劉善武 陳 帥 譚聚豪 顧得友

南京理工大學(xué)，南京 210094

GNSS/INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)作為導(dǎo)航領(lǐng)域的一個重要組成部分，尤其是低成本的組合導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)成為國際上的一個研究熱點(diǎn)。目前研究水平較為先進(jìn)的是美國的國家航宇局和加拿大的渥太華國防研究中心,國外一些著名大學(xué)如麻省理工學(xué)院、加利福尼亞大學(xué)、斯坦福大學(xué)等，也都將組合導(dǎo)航系統(tǒng)作為一項(xiàng)重要的研究領(lǐng)域。

照社會主義的原則說，社會革命在資本制度發(fā)達(dá)到一定的程度的時候，自然要實(shí)現(xiàn)的，然而也可以用他種人為勢力——非妥協(xié)的階級斗爭——促進(jìn)他的速度。英、美的資本制度比俄國的要發(fā)達(dá)得十?dāng)?shù)倍，英、美兩國的工會比俄國的也要發(fā)達(dá)得十?dāng)?shù)倍，何以社會革命不在英、美兩國發(fā)生，反在俄國實(shí)現(xiàn)呢？這就是因?yàn)槎韲鐣锩h實(shí)行的力量比英、美兩國的大的原故。所以我國在中國運(yùn)動社會革命的人，不必專受理論上的拘束，要努力在實(shí)行上去做。

將GNSS與慣性導(dǎo)航組合成一個系統(tǒng)的主要目的就是為了提高導(dǎo)航的精度和可靠性，這種組合的方式，克服了各自的缺點(diǎn)，取長補(bǔ)短，使綜合后的導(dǎo)航精度高于2個系統(tǒng)單獨(dú)工作的精度，實(shí)現(xiàn)了在強(qiáng)干擾的復(fù)雜環(huán)境下實(shí)時、高精度的導(dǎo)航定位，是一種比較完善的導(dǎo)航系統(tǒng)[1]。然而由于地球?qū)τ贕NSS電磁波信號是不透明的，GNSS接收機(jī)在豎直方向上的定位精度沒有在其他2個方向上的精度高，也就直接影響了組合導(dǎo)航系統(tǒng)輸出的定位結(jié)果。

氣壓高度計作為測量載體當(dāng)前高度的一種重要儀表，不僅在登山、探險等戶外活動中有著廣泛的應(yīng)用，隨著全球定位系統(tǒng)的發(fā)展，其在航天航空領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛[2]。目前大多數(shù)情況下使用的氣壓計體積較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易攜帶，同時作為單獨(dú)的模塊，很難嵌入到其它應(yīng)用設(shè)備中，尤其是對體積和功耗要求較為嚴(yán)格的應(yīng)用場合。針對以上幾點(diǎn)，本文設(shè)計了一種數(shù)字式氣壓計，并成功地應(yīng)用到GNSS/INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)中。

1 大氣高度測量原理

隨著高度的上升，空氣變得稀薄，大氣壓力也隨之降低，氣壓高度計就是根據(jù)此原理制成的。根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定的國際標(biāo)準(zhǔn)大氣，我們可以得出在-2000～80000m高度范圍內(nèi)海拔高度H和大氣壓力PH之間的關(guān)系式，也就是標(biāo)準(zhǔn)氣壓高度公式[3-4]，即

國內(nèi)主要脫硫技術(shù)主要分為濕法煙氣脫硫、干法煙氣脫硫和半干法煙氣脫硫等三大類。具體包括：石灰石/石灰-石膏法、雙堿法煙氣脫硫工藝、氨法煙氣脫硫、雙氧水脫硫、有機(jī)胺法、干式吸收劑噴射法、金屬氧化物脫硫法、噴霧干燥法脫硫等技術(shù)。

(1)

該系統(tǒng)由軟件和硬件2大部分組成，系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。大氣壓強(qiáng)傳感器通過采集外部的溫度和壓力數(shù)據(jù)，進(jìn)行必要的補(bǔ)償之后通過I/O口將數(shù)據(jù)傳送至微處理器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，微處理器將接收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為溫度和高度數(shù)據(jù)，同時根據(jù)需要對輸出結(jié)果進(jìn)行誤差補(bǔ)償，輸出更為精確的高度值，再通過串口提供給導(dǎo)航板，導(dǎo)航板對慣導(dǎo)信息、衛(wèi)導(dǎo)信息和高度計信息進(jìn)行融合后輸出至上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。

