系统使用飞凌ARMTE6410型开发板作为信号转发的控制器和处理器，在TCP/IP协议下通过网线将GPS信号转发到上位机的信号解析软件，解析软件能接收到高质量的GPS数据并做相应处理。另外该系统能够通过上位机调试软件对ARMTE6410开发板收发数据的过程进行配置和交互处理。

图1 系统总体结构图Fig.1 Structure diagram GPS signal storage and retransmission system

2 系统硬件模块

GPS信号存储转发系统硬件开发平台如图2所示。徕卡GMX902是一款24通道，L1/L2双频高精度GPS接收机，它能够以20 Hz的采样频率自动、实时、全天候的采集GPS码/相位原始数据。GMX902采用12 V电源供电，一路GPS天线输入，两路RS_232串口输出[5]。飞凌ARMTE6410开发板采用Samsung Shanghai S3C6410处理器；支持5 V电压供电；两个五线RS_232串口和一个三线RS_232串口；一个100 M网口[6]。ARMTE6410开发板上运行内核版本为2.6.36的Linux操作系统，文中设计的GPS信号存储转发系统的服务器端运行在该操作系统上。

图2 系统硬件开发平台Fig.2 System hardware development platform

3 系统软件设计

系统软件设计的结构图如图3所示，该系统设计主要完成两个模块：1）设计徕卡GMX902接收机与ARMTE6410的数据传输模块运行在ARMTE6410开发板上，实现存储从GMX902发送过来的GPS信号。2）在TCP/IP协议下完成ARMTE6410与上位机的网络通信模块，服务器端运行在AMRTE6410开发板，设计系统的远程调控模块即客户端，运行在上位机，实现与ARMTE6410和徕卡GMX902接收机的信息交互功能，如建立/断开连接、设置网络端口、设置串口、设置保存日期、重启接收机、保存日志文件等。

GPS数据采集存储模块的软件流程图如图4所示，该模块运行在ARMTE6410开发板上，设置为开机自启动。程序启动后阻塞等待串口数据，当有数据到来时可以直接发送到数据缓存区，等待服务器模块转发，也可以存储到SD卡，然后从SD卡转发GPS信号数据。

图3 系统软件设计结构图Fig.3 Schematic diagram of the software test system

图4 数据采集存储模块软件流程图Fig.4 Software flow chart of the data acquisition and storage module

网络通信/数据转发模块软件流程图如图5所示。该模块按图示的流程完成GPS信号的转发。服务器端创建TCP socket并绑定端口号，然后监听阻塞等待客户端的连接请求。客户端完成TCP socket的创建并向服务器发送连接请求，经过与服务器“三次握手”之后建立连接。连接建立之后服务器开发向上位机客户端转发GPS信号数据，客户端接收GPS数据转发给GPS信号解析软件，解析结果在客户端界面显示，这个过程重复执行，直到服务器端GPS数据发送完毕或者停止发送数据。同时，运行在上位机的客户端调试软件可以按自定义的通信协议向服务器发送请求命令，如建立/断开连接、设置网络端口、设置串口、设置保存日期、重启接收机、保存日志文件等，服务器接到请求后按照相同的通信协议响应，将响应的信息返回给客户端调试软件，该过程也可以重复执行，直到断开网络连接。

4 应用测试

运行在上位机中的客户端如图6所示，为了便于测试和对比，客户端同时接收两路信号并显示原始数据的接收状态。一路是如图1中虚线线头所示的徕卡GMX902接收机通过默认串口直接和上位机连接，向上位机的GPS信号解析软件发送数据。另一路是文中设计的GPS信号存储转发系统通过网线向上位机客户端发送的数据。长时间的实验室测试和户外远距离测试表明，该系统能够准确传输高质量的GPS信号给上位机解析软件，能够适应实际测量的需求。

图5 网络通信/数据转发模块软件流程图Fig.5 Software flow chart of the network communication/data retransmission module

图6 客户端测试界面Fig.6 The client testing interface

5 结 论

通过文中的分析和实验验证，验证了通过网线传输高质量GPS信号数据的可行性。文中设计的GPS信号存储转发系统解决了徕卡GMX902接收机只有短距离传输GPS数据的问题，满足了实际测量需求。测试数据表明该方案稳定可靠并具有很高的实用价值，已经进入企业的实际项目应用中，并且能够为今后同类产品的开发提供建议和可靠依据。

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[5]瑞士徕卡测量系统.徕卡GMX902 L1/L2双频GPS接收机说明文档[EB/OL].（2006） [2012-10-11].http://www.leicageosystems.com.cn/brochure/GMX902.pdf.

[6]飞凌嵌入式技术有限公司.飞凌ARMTE6410开发板说明[EB/OL]. （2012）.[2012-10-11].http://www.witech.com.cn/product/TE-6410.html.