北斗二代導(dǎo)航接收機(jī)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：采用以通用微處理器S3C2440為核心的硬件平臺(tái)和以嵌入式Linux系統(tǒng)為核心的軟件平臺(tái)，最終完成了北斗導(dǎo)航終端的設(shè)計(jì)，并通過(guò)GPRS芯片實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸。詳細(xì)給出了系統(tǒng)的硬件體系結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)介紹了與導(dǎo)航相關(guān)的應(yīng)用程序以及流程設(shè)計(jì)。對(duì)于研究北斗二代接收機(jī)以及北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的民用化具有一定的意義。

關(guān)鍵詞：北斗二代；S3C2440；Linux；嵌入式；UM220

引言
北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是中國(guó)自行研制的全球衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)，系統(tǒng)由空間端、地面端和用戶(hù)端組成，可在全球范圍內(nèi)全天候、全天時(shí)為各類(lèi)用戶(hù)提供高精度、高可靠定位、導(dǎo)航、授時(shí)服務(wù)，并具短報(bào)文通信能力。2012年12月27日，北斗系統(tǒng)空間信號(hào)接口控制文件正式版正式公布，北斗導(dǎo)航業(yè)務(wù)正式對(duì)亞太地區(qū)提供無(wú)源定位、導(dǎo)航、授時(shí)服務(wù)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)同時(shí)具備定位與通信功能，相對(duì)于GPS有自己獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)，但在民用領(lǐng)域的應(yīng)用很不充分，GPS在民用市場(chǎng)占據(jù)絕大部分的份額。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在民用領(lǐng)域有著良好的前景，影響、制約北斗系統(tǒng)在民用領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用的主要因素就是系統(tǒng)用戶(hù)終端。鑒于以上原因，本文設(shè)計(jì)了一種基于嵌入式系統(tǒng)的北斗定位終端。
由于ARM芯片具有性能高、價(jià)格低、功耗低等特點(diǎn)，在嵌入式領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，本系統(tǒng)采用基于ARM架構(gòu)的S3C2440微控制器負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的控制。北斗模塊采用和芯星通科技有限公司的UM220導(dǎo)航／授時(shí)模塊，負(fù)責(zé)導(dǎo)航電文的解碼和信號(hào)處理，同時(shí)將衛(wèi)星定位技術(shù)與GPRS／GSM移動(dòng)通信技術(shù)相結(jié)合，完成了設(shè)備的短信息通信功能。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
按照系統(tǒng)功能要求，可將系統(tǒng)硬件整體架構(gòu)分為以下5個(gè)部分，即中央處理器控制模塊、UM220北斗接收模塊、GPRS／GSM模塊、存儲(chǔ)系統(tǒng)、電源模塊以及人機(jī)交互模塊，如圖1所示。

CPU處理器與存儲(chǔ)系統(tǒng)是指以S3C2440為微處理器核心，以SDRAM為動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器，以NAND Flash閃存為外存的基本子系統(tǒng)。電源系統(tǒng)提供CPU、存儲(chǔ)器以及外圍設(shè)備高質(zhì)量穩(wěn)定電源。導(dǎo)航接收系統(tǒng)由北斗二代天線(xiàn)、北斗接收模塊UM220組成。
通常情況下，北斗接收模塊通過(guò)天線(xiàn)接收北斗衛(wèi)星發(fā)送的射頻信號(hào)，經(jīng)放大、相關(guān)、混頻等一系列處理后，解譯出北斗衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文，S3C2440控制模塊從導(dǎo)航電文中進(jìn)一步解析出緯度、精度、速度、時(shí)間等定位信息，并存儲(chǔ)、顯示。系統(tǒng)用戶(hù)同時(shí)可以將需要發(fā)送的定位信息進(jìn)行格式封裝，然后將定位信息發(fā)送給其他用戶(hù)。

2 系統(tǒng)硬件體系
2．1 北斗接收系統(tǒng)
北斗信號(hào)接收系統(tǒng)的核心是UM220模塊，具有尺寸小、重量輕、超低功耗(僅350 mW)的特點(diǎn)，能夠同時(shí)支持BD2B1、GPS L1兩個(gè)頻點(diǎn)。UM 220外形尺寸緊湊，采用SMT焊盤(pán)，支持標(biāo)準(zhǔn)取放及回流焊接全自動(dòng)化集成，尤其適用于低成本、低功耗領(lǐng)域。UM220無(wú)需外接CPU即可直接輸出NMEA數(shù)據(jù)，并且支持UART等多種接口。

UM220模塊主要由RF前端、數(shù)字中頻濾波、微處理器、存儲(chǔ)單元等組成，上電完成初始自檢后，自動(dòng)接收來(lái)自天線(xiàn)的北斗射頻信號(hào)，經(jīng)變頻、放大、相關(guān)、混頻等一系列處理后，完成并行通道對(duì)其視界內(nèi)幾何位置最佳的數(shù)顆衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤，并測(cè)出信號(hào)從衛(wèi)星到接收天線(xiàn)的傳播時(shí)間，解譯出北斗衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文，最后由串口輸出NMEA-0183數(shù)據(jù)。UM220硬件接口電路如圖2所示。UM220的串口引腳通過(guò)MAX3232電平轉(zhuǎn)換芯片與S3C2440的串口連接，使其接收RMC模式下NAME格式的北斗定位數(shù)據(jù)。