具体实施方式
实施例所采用的高空气球实验舱回收系统由GPS信标机和回收车组成，其框图参见图2。信标机由GPS
天线、GPS接收板OEM、单片微型控制器(又称单片机)MCU、无线数传模块C11T和发射天线等组成。GPS
接收板采用并行12通道GPS-OEM板GARMIN-GPS15L，可同时跟踪12颗卫星。它的重新捕获时间＜2秒，暖
启动时间约15秒，冷启动时间约45秒，卫星搜索和自定位时间3-5分钟。它通过天线接收GPS卫星组的
信号并经处理得到信标机的位置信息(经纬度，高度等)，单点定位精度15米(无S/A噪声)，可完全满
足系统需求。MCU采用P87LPC767，具有4路8位AD、1个UART(通用串口收发器)和若干I/O口等。MCU
通过串口接收OEM板送出的NMEA-0183格式的GPGGA数据流(数据率9600bps)，并判读其是否定位有效。
如果定位有效，则将位置数据刷新，然后，通过AD测量信标机仪器舱内温度T、发射机电源电压V1、控
制器电源电压V2并变成ASC II字符，再与刷新后的GPS数据打包，加上字头“$SUN”、字尾“BL”后，通
过串口(数据率1200bps)定时(由程序设定30秒1次或1分钟1次，每次约2秒钟)发送给数传模块
C11T(内有FSK数字调制器MOD和无线电发射机TRN)。C11T通过专用联络线判断传来的是数据，经处理
后通过发射天线，将数据发送给回收车。如果GPS定位数据无效，MCU则不刷新位置数据，直接进行AD转
换，定时(由程序设定3分钟1次，每次约2秒)发送原已定位有效的位置数据和新的AD数据。
信标机的结构示意图参见图3。主要由GPS天线8、仪器舱9、GPS接收板OEM和微型控制器MCU总成
10、外壳11、数传发射天线12、天线罩13、天线支架14、仪器舱盖板15、铝质半球壳体16、数传模块
17、电池舱盖板18、电池舱19、可充电电池组20等组成。外壳11和天线罩13采用聚苯乙烯材料发泡制
作，以利无线电波传输。外壳分上、下两半，中间垫有密封圈，通过由绝缘材料制作的螺栓连接后，共同
组成一个完全密封的空心球体，用以装载信标机，同时具有防水作用。由于电池组较重，其余部分较轻，
整个信标机的重心在几何中心以下，信标机的下部又做成一个半球体，这样就形成了不倒翁结构，可以保
证落地后信标机朝上，使得GPS天线基本平行、数传天线基本垂直于地面，便于接收GPS卫星信号和向外
发射定位信息。
微控制器MCU的程序采用汇编语言编制，其框图参见图4。
程序这样设计的理由和好处有以下几点：
1、由信标机的结构决定，数传发射机天线和GPS接收天线相距很近，且处于同一平面内，加上发射
机的功率比较大(5W)，其倍频又与GPS工作频率(L1-1575.42MHz)十分接近，这样数传发射机对GPS接
收机势必造成干扰，(实验表明，当发射机连续工作时，GPS接收机根本无法定位。)采用发射机断续工作、
定时发送已定位数据的方法，可从根本上解决这一问题。
2、定位数据无效时，程序设计为定时发送最后一组定位有效的数据，可以保证发射机干扰不能定位
或在信标机落地后接收环境不好(比如严重遮挡)时，也能发送其最后位置信息，避免回收车收到信号时
原定位数据被覆盖而丢失。
3、程序设计了两个定时器，分别用于控制GPS定位正常和定位无效时发射机的工作时间。这样可以
保证GPS接收机在发射机停止工作期间能够正常定位，以及信标机第一次启动或因某些原因(如外部干扰)
造成GPS处理器内再定位所需的初始信息丢失时，GPS接收板能重新启动，正常工作。
4、定时发射的另一个好处是可将发射机电源消耗降低为原来的1/15或1/30，这样可大大延长信标机
的工作时间，保证在极其复杂的环境条件下，回收车在几天内都能收到定位信息，找到实验舱。
5、由于耗电省，在气球起飞前就可以打开信标机，这样不但能避免原来存在的在气球起飞时信标机
误启动或切割指令失效打不开信标机的问题，而且还可以在气球飞行全程中对气球辅助定位。
回收车上装有全向和定向信标接收天线和无线数传接收模块C11R(内有接收机RES和FSK数字解调器
DEM)、数据选择器DATASELE、GPS天线和OEM板、笔记本计算机NOTEBOOK等。数传接收模块C11R接收
信标机发来的实验舱位置等信息，GPS-OEM板接收卫星信号并经处理得到车辆的位置信息，二者经过数据
选择器接到计算机串口，通过计算机接收、处理、显示、存储，并将二者的位置坐标和运行轨迹实时显示
到电子地图上。回收人员可以通过位置信息和电子地图的指引，采取合理的行车路线、用最短的时间找到
气球实验舱。如果实验舱降落的地点比较复杂，车辆不能进入，则可以把信标机的位置信息(经纬度)输
入到手持GPS定位导航仪(可从市场购到成品)中，由其指引回收人员直接找到实验舱。
回收车上的车载笔记本电子计算机的应用程序采用Visual Basic编制，在工程主窗体中设有命令按
钮(Command Button)、文本框(Text Box)、框架(Frame)、图片框(Picture Box)、定时器(Timer)、通
讯接口(MSComm)等控件。命令按钮用来启动、关闭程序、设置初始参数、显示和隐藏子图等，文本框用来
显示信标机和回收车的位置、信标机的工作状态等数据，图片框用来装载电子地图，框架控件中装载子图
片框，子图片框中装载有比例放大的局部图，便于接近目标时更精确确定目标位置。通讯接口控件用来连
接串口，定时器定时接收和处理串口数据等。此外还设有滚动条、选项按钮、标签等控件，其作用明显，
不必详述。
命令按钮子程序中对系统进行各种初始化设置，如气球发放场地理位置，电子地图比例尺，串口通讯
参数，定时器定时时间等，并执行启动或关闭程序、打开串口、显示和关闭子图等命令。
定时器控件设有2个，其中定时器1的主要作用是使信标机和回收车的位置坐标每秒钟闪动2次，二
者坐标的颜色不同，便于工作人员发现和区分。定时器2子程序是工程的主体程序，其框图参见图5，它
的作用是定时完成以下工作：
读串口缓存区；
对数据进行处理、显示；
计算信标机和回收车的地理坐标并标图；
描绘二者的运动轨迹；
对处理后的各种数据进行存储。
本实施例所述系统已经投入运行，实践证明其设计合理、性能优良、工作可靠，实现了高空气球实验
舱回收技术的重大突破。