高度計前端采用博世(Bosch)公司生產(chǎn)的型號為BMP280的大氣壓強(qiáng)傳感器，其體積僅為2.0×2.5×0.95mm3，測量范圍300～1100hPa(相當(dāng)于海拔-500～9000m)，在常溫狀態(tài)下絕對精度為±1hPa(相當(dāng)于±10m)，相對精度為±0.12hPa(相當(dāng)于±1m)，在1Hz采樣頻率的時候工作電流僅為2.7μA。同時支持IIC和SPI兩種接口，傳輸速度可以達(dá)到10MHz。本次設(shè)計采用通用輸入輸出端口GPIO模擬IIC總線的方式進(jìn)行通訊。

表1 大氣高度分層

在測量壓力時可能會受到許多短期變化的影響，例如跑車試驗(yàn)時關(guān)閉車門造成的壓力波動。 為了抑制輸出數(shù)據(jù)中的這些干擾而不會導(dǎo)致額外的接口占用和處理器工作負(fù)載，BMP280使用內(nèi)部IIR濾波器可以有效地降低輸出信號的帶寬。其輸出使用以下公式進(jìn)行濾波：

2 系統(tǒng)組成及工作原理

圖1 系統(tǒng)框圖

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)硬件設(shè)計主要為高度計硬件和通信接口設(shè)計。

灰塵及各種雜質(zhì)，黏附在電氣設(shè)備的表面和載電體表面，同樣容易引起設(shè)備性能下降及絕緣體絕緣性能下降。并且容易造成電氣接觸的不良，產(chǎn)生控制動作的不正常。因此需要保持電氣設(shè)備表面的清潔，經(jīng)常需要進(jìn)行清除灰塵的吹掃，灰塵粉塵多的場所還必須采取有效的防塵措施。溫度、濕度、灰塵對設(shè)備的影響

BMP280型傳感器采用博世壓阻式壓力傳感器技術(shù)，具有高EMC魯棒性、高精度、線性和長期穩(wěn)定性，有著非常低的偏移溫度系數(shù)(TCO)1.5 Pa/ K，意味著溫度漂移僅12.6cm/K，有較高的相對精度。表 2列出了其引腳定義及其功能。

表2 BMP280引腳及功能

微處理器選用意法半導(dǎo)體公司(ST)開發(fā)的STM32F103ZET6,該芯片為增強(qiáng)型32位基于ARM核心的帶512K字節(jié)閃存的微控制器，最高工作頻率72MHz,擁有多達(dá)112個快速I/O端口，11個定時器，13個通信接口，其中2個支持SMBus/PMBus的IIC接口，5個USART接口，3個SPI接口，CAN接口等。芯片支持串行單線調(diào)試SWD和JTAG兩種調(diào)試模式。

BMP280內(nèi)部的ADC轉(zhuǎn)換模塊對傳感器單元采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換并輸入到控制單元，控制單元通過IIC總線與外部微處理器進(jìn)行通訊，微處理器再對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解算與補(bǔ)償，并通過串口將有效數(shù)據(jù)進(jìn)行輸出，至此構(gòu)成一個實(shí)時采樣的高度計。組合導(dǎo)航系統(tǒng)對高度計發(fā)來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后輸出較為理想的高度值。其硬件結(jié)構(gòu)如圖 2所示。

圖2 高度計硬件結(jié)構(gòu)圖

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

4.1 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成之后需要從寄存器0xF7到0xFC中將數(shù)據(jù)讀出，一般情況下，測量得到的結(jié)果不一定與讀出時的結(jié)果一致，這意味著當(dāng)用戶正在讀取先前測量的結(jié)果時，仍然獲得了新的測量結(jié)果，在這種情況下，執(zhí)行“陰影”以保證數(shù)據(jù)一致性，也就是說如果完成新測量并且仍在讀取數(shù)據(jù)寄存器，則新的測量結(jié)果將傳輸?shù)疥幱皵?shù)據(jù)寄存器中。

綜上所述，隨著當(dāng)前醫(yī)療水平和技術(shù)的進(jìn)步，子宮內(nèi)膜癌患者的存活率逐漸提高，而術(shù)后并發(fā)癥則成為制約患者生活質(zhì)量的重要因素，尤其是下肢淋巴水腫，嚴(yán)重影響患者生活質(zhì)量。當(dāng)前對該問題的研究和關(guān)注尚不夠，有必要開展大樣本的流行病學(xué)研究，全面評估危險因素，制定合理有效的評估標(biāo)準(zhǔn)、預(yù)防措施和管理手段，減輕患者負(fù)擔(dān)，提高術(shù)后生活質(zhì)量。

首先是對周圍環(huán)境的溫度和壓力進(jìn)行測量。壓力測量存在多個過采樣選項(xiàng)，每個過采樣步驟都會降低噪聲并將輸出分辨率提高一位，存儲在XLSB數(shù)據(jù)寄存器0xF9中。 通過控制寄存器0xF4中的osrs_p [2：0]位選擇啟用/禁用測量和過采樣設(shè)置，例如超低功耗、低功耗、標(biāo)準(zhǔn)分辨率、高分辨率和超高分辨率。

