摘 要：以ALLSTAR13 OEM板其为核心的GPS接收系统包括电源、系统设置、通信、时间标志信息输出等电路，可利用软件实现导航卫星信号的快速捕获以执行相应的动态导航定位。

　　关键词： GPS;ALLSTAR;信号捕获

　　ALLSTAR12 OEM板

　　ALLSTAR12 OEM板是模块式GPS单频标准单板定位设备，图1给出了ALLSTAR12 OEM板的模块图，它采用单5V电源供电，以WGS-84坐标系作为地理参考系，其内部嵌有导航定位处理器(ARMP-60)及可扩展内存(EEPROM，FAST SRAM，FEPROM)，能支持62种已定义的数据语句，具有快速软件执行速率，并可通过RS-232串行接口对存储在闪存中的导航解算软件进行更新或升级。ALLSTAR12 OEM板具有12通道代码差分，完全集GPS接收、导航定位于一体。该板带有完整载波相位数据输出，能够跟踪L1频率的C/A码及载波相位，12个独立的并行相关通道用于跟踪全部GPS可见卫星，各个通道可同时跟踪1颗GPS卫星的导航信号。

　　由于采用代码及载波跟踪GPS的L1频段，ALLSTAR12 OEM板具有较高的导航、定位精度，工作时能为用户提供三维位置、速度、时间(PVT)和其它状态信息，解算结果PVT数据信息输出更新速率可选择为1、2、5、10Hz。根据GPS卫星星座的空间布置，接收机在同一时刻*多可观测到11颗GPS卫星，因此该板的12条并行通道足够使用。同时，它作为GPS接收机核心部件，既可以配置成参考站(基站)，又可以配置成移动单元，广泛用于RTK实时动态导航定位领域。在典型1.2W的GPS接收机中，该板依靠传导和辐射来散发热量;如果该板的*高温度超过了*大规定运行温度，则将通过板上的RF金属保护罩来提供散热。

　　外围应用电路

　　ALLSTAR12 OEM板及导航计算机PC的正常运行需要相应的外围电路与其配合。对于每一通道可分别独立使用一部天线，也可以多个通道共用一部天线。ALLSTAR12 OEM板上有支持天线信号处理的单片射频前置IC：GP2015/GP2010，12条通道通过该IC共用一部GPS天线接收GPS卫星信号，利用IF MODEM接收基站发射的RTCM-104格式的差分修正信息，从而解码卫星信号得到用于导航定位的解算参数。ALLSTAR12 OEM板上有两种接口(见图2所示)，其中J1连接器是通常使用的20引脚输入/输出及供电接口，J2连接器是BNC型的RF天线接口。ALLSTAR12 OEM板的J1连接器用于与处围应用电路的连接，J2插座用于连接GPS射频天线。

　　为便于设置ALLSTAR12 OEM板的工作模式，为其设计的外围应用电路，如图2所示。ALLSTAR12 OEM板与其外围应用电路组合构成GPS接收机，实现与导航计算机PC的通信连接，通过OEM板接收、采集卫星导航信息，运行存储于EPROM中、根据导航定位原理编写的解算软件计算出相应的PVT结果，从而实现导航计算机利用专用软件STARVIEW完成对GPS接收机的设置及控制。ALLSTAR12 OEM板的外围开发应用电路主要由电源电路、系统设置电路、通信电路、时间标志信息输出电路等部分组成，该电路为此类GPS接收机提供了三个串行口——主串行口PORT1、DGPS串行口PORT2和可选择串行口PORT3。其中主接口用于与导航计算机通信，DGPS接口用于差分修正信息的输入或输出，两者都能在GPS接收机的保持(重新编程)模式下工作。对于电源、差分DGPS信息、时间标志信息的输出设有相应的二极管" href="http://www.dz-z.com/product/detail/1414762.html" target="_blank">发光二极管指示其工作状态。整个电路结构简单、紧凑，各种功能易于设置和实现。

　　电源电路

　　电源电路主要为整个接收机系统提供电源，同时产生接收机运行时所需的高电平，其关键部件采用三端稳压电源模块LM7805(U1)。通过J6连接器将外部9~16V的直流电源接入电源电路的输入端，从而通过LM7805的输出端提供主电源Vcc。电源电路由2W 3.9Ω保险电阻、2个二极管1N4001、1个稳压二极管1.5KE22A和2个0.1UF、1个470UF的电解电容组成。输出电压Vcc稳压在5V，允许误差为±5%。

