兼容軟件gps接收機(jī)的車載導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計

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1、兼容軟件GPS接收機(jī)的車載導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計江雷，丁勝昔（北京靈圖軟件技術(shù)有限公司，北京100094dengshengxi@lingtu.com,jianglei@lingtu.com)摘要：本文設(shè)計了集成軟件GPS接收機(jī)的車載導(dǎo)航系統(tǒng)。以靈圖天行者導(dǎo)航平臺為基礎(chǔ)，為該導(dǎo)航平臺設(shè)計了支持軟件GPS的GPS模塊；鑒于軟件GPS優(yōu)良的特性，車載導(dǎo)航系統(tǒng)在低成本，低功耗，穩(wěn)定性等方面有了很大的提升空間；測試結(jié)果表明，基于軟件GPS接收機(jī)的車載導(dǎo)航系統(tǒng)具有可靠的穩(wěn)定度和較好的定位精度,可以滿足車載導(dǎo)航的需要。關(guān)鍵詞：靈圖天行者，軟件GPS，車載導(dǎo)航引言近年來伴隨電子制造技術(shù)的飛速進(jìn)步，計

2、算機(jī)硬件取得了非常驚人的進(jìn)步，同時也給軟件技術(shù)帶來了巨大的成長空間。作為一個特定領(lǐng)域的體現(xiàn)，軟件全球定位系統(tǒng)GPS(GlobalPositioningSystem)接收機(jī)正在成為一個活躍的技術(shù)發(fā)展方向。盡管目前仍很難界定這種接收機(jī)的軟件形式即：軟件GPS接收機(jī)，但普遍認(rèn)為它將融入軟件無線電(softwareradio)的設(shè)計概念。軟件無線電的關(guān)鍵思想可以歸結(jié)為：將A/D盡可能靠近天線；用軟件來完成盡可能多的無線電功能。具體而言，軟件GPS接收機(jī)強(qiáng)調(diào)軟件實現(xiàn)模式，即在必要、通用的基礎(chǔ)硬件平臺上，將接收機(jī)功能最大限度地軟件化[1，2]。本文首先討論軟件GPS接收機(jī)的架構(gòu)，以及與

3、傳統(tǒng)GPS接收機(jī)相對比，軟件GPS接收機(jī)的主要優(yōu)勢。以此為基礎(chǔ)，描述了車載導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵問題，并設(shè)計了能夠兼容軟件GPS接收機(jī)的車載導(dǎo)航系統(tǒng)的GPS模塊；最后通過實驗數(shù)據(jù)表明了軟件GPS接收機(jī)可以提供穩(wěn)定的數(shù)據(jù)供車載導(dǎo)航系統(tǒng)使用。1GPS接收機(jī)1.1傳統(tǒng)GPS接收機(jī)的架構(gòu)一般商業(yè)用的GPS芯片組大體都是由天線、低噪音放大器、前端濾波器、射頻IC、晶振、存儲器芯片與基頻IC（內(nèi)含中央處理單元）所組成。射頻IC的主要功能是將GPS的1.57542GHz載波降頻至基頻，其主要是由低噪聲放大器、混波器、自動增益控制、鎖相回路、以及A/D轉(zhuǎn)換器所組成。絕大多數(shù)的基頻信號處理IC都

4、是由CMOS制成，一般的基頻信號處理芯片除了具備有de-spread的Correlators之外也都還包含有中央處理單元，以處理追蹤及導(dǎo)航的算法而實現(xiàn)衛(wèi)星信號追蹤及幾何定位的計算。中央處理單元也負(fù)責(zé)與存儲器芯片的地址/數(shù)據(jù)運(yùn)算及與外部I/O的接口如UART的數(shù)據(jù)交換。這樣的傳統(tǒng)架構(gòu)存在著一些無法解決的問題；如：接收靈敏度低，功耗功率大，GPS接收機(jī)尺寸大等。11.2軟件GPS接收機(jī)的架構(gòu)限于目前的硬件技術(shù)水平，在軟件GPS接收機(jī)中射頻前端芯片仍是必需的。這種GPS接收機(jī)的架構(gòu)如圖1所示。天線硬件RF前端ADC用戶位置衛(wèi)星位置星歷及偽距子幀識別跟蹤捕獲軟件圖1軟件GPS接收機(jī)

5、架構(gòu)天線接收GPS衛(wèi)星信號，經(jīng)過RF前端，輸入信號的幅值被適度放大，頻率轉(zhuǎn)換為期望的輸出頻率；ADC（A/D轉(zhuǎn)換器）將上述輸出信號數(shù)字化；天線、RF前端和ADC仍由硬件實現(xiàn)。在信號數(shù)字化以后,全部處理交由軟件實現(xiàn).信號捕獲就是為了發(fā)現(xiàn)某一衛(wèi)星的信號，信號跟蹤則是找出導(dǎo)航數(shù)據(jù)的相位轉(zhuǎn)換。在傳統(tǒng)接收機(jī)中，捕獲和跟蹤信號是由硬件實現(xiàn)。根據(jù)導(dǎo)航數(shù)據(jù)的相位轉(zhuǎn)換，可以獲取導(dǎo)航數(shù)據(jù)的子幀，進(jìn)而得到星歷數(shù)據(jù)和偽距，從星歷數(shù)據(jù)可確定衛(wèi)星的位置。最終，用戶位置可通過衛(wèi)星位置和偽距計算得出。至于軟件平臺，它可以是數(shù)字信號處理DSP（DigitalSignalProcessing)芯片，也可以是通

6、用PC平臺。在接收機(jī)中盡可能接近天線的位置使用ADC將輸入信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。一旦信號被數(shù)字化，由軟件實現(xiàn)的數(shù)字信號處理將用于獲取需要的信息。軟件無線電的主要目的是硬件使用與變化最小化。理論上，通過軟件可以調(diào)整、甚至改變無線電的功能，從而可以具有極大的靈活性。與傳統(tǒng)GPS接收機(jī)相比，軟件實現(xiàn)賦予接收機(jī)一些新的優(yōu)越特性；如：數(shù)字處理模塊更靠近接收機(jī)天線，導(dǎo)致定位或測量精度的提高；軟件實現(xiàn)帶來的靈活性、擴(kuò)展性強(qiáng)和易升級維護(hù)性，有力支持引入新的設(shè)計，并最小化實現(xiàn)的代價；硬件組件得以簡化及通用，設(shè)備成本及功耗得到了降低等。2軟件GPS接收機(jī)的車載導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計2.1車載導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計的

7、關(guān)鍵問題車載導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計主要是圍繞著3個問題展開的。這3個問題就是：如何知道當(dāng)前所處的位置，如何找到目的地的位置，如何正確地到達(dá)目的地；目前國內(nèi)市場上有很多款導(dǎo)航軟件，但它們在總體功能的設(shè)計上沒有太大的差異；所以本文就以北京靈圖軟件技術(shù)有限公司的靈圖天行者導(dǎo)航軟件為背景加以說明。首先需要解決的問題是如何確定當(dāng)前所處的位置。通過GPS接收機(jī)可以獲得當(dāng)前點(diǎn)的位置信息，結(jié)合地圖數(shù)據(jù)便可以很容易顯示當(dāng)前點(diǎn)的地理位置。GPS接收機(jī)可以通過串口或藍(lán)牙方式與計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。靈圖天行者設(shè)計中采用了一個獨(dú)立的GPS模塊來