基于ARM的GPS接收機系統(tǒng)設(shè)計

　　摘要：GPS全球定位系統(tǒng)在實際生活中被廣泛應(yīng)用，是當(dāng)今信息時代發(fā)展中的重要組成部分。因其具有性能好、精度高、應(yīng)用廣的特點，使其成為了迄今最好的導(dǎo)航定位系統(tǒng)。本文以CSI-HC12A GPS接收主板為例，介紹了GPS的通信協(xié)議。討論了基于ARM的GPS接收系統(tǒng)設(shè)計，提出了對GPS全球定位系統(tǒng)定位信息的接收以及對各定位參數(shù)數(shù)據(jù)的提取方法，并給出了系統(tǒng)的硬件電路及軟件流程圖。通過本設(shè)計方法，本系統(tǒng)由ARM控制GPS模塊較為精確地計算和顯示日期、時間、經(jīng)度、緯度等衛(wèi)星信息。

　　引言

　　GPS衛(wèi)星發(fā)送的導(dǎo)航定位信號是一種可供無數(shù)用戶共享的信息資源。對于陸地、海洋和空間的廣大用戶，只要用戶擁有能夠接收、跟蹤、變換和測量GPS信號的接收設(shè)備即GPS信號接收機，就可以在任何時候用GPS信號進(jìn)行導(dǎo)航定位測量。GPS信號接收機的功能是能夠捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測衛(wèi)星的信號，并跟蹤這些衛(wèi)星的運行，對接收到的GPS信號進(jìn)行變換、放大和處理、以便測量出GPS信號從衛(wèi)星接收機天線的傳播時間，解譯GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文，實時地計算出測站的3維位置甚至3維速度和時間。本課題接收機就是基于ARM可編程處理器的GPS接收機設(shè)計，用ARM來實現(xiàn)信號處理功能。

　　系統(tǒng)概述

　　GPS的整個系統(tǒng)由空間部分、地面控制部分和用戶部分所組成。GPS的空間部分是由GPS工作衛(wèi)星所組成，衛(wèi)星都發(fā)出用于導(dǎo)航定位的信號，用戶正是利用這些信號來進(jìn)行工作的;GPS的控制部分根據(jù)地面各監(jiān)控站對GPS的觀測數(shù)據(jù)，計算出衛(wèi)星的星歷和衛(wèi)星鐘的改正參數(shù)等，并將這些數(shù)據(jù)通過注入站注入到衛(wèi)星中去，并對衛(wèi)星進(jìn)行控制，向其發(fā)布指令等;GPS的用戶部分由GPS接收機、數(shù)據(jù)處理軟件及相應(yīng)的用戶設(shè)備等所組成。它的作用是接收GPS衛(wèi)星所發(fā)出的信號，利用這些信號進(jìn)行導(dǎo)航定位等工作。

　　GPS衛(wèi)星發(fā)射兩種頻率的載波信號，即頻率為1575.42MHz的L1載波和頻率為1227.60MHz的L2載波。導(dǎo)航信息被調(diào)制在L1載波上，其信號頻率為50Hz，包含有GPS衛(wèi)星的軌道參數(shù)、衛(wèi)星鐘改正數(shù)和其它一些系統(tǒng)參數(shù)。用戶一般需要利用此導(dǎo)航信息來計算某一時刻GPS衛(wèi)星在地球軌道上的位置，導(dǎo)航信息也被稱為廣播星歷。

　　CSI-HC12A是GPS OEM模塊，該模塊是為單頻12通道，具有20Hz原始數(shù)據(jù)、定位數(shù)據(jù)更新率。NMEA數(shù)據(jù)消息$GPGGA是一幀GPS定位的主要數(shù)據(jù)，也是使用最廣的數(shù)據(jù)。$GPGGA語句包括17個字段：語句標(biāo)識頭，世界時間，緯度，緯度半球，經(jīng)度，經(jīng)度半球，定位質(zhì)量指示，使用衛(wèi)星數(shù)量，水平精確度，海拔高度，高度單位，大地水準(zhǔn)面高度，高度單位，差分GPS數(shù)據(jù)期限，差分參考基站標(biāo)號，校驗和結(jié)束標(biāo)記(用回車符和換行符)，用14個逗號進(jìn)行分隔。該數(shù)據(jù)幀的結(jié)構(gòu)及各字段釋義如下：

　　$GPGGA,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,M,<10>,M,<11>,<12>*xx<CR><LF>

　　系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　本系統(tǒng)采集并處理GPS數(shù)據(jù)，實時顯示部分GPS數(shù)據(jù)，在按鍵的控制下保存采集的數(shù)據(jù)，可以進(jìn)行頁面切換，可以和PC機通信?？傮w硬件框圖如圖1所示。