基于ARM的GPS接收机系统设计

摘要：GPS全球定位系统在实际生活中被广泛应用，是当今信息时代发展中的重要组成部分。因其具有性能好、精度高、应用广的特点，使其成为了迄今最好的导航定位系统。本文以CSI-HC12A GPS接收主板为例，介绍了GPS的通信协议。讨论了基于ARM的GPS接收系统设计，提出了对GPS全球定位系统定位信息的接收以及对各定位参数数据的提取方法，并给出了系统的硬件电路及软件流程图。通过本设计方法，本系统由ARM控制GPS模块较为精确地计算和显示日期、时间、经度、纬度等卫星信息。

引言

GPS卫星发送的导航定位信号是一种可供无数用户共享的信息资源。对于陆地、海洋和空间的广大用户，只要用户拥有能够接收、跟踪、变换和测量GPS信号的接收设备即GPS信号接收机，就可以在任何时候用GPS信号进行导航定位测量。GPS信号接收机的功能是能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，并跟踪这些卫星的运行，对接收到的GPS信号进行变换、放大和处理、以便测量出GPS信号从卫星接收机天线的传播时间，解译GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出测站的3维位置甚至3维速度和时间。本课题接收机就是基于ARM可编程处理器的GPS接收机设计，用ARM来实现信号处理功能。

系统概述

GPS的整个系统由空间部分、地面控制部分和用户部分所组成。GPS的空间部分是由GPS工作卫星所组成，卫星都发出用于导航定位的信号，用户正是利用这些信号来进行工作的;GPS的控制部分根据地面各监控站对GPS的观测数据，计算出卫星的星历和卫星钟的改正参数等，并将这些数据通过注入站注入到卫星中去，并对卫星进行控制，向其发布指令等;GPS的用户部分由GPS接收机、数据处理软件及相应的用户设备等所组成。它的作用是接收GPS卫星所发出的信号，利用这些信号进行导航定位等工作。

GPS卫星发射两种频率的载波信号，即频率为1575.42MHz的L1载波和频率为1227.60MHz的L2载波。导航信息被调制在L1载波上，其信号频率为50Hz，包含有GPS卫星的轨道参数、卫星钟改正数和其它一些系统参数。用户一般需要利用此导航信息来计算某一时刻GPS卫星在地球轨道上的位置，导航信息也被称为广播星历。

CSI-HC12A是GPS OEM模块，该模块是为单频12通道，具有20Hz原始数据、定位数据更新率。NMEA数据消息$GPGGA是一帧GPS定位的主要数据，也是使用最广的数据。$GPGGA语句包括17个字段：语句标识头，世界时间，纬度，纬度半球，经度，经度半球，定位质量指示，使用卫星数量，水平精确度，海拔高度，高度单位，大地水准面高度，高度单位，差分GPS数据期限，差分参考基站标号，校验和结束标记(用回车符和换行符)，用14个逗号进行分隔。该数据帧的结构及各字段释义如下：

$GPGGA,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,M,<10>,M,<11>,<12>*xx<CR><LF>

系统硬件设计

本系统采集并处理GPS数据，实时显示部分GPS数据，在按键的控制下保存采集的数据，可以进行页面切换，可以和PC机通信。总体硬件框图如图1所示。