圖3 測量周期

在0～999m的高度范圍內(nèi)可以取如下參數(shù)：Tb=288.15K，β=-6.50K·km-1，Pb=101.325kPa，Hb=0km。將以上數(shù)據(jù)帶入公式(1)，即可得到該高度范圍內(nèi)的氣壓高度公式，得到的高度基本等于真實(shí)高度[5]。

(2)

其中，f為濾波后的更新值，f1為上一測量周期得到的濾波值，ADC為濾波之前的模數(shù)轉(zhuǎn)換之后得到的值，C為濾波器系數(shù)，可根據(jù)輸出需要對其進(jìn)行配置。

4.2 IIC通信

IIC是飛利浦(PHILIPS)公司開發(fā)的兩線式串行總線，主要應(yīng)用在單片機(jī)和外圍電子器件之間的數(shù)據(jù)通訊。其優(yōu)點(diǎn)是節(jié)約總線數(shù)，穩(wěn)定，快速，是目前芯片制造上非常流行的一種總線。IIC總線具有兩根雙向信號線，一根是數(shù)據(jù)線SDI，另一根是時鐘線SCK。

普通稠油油藏水驅(qū)轉(zhuǎn)熱采的必要性和可行性…………………………………………………………………………魏超平（4.9）

在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中首先給定一個起始信號，即拉高時鐘線SCK，并讓數(shù)據(jù)線SDI由高到低進(jìn)行跳變，電平信號發(fā)生跳變時標(biāo)志著數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_始[7]。微處理器(主節(jié)點(diǎn))首先向BMP280(從節(jié)點(diǎn))寫入一個字節(jié)的數(shù)據(jù)地址，當(dāng)從節(jié)點(diǎn)接收到數(shù)據(jù)地址之后會給主節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個應(yīng)答信號表示已經(jīng)收到地址信息，應(yīng)答信號為低電平時，規(guī)定為有效應(yīng)答位(ACK，簡稱應(yīng)答位)，表示接收器已經(jīng)成功地接收了該字節(jié)；應(yīng)答信號為高電平時，規(guī)定為非應(yīng)答位(NACK)，一般表示接收器接收該字節(jié)沒有成功。成功之后主節(jié)點(diǎn)就開始向從節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，每發(fā)送一個字節(jié)，從節(jié)點(diǎn)仍然返回應(yīng)答信號，直到數(shù)據(jù)傳輸完畢。當(dāng)時鐘線SCK為高期間，數(shù)據(jù)線SDI發(fā)生由低到高的跳變，標(biāo)志著數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕Y(jié)束[8]。其時序圖如圖4所示。

圖4 IIC時序圖

4.3 數(shù)據(jù)輸出

BMP280測量周期包括溫度測量周期和壓力測量周期。在測量完成之后，數(shù)據(jù)通過IIR濾波器進(jìn)行濾波，主要目的是消除壓力短期波動對數(shù)據(jù)造成的影響。其工作流程圖如圖3所示。

目前絕大多數(shù)的MCU都附帶IIC總線接口，STM32也不例外，但是STM32的硬件IIC并不穩(wěn)定，程序卡死或跑飛是“家常便飯”,幾乎已成為工程師們共認(rèn)的“雞肋”[6]。因此本文并不使用STM32的硬件IIC來讀取數(shù)據(jù)，而是通過軟件的方式來模擬IIC接口?，F(xiàn)采用PB12、PB13來模擬IIC時序，其中：PB13為時鐘線，PB12為數(shù)據(jù)線。

本設(shè)計使用突發(fā)讀取，而不是單獨(dú)尋址每個寄存器，因?yàn)槭褂枚鄠€獨(dú)立的讀命令可能會導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致。一旦結(jié)束突發(fā)讀取，“陰影”寄存器的內(nèi)容就會被傳輸?shù)綌?shù)據(jù)寄存器中，這將防止可能混淆屬于不同測量的字節(jié)并減少接口流量。對于壓力和溫度，數(shù)據(jù)以無符號20位格式讀出并使用博世提供的BMP280 API用于讀數(shù)和補(bǔ)償。

補(bǔ)償參數(shù)在生產(chǎn)過程中被編程到設(shè)備的非易失性存儲器(NVM)中，并且不能任意更改。 每個補(bǔ)償字都是以二進(jìn)制補(bǔ)碼存儲的16位有符號或無符號整數(shù)值。 由于存儲器為8位組成的字，因此必須始終組合2個字以表示補(bǔ)償字。 8位寄存器命名為calib00～calib25，存儲在地址0x88～0xA1的寄存器中。相應(yīng)的補(bǔ)償字稱為dig_T#，用于溫度補(bǔ)償相關(guān)值，dig_P#用于壓力補(bǔ)償相關(guān)值。 映射如表3所示。

