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用AT91R40008设计高动态GPS接收机

2017-08-11 06:41 摘要：在高动态GPS接收机中，由于要对多个通道连续跟踪，实时数据运算处理最大，因此对微处理器的性能要求较高。除性能外，对功耗和何种也有很高要求。在移动通信领域得到广泛应用的ARM微处理器具有性能高、体积小、功耗低、低成本的特点，选择ARM微处理器设计高动态GPS接收机非常合适。本文较详细介绍采用Atmel公司的ARM核微控制器AT91R40008设计高调动态GPS接收机的过程。

作为一种成熟的卫星导航系统，GPS（全球定位系统）技术目前已经被初步应用在各行各业中，其应用前景也非常广阔。

GPS系统由三部分组成：空间部分——各轨道卫星；地面部分——运行控制系统；用户部分——GPS接收机。空间和控制部分由美国军方设计和控制，用户部分主要是各种型号的GPS接收机。

自从GPS全部建成以后，它将昼夜不停地发送导航信息，在在地址的任何时间和任何地方实现定位。用户接收机的功能是接收GPS卫星发送的导航信号，恢复载波信号频率和卫星钟，解调出卫星星历、卫星钟校正参数等数据。通过测量本地时钟与恢复的卫星钟之间的时延来测量伪距并进行修正。采用经典导航定位算法或卡尔曼滤波定位算法，由四颗卫星定出用户的位置。

GPS接收机主要由天线/低噪声前置放大器、GPS接收机变频和相关通道、微处理器系统组成。系统构成如图1所示。

其中核心部分是微处理器系统。特别是在高动态应用中，由于对多通道连续跟踪，数据运算处理量大，处理器部分往往成为整个接收机性能的瓶颈。因此选择什么样的处理器将直接影响到GPS接收机的成本及性能，如运算速度、定位精度、功耗等。本文将探讨采用Atmel公司的ARM核微控制器AT91R40008设计高动态GPS接收机。

1 GPS接收机整体方案设计

1.1 GPS接收机设计原理

GPS接收机由信号接收、信号变频、信号相关、信号处理和存储及接口等几大模块组成。原理框图如图2所示。

如图2所示，导航信号由天线接收，经过低哭声前置放大，进入射频前端。射频前端具有变频作用，将射频信号转换为中频信号。中频信号经采样信号采样、量化后，转换为数字中频信号。数字中频信号进入相关通道，经过处理后，解译出导航电文。微处理器接收导航电文数据，进行相应处理后给出所需的定位信息或提供特定的应用服务。

本设计中，射频前前和相关通道部分选用英国Zarlink半地体公司生产的GP2015和GP2021芯片。其中，GP2015是12通道相关器。微处理器采用Atmel公司生产的32位ARM核微控制器AT91R40008。

1．2 ARM核微控制器AT91R40008

AT91微控制器是Atmel公司继AT89、AT90（AVR）系列单片机后，推出的基于国际领先32位RISC处理器核ARM的高端嵌入式系统芯片。AT91R40008含有256KB的片内32位宽SRAM，在66MHz下运行片内SRAM可用于影像应用软件或存储数据，在最小系统功耗下得到最高性能。为了使功耗最小，用户可在加载内部SRAM以后，禁止外部非易失性存储器。

2 GPS接收机硬件设计

GPS接收机硬件设计原理图如图3所示。

所有的本振频率和数字钟信号都是由GP2015内的锁相环（PLL）产生的。GP2015有一个内置的晶体振荡环路，只需外置一个晶体振荡器，这个晶振的稳定性对整个接收机有着非常重要的影响。只有温补晶振才能达到要求，本设计中的晶体振荡器采用TCXO 4080，它的稳定度能达到10 -8。