基于DSP的GPS定位解算算法研究与实现

以下简要说明DSP的工作流程：
(1)DSP系统初始化，等待外部中断；
(2)中断到来，由外部中断4得到时间观测量，由外部中断5得到导航电文；
(3)对时间观测量和导航电文进行拼接组合，由时间观测量得到伪距信息，由导航电文计算卫星发射时刻的位置，其中包括观测卫星在WGS-84坐标系下的三维位置、仰角和方位角等；
(4)根据观测卫星的星历对伪距进行修正，并进行电离层和对流层校正等；
(5)根据定位原理，计算出用户的三维位置，校正本地时间，并将三维位置转换成所需要的坐标格式；
(6)通过McBSP串口输出定位结果，并对输出结果进行记录。
2．1 中断
中断是DSP系统的基本功能。一般而言，中断表明一个特别事件的开始或结束。一个DSP系统需要与多个事件打交道，这些事件可能是内部的，也可能是外部的，而这些事件发生的时间是不确定的，也就是这些事件可能是异步的。异步事件的发生具有时间上的不确定性，一旦异步事件发生，就要求DSP能够随之做出相应的反应和处理。中断就可以提供这样的一种机制，一旦异步事件发生，DP立即暂停CPU当前的处理任务，按预先的安排对该事件进行处理，处理完毕后，CPU再继续原来的任务。中断可以由外部设备产生，也可以由DSP内部产生。由硬件或软件驱动的中断信号可使DSP中止当前程序并执行另一个程序，该程序称为中断服务程序。
TMS320C6713的中断处理过程分为三个阶段：
(1)中断请求。当有中断请求时，DSP将IFR寄存器的相应位置1。
(2)中断确认。对于软件中断和不可屏蔽中断，CPU是立即响应的；对于可屏蔽中断，要满足下列条件才能响应：CSR寄存器的GIE位为0，IER寄存器的NMIE位为1，IER寄存器的相应位为1，优先级最高。
(3)中断处理。保护特定的寄存器，执行中断服务程序，完成后恢复寄存器。
如图2所示，在该系统的设计中，使用了外部中断4和外部中断5。每当DSP接收到中断请求，立即暂停CPU当前的处理任务，进入中断服务程序，处理完毕后，CPU再继续原来的任务。由外部中断4得到时间观测量，由外部中断5得到导航电文。DSP提供的中断是以中断向量表的形式出现的，该系统的部分中断向量表如下：

2．2 EMIF接口
EMIF是外部存储器与TMS320C6713片内单元间的接口。CPU访问片外存储器时一般通过EMIF接口，DSP的EMIF具有很强的接口能力。TMS320～C6713的EMIF接口有20根地址总线，32位数据总线，4个片选信号和多种控制信号，能够支持多种不同类型的外部存储器件。其中，每个片选空间是相对独立的，各自占用一段地址，能够适应不同速率的存储器件。
如图2所示，图中ED[31：0]表示数据总线，EA[21：2]表示地址总线，CE[3：0]为片选信号，AOE为输出使能信号，ARE为读使能信号，AWE为写使能信号。通过控制信号、数据总线和地址总线的配合使用，就可以完成DSP与外部存储器件的数据交换。
图3所示为TMS320C6713EMIF接口的读时序。图中读的建立需要两个时钟周期，之后每个触发需要两个时钟周期，在AlRE的下降沿，FPGA将时间观测量和导航电文放在数据总线上，在ARE的上升沿，也就是数据保持的中间时刻，DSP读取数据，这样就完成了FPGA与DSP的数据交换。

在该系统的设计中，时间观测量的帧格式如图4所示，导航电文的帧格式如图5所示，DSP由EMIF接口接收到时间观测量和导航电文之后，首先进行数据的拼接组合，由时间观测量得到伪距，由导航电文计算出卫星发射时刻的位置。

3 试验结果
在本设计的试验中使用了某种GPS卫星信号模拟器，采用信号直接注入的方法，模拟器模拟用户在WG-84坐标系下某静态位置。接收机经过射频前端模块、数字信号转换模块、基带信号处理模块之后，由EMIF接口将时间观测量和导航电文传给DSP，之后由DSP负责定位解算数据处理。在本系统中，导航电文每6 s发送1次，时间观测量每100 ms发送1次，即每秒进行10次定位解算。由McBSP串口发送连续1 000点定位解算结果，如图6所示，图6(a)，(c)，(e)为定位解算结果，图6(b)，(d)，(f)为定位解算结果与模拟位置距离之差。从图中可以看出，定位解算结果与模拟位置之差为5 m左右。

4 结语
本文设计的基于TMS320C6713的GPS定位解算可以完整的实现定位解算功能，但与高精度GPS接收机相比，由于跟踪环路的设计与电离层、对流层修正模型的区别，定位精度还是存在一定的差距，需要进一步改进。