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    设地面坐标(x’,y’,z’),对应的地心坐标系下坐标为(x,y,z),该点的经纬度为(B,L),该点的到地心的距离为H,则它们之间的转换方程为:
          (3.10)
    本课题出于模拟的简单性,将纬度B等效于地面坐标原点与地心连线与地球赤道平面的夹角,对于进一步模拟的真实性,可以参考《一种由地心直角坐标到大地坐标的直接转换》一文。[24]
     
    4  GPS和地磁测量硬件电路设计
    4.1  GPS硬件电路
        考虑GPS技术的应用已经相当成熟,在实验过程中可以用已经成熟的产品。在本课题用了CSN50作为GPS的硬件测试电路
    4.1.1  CSN50的介绍
    将CNS50作为基于GPS的硬件系统设计的信号接收模块如图所示。该模块由OLinkStar公司自主设计和研发实现了射频、基带、导航解算一体化软硬件设计,卫星信号快速捕获,接收机快速启动输出速率更快,可以预先装载星历,除此之外还具有体积小、功耗低、高动态、抗高过载以及可靠性高等诸多优点
    在CNS50模块的设计中采用了NAVCORE-S三系统兼容卫星导航接收机芯片,它能够选择接收BD、GPS或GLONASS导航卫星信号,实现精确的三文定位、三文测速、精确授时。
    NAVCORE-S芯片具有定位精度高、启动时间短、可靠性高的特点;同时尺寸小、重量轻、功耗低,可适应多种载体需要;兼容市场主流低功耗RF芯片。可以选择支持北斗二号/GPS/GLONASS 任意一个星座;采用高速信号处理引擎技术,满足高性能应用各项指标要求;热启动1 秒、冷启动<35 秒,重捕获<1 秒;高性能架构的双32 通道设计,快速捕获卫星信号;单点定位精度5 米,差分定位精度0.5 米;其外形如图4.1所示。
     图4.1 NAVCORE-S芯片
    4.1.2  CSN50的主要性能指标
    表4.1  CNS50-GPS技术指标:
    特征    性能参数
    接收信号    GPS L1, 1575.42MHz
    通道数    并行32通道
    定位更新率(可定制)    1Hz, 5Hz
    水平位置精度    5米(CEP)
    伪距差分精度    0.5米(CEP)
    速度精度    0.1 米/秒(RMS)
    1PPS输出(可选)    50纳秒(RMS)
    重捕获时间    <1秒(平均)
    热启动时间    1秒(平均)
    温启动时间    30秒(平均)
    冷启动时间    35秒(平均)
    功耗    1.0W
    工作温度    -40°C 至 +85°C
    存储温度    -55°C 至 +85°C
    尺寸    52 x 38 x 10.1mm
    重量    24g(含屏蔽罩)
        由上表可知CNS50的速度精度为0.1m/s,满足本课题所需的精度要求。
    4.2  地磁测量硬件电路
        地磁测量硬件电路可以采用较为成熟可靠的地磁传感器芯片,本课题选用了HMC5883L进行硬件电路设计。
    4.2.1  HMC5883L的介绍
    霍尼韦尔HMC5883L 是一种表面贴装的高集成模块,并带有数字接口的弱磁传感器芯片,应用于低成本罗盘和磁场检测领域。HMC5883L包括最先进的高分辨率HMC118X系列磁阻传感器,并附带HONEYWELL公司专利的集成电路包括放大器、自动消磁驱动器、偏差校准、12位的数模转换器、简易的I2C系列总线接口,内部结构如图4.2所示。
     
    图4.2 HMC5883L内部结构图
        其技术相对成熟、且有成本低、性能稳定的特点,适合实验应用,芯片如下图所示。
     
    图4.3 HMC5883L芯片图
     
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