0引言

　　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。

　　1 jp7-t型gps oem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．

　　jp7-tx系列g(shù)ps定位系統(tǒng)采用的是l1信號(hào)頻率(1575.42 mhz)。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8mbit flash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)(通常是一130 dbm)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。

　　2 jp7-t gps接收機(jī)的demo板設(shè)計(jì)

　　在了解了jp7-t gps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。

　　3軟件設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)的軟件部分主要完成對(duì)經(jīng)緯度、utc時(shí)間、gps定位有效性、移動(dòng)端速度的采集、解碼和顯示。本設(shè)計(jì)將wgs-84坐標(biāo)的經(jīng)緯度都轉(zhuǎn)換成以度為單位，utc時(shí)間轉(zhuǎn)換為北京時(shí)間，并將速度的knop單位轉(zhuǎn)化為以km／h為單位。

　　3.1 jp7-t的gps數(shù)據(jù)格式

　　nmea-0183協(xié)議是美國國家海洋電子協(xié)會(huì)(nationaimarineelectronlcsassociation)制定的gps接口協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。nmea-0183協(xié)議中定義了若干代表不同含義的語句，每個(gè)語句實(shí)際上就是一個(gè)ascii碼串。這種碼比較直觀，易于識(shí)別和應(yīng)用。其發(fā)送到計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)主要由幀頭、幀尾和幀內(nèi)數(shù)據(jù)組成，根據(jù)數(shù)據(jù)幀的不同，幀頭也不相同。幀頭主要有"$gpgga"、"$gpgsa"、"$gpgsv"以及"$gprmc"等。這些幀頭標(biāo)識(shí)了后續(xù)幀內(nèi)數(shù)據(jù)的組成結(jié)構(gòu)，各幀均以回車符和換行符作為幀尾來標(biāo)識(shí)一幀的結(jié)束。使用中不需要了解nmea-0183通信協(xié)議的全部信息，僅需要從中挑選出需要的那部分定位數(shù)據(jù)即可，而將其余的信息忽略掉。

　　格式中各字段的解釋如下：
　　(1)當(dāng)前位置的格林尼治時(shí)間，格式為hh-mmss；
　　(2)狀態(tài)，a為有效位置，v為非有效接收警告，即當(dāng)前天線視野上方的衛(wèi)星個(gè)數(shù)少于3顆；
　　(3)緯度，格式為ddmm.mmmm；
　　(4)用于標(biāo)明南北半球，n為北半球、s為南半球；
　　(5)徑度，格式為dddmm.mmmm；
　　(6)用于標(biāo)明東西半球，e為東半球、w為西半球；
　　(7)地面上的速度，范圍為0.0到999.9；
　　(8)方位角，范圍為000.0到359.9度；
　　(9)日期，格式為ddmmyy；