解析基于JP7-T的GPS接收機(jī)和定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　作為導(dǎo)航領(lǐng)域內(nèi)一種全新的技術(shù)，GPS全球定位系統(tǒng)主要利用衛(wèi)星進(jìn)行定位。GPS最初由美國政府機(jī)構(gòu)控制使用，是目前世界上最為成熟和完好的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。它由30顆(4顆為備份星)在軌衛(wèi)星組成。早期的GPS系統(tǒng)對(duì)民用信號(hào)的定位精度限制為100米左右，2000年后則取消這一限制。目前，GPS可以提供的民用信號(hào)定位精度為10米左右。GPS現(xiàn)可應(yīng)用于多領(lǐng)域(如民用航空，車輛調(diào)度管理，深海海運(yùn)等整個(gè)海陸空范圍內(nèi)的導(dǎo)航等)，特別是在目前的車載導(dǎo)航領(lǐng)域，GPS全球衛(wèi)星定位技術(shù)更是具有廣泛的應(yīng)用。隨著應(yīng)用領(lǐng)域的日益擴(kuò)大，中國衛(wèi)星導(dǎo)航儀的市場規(guī)模已從2000年的不到10億元增長到了2005年的120億元。因此，對(duì)GPS進(jìn)行研究和二次開發(fā)勢在必行。

　　1JP7-T型GPSOEM板的組成

　　本設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目需要將所調(diào)研的幾種GPS資料進(jìn)行了比較權(quán)衡，最后選擇了德國FALCOM公司生產(chǎn)的JP7-T(SIRF2)GPS模塊。該模塊有12個(gè)信道GPS接收模塊、完整的溫度補(bǔ)償晶體振蕩器、SiRF2型芯片一低功率芯片集、高級(jí)TIFF頻率、3種不同供電模式、更小的體積、PIN腳與JP7-LP兼容并有記憶功能，同時(shí)內(nèi)嵌Falcom記憶查詢軟件。利用此模塊作為核心部分，筆者還設(shè)計(jì)了一塊demo板進(jìn)行測試。FAL-COM公司生產(chǎn)的JP7-T(SIRF2)GPS模塊的內(nèi)部信號(hào)流的處理過程如圖1所示。

　　JP7-TX系列GPS定位系統(tǒng)采用的是L1信號(hào)頻率(1575.42MHz)。該模塊可以分為四大塊：RF信號(hào)下轉(zhuǎn)換器、數(shù)字基帶解調(diào)、嵌入式ARM微處理器和用于存儲(chǔ)內(nèi)置GPS軟件的8MBitFlash存儲(chǔ)器。其中前兩者用于硬件電路處理，而ARM微處理器則可采用內(nèi)置GPS軟件來計(jì)算GPS的位置、速度、時(shí)間等。

　　系統(tǒng)中的射頻部分用作GPS信號(hào)(通常是一130dBm)的補(bǔ)償和過濾，然后將其轉(zhuǎn)換成中頻信號(hào)并輸出到信號(hào)處理部分。數(shù)字基帶解調(diào)器的功能是載有量化了的GPS信號(hào)和檢測衛(wèi)星的串行比特流數(shù)據(jù)和伴隨偽序列。這個(gè)過程通過擴(kuò)展譜和信號(hào)多普勒頻率部分的移動(dòng)來獲得串行數(shù)據(jù)。ARM微處理器用來監(jiān)督信道的分配，并提取原始的衛(wèi)星跟蹤數(shù)據(jù)，同時(shí)在計(jì)算出位置和時(shí)間后，將其采用串行方式發(fā)送到高層應(yīng)用部分。支持微處理器處理過程的硬件電路包括RTC和復(fù)位脈沖產(chǎn)生器電路。內(nèi)置的GPS軟件用來管理信道分配，并可采用衛(wèi)星的偽序列來計(jì)算位置、速度和時(shí)間，并重定數(shù)據(jù)格式后輸出到串行口或用于本地決策。

　　2JP7-TGPS接收機(jī)的Demo板設(shè)計(jì)

　　在了解了JP7-TGPS模塊的內(nèi)部原理后，要知道是否適合產(chǎn)品的設(shè)計(jì)需要，還要再設(shè)計(jì)一塊demo板來進(jìn)行性能測試。Demo板的基本硬件設(shè)計(jì)框圖如圖2所示。

　　通過分析GPS模塊的內(nèi)部電路和引腳可知，其4、5引腳為第一組I／O口，分別是SDI1和SDO1，其中SDI1是主要的接收信道。用來接收GPS板的軟件命令，SDO1是主要的傳輸信道，用來將導(dǎo)航數(shù)據(jù)傳輸?shù)接脩舫绦颍?，7號(hào)引腳為第二組I／O口，分別是SDI2和SDO2；17號(hào)引腳是RF_IN，用于為GPS提供從天線接收到的信號(hào)；19號(hào)引腳用于為天線提供電源。其中SDI和SDO都是TTL電平，故在將其通過RS-232串口與PC機(jī)相連以進(jìn)行測試前，必須將TTL標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)換成232標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)才能與PC機(jī)進(jìn)行通信，本設(shè)計(jì)采用MAX3232電平轉(zhuǎn)換芯片，其轉(zhuǎn)換電路如圖3所示。鑒于GPS模塊的頻率和項(xiàng)目產(chǎn)品的設(shè)計(jì)需要，本設(shè)計(jì)選擇了5米GPS車用磁性吸盤天線，其中心頻率也是L1，它接收衛(wèi)星定位信息的定位精度小于15米。