解析基于JP7-T的GPS接收機和定位系統設計

　　作為導航領(lǐng)域內一種全新的技術(shù)，GPS全球定位系統主要利用衛星進(jìn)行定位。GPS最初由美國政府機構控制使用，是目前世界上最為成熟和完好的全球衛星導航系統。它由30顆(4顆為備份星)在軌衛星組成。早期的GPS系統對民用信號的定位精度限制為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定位精度為10米左右。GPS現可應用于多領(lǐng)域(如民用航空，車(chē)輛調度管理，深海海運等整個(gè)海陸空范圍內的導航等)，特別是在目前的車(chē)載導航領(lǐng)域，GPS全球衛星定位技術(shù)更是具有廣泛的應用。隨著(zhù)應用領(lǐng)域的日益擴大，中國衛星導航儀的市場(chǎng)規模已從2000年的不到10億元增長(cháng)到了2005年的120億元。因此，對GPS進(jìn)行研究和二次開(kāi)發(fā)勢在必行。

　　1JP7-T型GPSOEM板的組成

　　本設計根據實(shí)際項目需要將所調研的幾種GPS資料進(jìn)行了比較權衡，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、完整的溫度補償晶體振蕩器、SiRF2型芯片一低功率芯片集、高級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)內嵌Falcom記憶查詢(xún)軟件。利用此模塊作為核心部分，筆者還設計了一塊demo板進(jìn)行測試。FAL-COM公司生產(chǎn)的JP7-T(SIRF2)GPS模塊的內部信號流的處理過(guò)程如圖1所示。

　　JP7-TX系列GPS定位系統采用的是L1信號頻率(1575.42MHz)。該模塊可以分為四大塊：RF信號下轉換器、數字基帶解調、嵌入式ARM微處理器和用于存儲內置GPS軟件的8MBitFlash存儲器。其中前兩者用于硬件電路處理，而ARM微處理器則可采用內置GPS軟件來(lái)計算GPS的位置、速度、時(shí)間等。

　　系統中的射頻部分用作GPS信號(通常是一130dBm)的補償和過(guò)濾，然后將其轉換成中頻信號并輸出到信號處理部分。數字基帶解調器的功能是載有量化了的GPS信號和檢測衛星的串行比特流數據和伴隨偽序列。這個(gè)過(guò)程通過(guò)擴展譜和信號多普勒頻率部分的移動(dòng)來(lái)獲得串行數據。ARM微處理器用來(lái)監督信道的分配，并提取原始的衛星跟蹤數據，同時(shí)在計算出位置和時(shí)間后，將其采用串行方式發(fā)送到高層應用部分。支持微處理器處理過(guò)程的硬件電路包括RTC和復位脈沖產(chǎn)生器電路。內置的GPS軟件用來(lái)管理信道分配，并可采用衛星的偽序列來(lái)計算位置、速度和時(shí)間，并重定數據格式后輸出到串行口或用于本地決策。

　　2JP7-TGPS接收機的Demo板設計

　　在了解了JP7-TGPS模塊的內部原理后，要知道是否適合產(chǎn)品的設計需要，還要再設計一塊demo板來(lái)進(jìn)行性能測試。Demo板的基本硬件設計框圖如圖2所示。

　　通過(guò)分析GPS模塊的內部電路和引腳可知，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(lái)接收GPS板的軟件命令，SDO1是主要的傳輸信道，用來(lái)將導航數據傳輸到用戶(hù)程序；6，7號引腳為第二組I／O口，分別是SDI2和SDO2；17號引腳是RF_IN，用于為GPS提供從天線(xiàn)接收到的信號；19號引腳用于為天線(xiàn)提供電源。其中SDI和SDO都是TTL電平，故在將其通過(guò)RS-232串口與PC機相連以進(jìn)行測試前，必須將TTL標準信號轉換成232標準信號才能與PC機進(jìn)行通信，本設計采用MAX3232電平轉換芯片，其轉換電路如圖3所示。鑒于GPS模塊的頻率和項目產(chǎn)品的設計需要，本設計選擇了5米GPS車(chē)用磁性吸盤(pán)天線(xiàn)，其中心頻率也是L1，它接收衛星定位信息的定位精度小于15米。