表3 補(bǔ)償參數(shù)映射表

數(shù)據(jù)補(bǔ)償完成后便可進(jìn)行氣壓和溫度值的計算，根據(jù)第1小節(jié)的測量原理即可計算出傳感器的實(shí)時海拔高度。

11月2日召開的國務(wù)院常務(wù)會議公布了社保降費(fèi)率的最新政策：原定實(shí)施至明年的現(xiàn)有政策——用人單位和職工失業(yè)保險繳費(fèi)比例總和從3%階段性降至1%，將在明年4月底到期后繼續(xù)延續(xù)實(shí)施。此次會議還決定，對符合條件的努力穩(wěn)定就業(yè)的參保企業(yè)，可通過減費(fèi)方式，返還企業(yè)及其職工繳納的50%失業(yè)保險費(fèi)。而對符合條件的失業(yè)人員，其個人應(yīng)繳納的基本醫(yī)療保險等費(fèi)用從失業(yè)保險基金中列支。

由于BMP280傳感器的絕對精度沒有相對精度高，因此使用相對精度計算出的高度數(shù)據(jù)來輔助GNSS/INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)。導(dǎo)航板上電并正常工作之后將定位信息發(fā)送至高度計微處理器，微處理器通過對當(dāng)前定位狀態(tài)中的收星數(shù)和PDOP值進(jìn)行判斷，當(dāng)其值滿足設(shè)定要求即定位狀態(tài)較為理想時，通過微處理器計算得到的高度值與GNSS導(dǎo)航板得到的高度值相互校準(zhǔn)從而將最終的大氣高度值發(fā)送至組合導(dǎo)航系統(tǒng)。

6.3 信息公開透明的特殊要求。公示學(xué)校食堂承包服務(wù)經(jīng)營者的營業(yè)執(zhí)照、食品經(jīng)營許可證等資質(zhì)證明以及食堂食品原料供應(yīng)渠道及品牌。倡導(dǎo)學(xué)校公示主要食品原料的成本。倡導(dǎo)學(xué)校食堂通過網(wǎng)站或APP等渠道，向?qū)W校師生及學(xué)生家長公示菜譜、食品原料追溯及自檢情況、食品加工過程等食品安全相關(guān)信息。

5 實(shí)驗(yàn)測試

實(shí)驗(yàn)測試分為靜態(tài)測試和動態(tài)測試。靜態(tài)測試選擇在海拔約為62m的大樓樓頂進(jìn)行，視野較為開闊，衛(wèi)星信號無遮擋。測試結(jié)果如圖5和圖6所示。

圖5 靜態(tài)測試

圖6 靜態(tài)測試誤差

從上圖可以看出，隨著時間的增加，接收機(jī)測得的高度數(shù)據(jù)逐漸偏離基準(zhǔn)高度，高度計測得的高度雖然有所偏差，但是相對于前者來說離散程度較小，其誤差在2m以內(nèi)。

圖7 動態(tài)測試

圖8 動態(tài)測試誤差

動態(tài)測試是通過跑車試驗(yàn)完成的，選擇在室外空曠路段進(jìn)行，首先以國外高精度接收機(jī)Ublox作為基準(zhǔn)，測試高度計的輸出結(jié)果的可靠性，從圖7和圖8中可以看出其誤差基本上在3m以內(nèi)。

圖9 動態(tài)組合測試

圖10 動態(tài)組合測試誤差

其次對接入高度計輔助后的組合精度進(jìn)行測試。開始測試時為GNSS/INS正常組合，從圖9可以看出，在用高度計進(jìn)行輔助以前精度較差，同時有野值出現(xiàn)；接入高度計后的的組合導(dǎo)航系統(tǒng)輸出基本與基準(zhǔn)高度一致，其誤差基本在3m以內(nèi)，測試結(jié)果表明在高度計的輔助下能有效提高GNSS/INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)的精度。

自然答案生成基于原始序列(問題)和匹配事實(shí)，預(yù)測輸出序列。首先介紹序列生成模型的基礎(chǔ)，然后介紹本文提出的前后向序列生成模型，最后對訓(xùn)練過程進(jìn)行描述。

6 結(jié)論

設(shè)計了1種基于大氣壓強(qiáng)傳感器的數(shù)字式高度計，并從器件選型、硬件設(shè)計和軟件設(shè)計3個方面進(jìn)行了介紹和研究。為了驗(yàn)證此方案的可行性，對高度計實(shí)物進(jìn)行了靜態(tài)以及動態(tài)測試。測試結(jié)果表明了本設(shè)計的可行性，最終數(shù)字高度計的輸出誤差可以保持在一個理想的水平，實(shí)現(xiàn)了性能穩(wěn)定、可靠性強(qiáng)、高精度的數(shù)字高度計設(shè)計。