　　系统设置电路

　　为使该系统正常运行，电路中通过DIP开关(S1)、跳线(JP)完成系统的初始设置，图2中采用的默认设置为：DIP1~DIP3设为关闭(OFF)状态，DIP4~DIP6设为打开(ON)状态;跳线分别使得JP8和JP9、JP5和JP6、JP2和JP1接通，从而将S1-1端、S1-2端设为高电平、S1-3端设为低电平;复位按钮RESET(S2)默认为开，即在正常运行时不要按下。

　　通信电路

　　通信电路以MAX232(U2、U4)为核心部件，采用RS-232典型工作电路，以实现电平转换及串行口通信功能。MAX232芯片中有两路发送、接收串行通信接口，与J1连接器各相应引脚的连接总是要从“出”到“入”和从“入”到“出”，要注意其发送、接收引脚的对应。

　　MAX232需4个lUF电容配合，要保证电容极性连接正确。一般用1~10UF的电容均可以。ALLSTAR12 OEM板通过RS-232接口输出二进制的测量数据信息，这些信息包括码相位数据、已用即时相位值初始化过的完整载波相位(ICP)数据、信噪比SNR值、IOD位、相位锁定检测位和循环检测计数。只有每次传送的历书是新GPS卫星信号时，接收的信息才为有效信息。

　　1PPS信息输出电路

　　时间标志信息输出电路用MC74HC14A实现对时间信号的处理。74HC14A是施密特触发器，可驱动10个LS-TTL负载。由于施密特触发器属于电平触发，可用来将缓慢上升和下降的输入信号加快，在电路中用于不规则波形的整形及变换，因此用它将ALLSTAR12 OEM板输出的时间波形变换成规则的脉冲信号，从而输出秒脉冲时间信息1PPS。秒脉冲时间信息从J7插座中输出，引脚1为接地端，引脚2为时间标记TIME MARK的输出信息。标准GPS时间的秒脉冲输出1PPS的误差精度在±200ns范围内;在**模式时，1PPS的调整精度为±200ns;在相对模式时，1PPS的调整精度为±50ns;时间标记信息输出1PPS排除了时钟漂移，每秒输出一次并与GPS时间同步。

　　动态定位应用仿真

　　在导航计算机PC上运行GPS监控软件—STARVIEW程序，用户通过该程序控制计算机与GPS接收机的通信，从而执行相应的导航定位操作并显示相应的输出信息。为配合监控软件工作，利用外围应用电路中的DIP开关及跳线对该接收系统进行设置，并把主串行口PORT1连接到计算机的串行接口COM1或COM2，把辅助串行接口PORT2连接到差分信息源或其它GPS接收机的DGPS信息输出端;在BNC插座J2上连接GPS天线(如图2所示)，系统连接好后再接通外围应用电路电源。所有监控软件中的操作命令和数据请求都通过外围应用电路及软件发送、接收或解码，同时该软件工具中提供了数据记录模块用于记录和再现导航定位信息。

　　对于动态定位应用中的GPS接收机，用于位置解算的卫星伪距误差源主要包括选择有效性SA误差、电离层和对流层误差、基于用户发射机位置和热噪声的卫星位置误差。采用差分技术可有效降低SA误差、电离层及对流层误差。系统连接好后，打开导航计算机PC运行GPS监控软件将串行接口的传输速率设置为默认值9600bps。在500m/s水平速度内、线性加速度小于±4.0g、冲击加加速度小于2m/s3的动态条件下，在海拔35m的平直高速公路上、以行驶速度保持在20m/s(72km/h)左右的汽车为载体进行仿真实验。吸盘式GPS天线固定于车顶，在数据采集过程中未发生卫星掩蔽或失跟，利用笔记本电脑作为导航计算机的每秒采集1次PVT输出数据、共采集1200组。当车速误差为1m/s时，选择利用其中的1000组数据，根据均方误差计算公式计算误差：

　　(1)

　　(2)

　　(3)

　　其中、、为根据理论计算得到的第i点的位置坐标，、、为GPS接收机测量得到的第i点的位置坐标，则、、分别为GPS天线在WGS-84坐标系中对应x轴、y轴及z轴(海拔高度)的定位误差。这里计算得到的车载GPS接收系统的天线位置、速度和时间输出精度误差如表1所示，其中动态误差引起的*大位置误差小于25m、时间误差为1ms。

　　根据仿真实验分析可得，由于车载速度较慢、高速公路的自然环境状况较好、接收机连续工作时间较短，没有出现卫星失跟。分别由水平位置、垂直位置、时间精度的几何因子计算公式

　　(4)

　　(5)

　　(6)

　　计算得到该GPS接收机的精度满足：HDOP=0.41，VDOP=0.12，TDOP=1.00;接收机在水平和垂直方向提供的估计精度，对于位置解算精度具有83.3%的可信度。