基于ARM的校园GPS定位设计完整.doc

基于ARM的大学校园GPS定位系统设计方案

系统总体方案设计

RF前端

GPS模块
数字跟踪与处理
导航计算部分

Ⅰ.RF前端：完成从射频信号的接受到中频的数字化输出。
Ⅱ.数字跟踪与处理：完成从数字中频信号的输入到导航电文、伪距伪距率的输出。
Ⅲ.导航计算部分：完成从导航电文、伪距伪距率到接受机位置、速度和时间的计算。
Ⅳ.人机交互部分：LCD显示屏和相关按钮。
Ⅴ.GPS接收机原理图如下
天线
噪声放大
变频器
相关通道
微处理器
存储单元
人机交互部分

GPS定位系统硬件主要实现部分
基本功能模块的实现
根据GPS接收机设计原理，本GPS定位系统方案以ARM为核心的接收机原理图如下
LNA
天线
低噪声放大
GP2015
GP2021
信号
采样时钟
主时钟
存储控制
数据
存储器
数据地址控制
数据
地址控制
ARM
10MHz
TCXO
串口TX/RX

备注：其中红框内部分也可以用芯片GP4020实现

扩展功能实现部分的实现
考虑到有时在室内定位信号比较弱，我们在基本电路部分加了两块芯片以实现它的扩展功能，扩展部分原理图如下：
原来的电路
参考时钟
TCXL
CPU

(E.G.AEM)
GL-16000
基带处理器
天线
地址总线
数据总线
Powerdown
串行总线
Powerdown

GL-HSRF

高灵敏度GPS调谐器
1575Hz
SAWfilter

ASMPCLK
SING(1)
SIGN(0)
MAG(1)
MAG(0)
3
2

添加的两块芯片分别为GL-HSRF和GL-16000，其中GL-16000可以并行的搜索所有可能的编码延迟；天线部分的芯片集可以获得非常微弱的GPS信号，改设计可以用非常简易的GPS天线实现，小巧、轻便、成本低；SAW过滤器及三个电容器是射频前端的唯一外部部件，提供了抵抗常见干扰的能力。（出于资金的有限，此扩展功能选做）
GPS定位系统软件实现部分
嵌入式操作系统的选择
GPS接收机需要实时接受卫星导航信号并处理数据从而精确定位，由于嵌入式系统在硬件上具有与应用相关的特殊性，而且Linux系统是完全源码开放、注释清晰和文档齐全，所有选择ARMLinux
ARM-Linux交叉编译环境的建立
将ARMLinux移植到特定的硬件平台上，大致要完成四个步骤：首先下载源码、建立交叉编译的环境；然后是配置和编译内核；另外还需要制作RAMDiSk来挂接根文件系统；最后下载、调试内核并在RAMDiSk中添加自己的应用程序。
嵌入式开放过程
首先在计算机上把应用程序转换成可在ARM芯片上运行的二进制编码即编译、链接、定址。然后调试GPS平台中的应用程序，采用交叉调试。
应用程序的编写及其向嵌入式平台的移植
该GPS接受机的应用程序主要包括数据的采集与分析、卫星位置计算、时间推算、滤波算法、单点定位、差分定位和动态定位等程序。这些程序主要在电脑上采用C语言编写，然后移植到ARM中。
外部驱动
由于该GPS有一些外部设备如显示屏，按钮，及相应的串口或者usb接口，所以也得下载或者编写一些驱动程序