基于TMS320F2812物探GPS接收機設計與實現(xiàn)

摘要：設計了一種專門用于物探測量且經濟實用的GPS接收機。該接收機采用TI公司的TMS320F2812芯片為核心處理器，對GPS-OEM板進行二次開發(fā)，給出了詳細的軟硬件設計思路和實現(xiàn)方案。測試結果表明，在天氣情況良好的條件下，單機定位精度小于1 m，能夠滿足大多數物探平面測量精度要求。
關鍵詞：地球物理勘探測量；GPS-OEM；TMS320F2812；GPS接收機

0 引言
地球物理勘探野外工作在進行地球物理場測量的同時，需進行點位及其高程測量。GPS定位技術與常規(guī)測量技術相比，具有觀測站間無需通視、速度快、測量組人員投入少等優(yōu)勢，已成為物探測地工作首選。
地球物理勘探測量中，要求平面定位精度小于3 m。目前，市場上低價格GPS接收機的精度不能保障；高精度GPS接收機可滿足精度要求，但價格昂貴。為滿足地球物理勘探測地需求，地球物理勘探者往往必須選用高精度GPS接收機，顯然增加了測地工作的成本。針對目前GPS接收機發(fā)展現(xiàn)狀，本文旨在研制一種專用GPS接收機，要求價格適中、能實時定位、且在短時間內單機定位精度能達到1～3 m，滿足大多數地球物理勘探測地精度需求。
數字信號處理器DSP運算速度高，有較高的數字信號處理能力，高可靠性的特點，非常適于GPS實時信號的處理。利用GPS-OEM進行二次開發(fā)，設計相應接口軟件、適配顯示器、鍵盤等用戶終端與控制處理器，構成GPS一體化接收機，已成為一種發(fā)展趨勢。通過調研，選用一種GPS-OEM板，與一種蝶形接收天線配合使用時，單機定位精度能達到1m左右，為進一步設計提供了基本依據。

1 系統(tǒng)硬件設計
該接收機由GPS數據接收單元、核心處理單元、及存儲和顯示單元三部分組成。其中，GPS數據接收部分采用選定的GPS-OEM板設計，核心處理單元采用TI公司的DSP，接口部分主要由轉換芯片及相應軟件組成。所設計的系統(tǒng)總體硬件框架如圖1所示。

1．1 GPS數據接收模塊設計
目前在市場上GPS-OEM模塊種類較多，在選型時要根據：
(1)設計系統(tǒng)所能達到的定位精度；
(2)數據鏈路的通訊方式和覆蓋范圍；
(3)性能價格比等因素來選擇合適的OEM模塊。
經權衡比較，設計采用合眾思壯公司在2006年正式推出的一款GPS-OEM模塊新月-HC12A。該模塊是合眾思壯公司生產的一款單頻12通道接收機，采用了最新的ASIC芯片和Coast等專利軟件算法，同時具有20Hz的原始數據、定位數據更新率，信標接收功能，差分基準站／移動站，L-Dif，E-Dif，1 pps／Event Marker等多種功能，其單機定位誤差小于2．5 m(2DRMS)，代表了當前GPS行業(yè)的最新技術趨勢。
新月-HC12A模塊主要由低噪聲下變頻器、信號通道、微處理器、存儲器等組成，其內部結構如圖2所示。

另外，根據天線的供電電壓、信噪比(噪聲系數1．5 dB左右)及增益(增益28 dB左右)，選用了右旋極化陶瓷介質天線，該GPS信號接收天線具有在同一時刻觀測到較多GPS衛(wèi)星數、快速定位的特點。