基于TMS320F2812物探GPS接收機設計與實(shí)現

摘要：設計了一種專(zhuān)門(mén)用于物探測量且經(jīng)濟實(shí)用的GPS接收機。該接收機采用TI公司的TMS320F2812芯片為核心處理器，對GPS-OEM板進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，給出了詳細的軟硬件設計思路和實(shí)現方案。測試結果表明，在天氣情況良好的條件下，單機定位精度小于1 m，能夠滿(mǎn)足大多數物探平面測量精度要求。
關(guān)鍵詞：地球物理勘探測量；GPS-OEM；TMS320F2812；GPS接收機

0 引言
地球物理勘探野外工作在進(jìn)行地球物理場(chǎng)測量的同時(shí)，需進(jìn)行點(diǎn)位及其高程測量。GPS定位技術(shù)與常規測量技術(shù)相比，具有觀(guān)測站間無(wú)需通視、速度快、測量組人員投入少等優(yōu)勢，已成為物探測地工作首選。
地球物理勘探測量中，要求平面定位精度小于3 m。目前，市場(chǎng)上低價(jià)格GPS接收機的精度不能保障；高精度GPS接收機可滿(mǎn)足精度要求，但價(jià)格昂貴。為滿(mǎn)足地球物理勘探測地需求，地球物理勘探者往往必須選用高精度GPS接收機，顯然增加了測地工作的成本。針對目前GPS接收機發(fā)展現狀，本文旨在研制一種專(zhuān)用GPS接收機，要求價(jià)格適中、能實(shí)時(shí)定位、且在短時(shí)間內單機定位精度能達到1～3 m，滿(mǎn)足大多數地球物理勘探測地精度需求。
數字信號處理器DSP運算速度高，有較高的數字信號處理能力，高可靠性的特點(diǎn)，非常適于GPS實(shí)時(shí)信號的處理。利用GPS-OEM進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，設計相應接口軟件、適配顯示器、鍵盤(pán)等用戶(hù)終端與控制處理器，構成GPS一體化接收機，已成為一種發(fā)展趨勢。通過(guò)調研，選用一種GPS-OEM板，與一種蝶形接收天線(xiàn)配合使用時(shí)，單機定位精度能達到1m左右，為進(jìn)一步設計提供了基本依據。

1 系統硬件設計
該接收機由GPS數據接收單元、核心處理單元、及存儲和顯示單元三部分組成。其中，GPS數據接收部分采用選定的GPS-OEM板設計，核心處理單元采用TI公司的DSP，接口部分主要由轉換芯片及相應軟件組成。所設計的系統總體硬件框架如圖1所示。

1．1 GPS數據接收模塊設計
目前在市場(chǎng)上GPS-OEM模塊種類(lèi)較多，在選型時(shí)要根據：
(1)設計系統所能達到的定位精度；
(2)數據鏈路的通訊方式和覆蓋范圍；
(3)性能價(jià)格比等因素來(lái)選擇合適的OEM模塊。
經(jīng)權衡比較，設計采用合眾思壯公司在2006年正式推出的一款GPS-OEM模塊新月-HC12A。該模塊是合眾思壯公司生產(chǎn)的一款單頻12通道接收機，采用了最新的ASIC芯片和Coast等專(zhuān)利軟件算法，同時(shí)具有20Hz的原始數據、定位數據更新率，信標接收功能，差分基準站／移動(dòng)站，L-Dif，E-Dif，1 pps／Event Marker等多種功能，其單機定位誤差小于2．5 m(2DRMS)，代表了當前GPS行業(yè)的最新技術(shù)趨勢。
新月-HC12A模塊主要由低噪聲下變頻器、信號通道、微處理器、存儲器等組成，其內部結構如圖2所示。

另外，根據天線(xiàn)的供電電壓、信噪比(噪聲系數1．5 dB左右)及增益(增益28 dB左右)，選用了右旋極化陶瓷介質(zhì)天線(xiàn)，該GPS信號接收天線(xiàn)具有在同一時(shí)刻觀(guān)測到較多GPS衛星數、快速定位的特點(diǎn)。