全自动航空伽玛收录系统预研究

摘要

论文来源于863计划资源环境技术领域主题项目课题“高精度能谱探测仪器研发”(2012AA061803)和中国地质调局地质调查项目子项目“航空伽马能谱无人值守自动监控系统研究”。
　　航空伽玛数据收录系统是在航空物探测量时，将采集到的航空伽玛能谱信息、GPS导航定位数据及航测环境信息等进行实时快速分类存储的仪器设备。如今从国外引进的航空伽玛数据收录系统，其价格高，技术保密，维修成本高，兼容性差;而国内自主开发的系统，其数据收录能力弱，硬件接口不足，软件界面可操作性差。鉴于此，目前迫切需要自主开发新一代航空伽玛数据收录系统，从而提高航空物探设备的自主化、智能化程度，为国土资源调查的现代化奠定基础。
　　本课题研究设计的的新一代全自动航空伽玛收录系统，采用研华ACP-4001一体化工作站作为研发平台。系统可实时收录二十二条1024分辨率的航空伽马能谱数据、GPS定位信息、航测温度/气压/雷达信号。
　　系统硬件单元基于PCI总线分别接入并行数据采集卡、16路多串口数据采集卡、GPIB数据采集卡、模拟输入输出温度采集卡及双路高速CAN总线卡从而满足收录多种数据的要求;通过GPS定位模块，获取航测经纬度等信息;采用TTL转RS232电平转换模块与RS232转RS485电平转换模块，实现多种串行数据端口对接;配有故障诊断及报警模块在航测数据异常时自动报警。
　　系统软件单元是以Labwindows/CVI与VisualC++6.0平台相结合的方式开发，利用两个平台各自的优势分别完成应用层友好界面与底层数据采集的设计。在谱线数据传输时，采用并行化的数据传输方式最大化发挥现有多核处理器多线程优势，提高数据处理速度。该软件采用三层架构:由底层设备驱动与控制层，数据动态链接层以及系统应用界面层组成，从而增强了软件单元的可靠性、可维护性、通用性及硬件无关性。
　　最终，完成了系统样机设计。通过调研、比对国内外航空伽玛收录系统，在借鉴其先进的设计理念与思想的同时，找出其中的不足与有待进一步升级与优化的部分，设计出性能更高更稳定的软硬件单元，在原收录系统的基础上增加了GPIB，ECP，EPP等通信协议;配置抗噪声干扰性更强、数据传输速率更高、传输距离更长的RS485总线;支持更先进轻便、功率消耗极小的Trimble系列GPS接收机;改善数据收录能力，以航放数据收录为例原收录系统只能收取两条256分辨率谱线，无法满足新仪器的要求，本系统可收录二十条1024分辨率谱线及两条1024分辨率合成谱线，为提高航放测量精度提供了基础。本课题的设计为进一步开发航空伽玛收录系统奠定了研究基础。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 选置依据及背景意义

1．2 国内外研究现状

1．3 研究内容及论文结构

1．3．1 研究内容

1．3．2 论文结构安排

第2章 系统整体设计

第3章 硬件单元设计及实现

3．1 硬件单元整体设计

3．2 一体化工控机选型分析

3．3 并行数据采集端口

3．3．1 工控机自带并行口

3．3．2 基于PCI总线CH365芯片设计的并口卡

3．3．3 GPIB通用并口卡

3．4 串行数据采集端口

3．5 GPS数据接收模块

3．6 模数／数模转换阵列

3．7 故障诊断及报警模块

3．7．1 故障诊断及报警模块功能介绍

3．7．2 VFD真空荧光显示屏

3．7．3 驾驶舱报警器

第4章 软件单元设计及实现

4．1 软件单元整体设计

4．1．1 底层设备驱动层

4．1．2 数据动态链接与处理层

4．1．3 系统应用界面层

4．2 GPS定位数据提取与收录

4．2．1 多线程串口数据传输

4．2．2 GPS定位数据的提取

4．3 谱线数据并口传输单元

4．3．1 WINIO动态链接库调用

4．3．2 并口握手协议程序

4．4 并行数据通信板控制

4．5 模数转换电路控制程序设计

4．6 故障诊断及报警模块程序设计

4．6．1 基于TCP的套接字通信

4．6．2 通信协议的制定

第5章 性能指标与功能测试

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果