基于ARM的GPS接收機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　摘要：GPS全球定位系統(tǒng)在實(shí)際生活中被廣泛應(yīng)用，是當(dāng)今信息時(shí)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(diǎn)，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(jì)，提出了對(duì)GPS全球定位系統(tǒng)定位信息的接收以及對(duì)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(guò)本設(shè)計(jì)方法，本系統(tǒng)由ARM控制GPS模塊較為精確地計(jì)算和顯示日期、時(shí)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(hào)是一種可供無(wú)數(shù)用戶(hù)共享的信息資源。對(duì)于陸地、海洋和空間的廣大用戶(hù)，只要用戶(hù)擁有能夠接收、跟蹤、變換和測(cè)量GPS信號(hào)的接收設(shè)備即GPS信號(hào)接收機(jī)，就可以在任何時(shí)候用GPS信號(hào)進(jìn)行導(dǎo)航定位測(cè)量。GPS信號(hào)接收機(jī)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(cè)衛(wèi)星的信號(hào)，并跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行，對(duì)接收到的GPS信號(hào)進(jìn)行變換、放大和處理、以便測(cè)量出GPS信號(hào)從衛(wèi)星接收機(jī)天線的傳播時(shí)間，解譯GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文，實(shí)時(shí)地計(jì)算出測(cè)站的3維位置甚至3維速度和時(shí)間。本課題接收機(jī)就是基于ARM可編程處理器的GPS接收機(jī)設(shè)計(jì)，用ARM來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理功能。

　　系統(tǒng)概述

　　GPS的整個(gè)系統(tǒng)由空間部分、地面控制部分和用戶(hù)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(hào)，用戶(hù)正是利用這些信號(hào)來(lái)進(jìn)行工作的;GPS的控制部分根據(jù)地面各監(jiān)控站對(duì)GPS的觀測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)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(guò)注入站注入到衛(wèi)星中去，并對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行控制，向其發(fā)布指令等;GPS的用戶(hù)部分由GPS接收機(jī)、數(shù)據(jù)處理軟件及相應(yīng)的用戶(hù)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(hào)，利用這些信號(hào)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(hào)，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(hào)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(hù)一般需要利用此導(dǎo)航信息來(lái)計(jì)算某一時(shí)刻GPS衛(wèi)星在地球軌道上的位置，導(dǎo)航信息也被稱(chēng)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(yǔ)句包括17個(gè)字段：語(yǔ)句標(biāo)識(shí)頭，世界時(shí)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(hào)，校驗(yàn)和結(jié)束標(biāo)記(用回車(chē)符和換行符)，用14個(gè)逗號(hào)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(jì)

　　本系統(tǒng)采集并處理GPS數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)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(yè)面切換，可以和PC機(jī)通信?？傮w硬件框圖如圖1所示?！　?/p>