?摘? 要：介紹了DCPS導航定位系統" title="導航定位系統">導航定位系統的工作原理，提出了一種基于DSP的DGPS系統設計方案。通過開發以DSP為核心的軟硬件系統，與GPS接收機和無線數據收發設備共同組建了DGPS精確定位系統。

關鍵詞：DGPS? 導航系統" title="導航系統">導航系統? DSP微處理器? 數據通信

全球定位系統GPS(Global Positioning System)是一種無線電導航系統，它不僅具有全球性、全天候和連續的精密三維定位能力，而且還能實時對運載體的速度、姿態進行測定以及精密授時。目前，幾乎所有需要導航、定位的用戶，都被GPS的高精度、全天候、全球覆蓋、方便靈活和優質價廉所吸引。

目前，GPS系統提供的定位精度小于10米，為了得到更高的定位精度，通常采用差分" title="差分">差分GPS(即DGPS)技術。DGPS相對于GPS能為用戶的導航定位精度帶來數量級的提高，在飛機精密進場著陸、無人機、彈道軌跡測量、車輛定位導航等航空、航天、航海及車載領域得到應用。

DSP是一種用于處理數字信號的微處理器，隨著半導體制造工藝的發展和計算機體系結構等方面的改進，DSP芯片的功能也越來越強大。由于DSP在運算速度上的優勢及其可編程和易于實現自適應處理的特點，使其在嵌入式系統開發中占有一席之地。

本文介紹利用DSP高速處理、可編程性能及其在軟硬件上的設計實現的一種有別于一般DGPS導航系統的系統。

1 DGPS工作原理及其系統分析?

1．1 DGPS工作原理?

DGPS選擇一個位置精確的已知點作為GPS接收機基準站，其余GPS接收機(移動站)分別設置在需要測定其位置的載體上。根據基準點的已知精確坐標，可以求出定位結果的坐標改正數或距離觀測值的改正數。通過基準站和移動站之間的數據鏈，將這些改正數實時傳??? 送給移動站，使移動站的GPS接收機的定位結果或偽距觀測量得到改正。其目的是消除公共誤差項，有效地減弱相關誤差的影響，以獲得精確的定位結果，從而提高定位精度。

1．2系統分析?

一般的DGPS導航系統，其基站由GPS接收機、實時控制計算機和無線發射機組成；移動站由GPS接收機、實時控制計算機(一般為PC機或工控機)和無線接收機組成。這種DGPS系統由于受單工通信的限制，移動站不能將其精確定位數據回傳給基站．導致基站不能實時觀測移動站的運行狀態。

要實現移動站數據的回傳，則必須在基站和移動站之間建立兩條通信數據鏈路" title="鏈路">鏈路，即差分修正信息的通信鏈路和差分GPS定位信息的通信鏈路。若基站和移動站分別采用無線發射機和無線接收機同時工作，由于兩個頻率的收發設備同時工作，則會產生無線數據鏈路的干擾。采用雙工電臺則能避免這種干擾的產生。

若實時控制計算機采用PC機或工控機，則計算機必須具備3個串口" title="串口">串口才能完成與GPS接收機2個串口(用于差分信息及定位信息的通信)和雙工電臺1個串口之間的數據通信，以實現DGPS定位和數據的回傳。但是一般的PC機和工控機很難具備3個串口。

基于以上分析，本DGPS導航定位系統采用自主研制的DSP系統作為實時控制計算機，以雙工電臺作為無線數據收發設備來組建和實現。

2系統組成及其功能?

2．1系統組成?

系統由基站設備和移動站設備兩部分構成。基站和移動站各自都由GPS接收機、DSP系統和半雙工電臺組成。

基站GPS接收機采用了NCT2000 D。NCT2000 D是美國NavCom公司采用最先進的獨有專利技術研制的，接收機能持續地建立差分GPS實時修正的標準并能兼容WAAS／EGNOS的雙頻GPS。移動站GPS接收機采用NovAtel公司的SUPERSTARII，它特別為低成本、高可靠定位的應用而設計。SUPERSTARⅡ可在苛刻的條件(如樹葉遮擋、城市高樓林立)下提供高可靠性和優異性能。它易于集成．并可通過軟件升級為WAAS。

在基站和移動站中，以TMS320C6713為核心的DSP系統和半雙工數據傳輸電臺WDS4710分別用于實現實時通信控制和無線收發功能，從而完成GPS差分修正信息(符合RTCM SC—104標準)和GPS定位數據(符合NMEA —83標準)的實時、準確傳輸。

系統組成及其數據鏈路如圖1所示。

圖1 差分GPS系統數據鏈路圖

2 .2功能?

系統利用DSP系統的三個串口與電臺及GPS接收機進行數據通信，實現移動站DGPS的差分定位和移動站的精確定位數據的實時回傳。

當將DSP系統用在基站時，? 串口2接收GPS接收機的RTCM差分信息，通過串口1向電臺發送：串口1接收電臺接收到移動站差分定位后的NMEA信息，再通過串口3發送到基站設備，以供基站對移動站的實時遙測或保存數據進行事后處理。

當將DSP系統用在移動站時，串口1接收電臺接收到基站發送的RTCM修正數據， 再通過串口3發送給GPS接收機；GPS接收機在差分修正后，將NMEA信息發送給串口2，串口1將串口2接收到的數據發送給電臺，電臺將這些數據發送。

3 DSP應用系統設計?

3．1硬件設計

本系統的DSP芯片采用TI公司的浮點處理器TMS310C6713，其主頻可達200MHz。晶振電路(50MHz)為C6713提供外部時鐘源，電源電路分別提供C6713的CPU核心和外圍接口所需的1 .2V及3 .3V直流電源。復位電路用于對系統的復位。系統的外圍設備(UART、??? FLASH、SDRAM)擴展在C6713的EMIF空間，通過CPLD譯碼選通。

根據本導航系統對多串口的需求，采用TLl6C550和TLl6C552芯片為DSP系統擴展了：個串口，用于實現DSP與GPS接收機、電臺及PC機的通信；Flash用于系統的自啟動設計；SDRAM擴展了DSP系統的外部存儲器空間；電平轉換電路將UART的TTL電平轉換為標準的RS232電平。DSP應用系統結構如圖2所示。

圖2 DSP應用系統硬件結構框圖

3．2軟件設計?

DSP軟件采用TI公司的軟件集成開發環境CCS進行開發和調試。系統軟件源程序有C浯言和匯編浯言。

C浯言程序完成DSP系統初始化及其三個串口的數據收發。通過初始化程序，系統主頻設置為100MHz，串口通信協議數據傳輸速率設置為9 600bps，1位開始位，8位數據位，1位停止位，無奇偶校驗位。串口收發采用查詢方式，C浯言源程序流程如圖3所示。

圖3 通信軟件C語言程序流程圖

匯編浯言程序完成DSP系統的自啟動功能，即將燒寫在Flash中的程序搬移到片內RAM。

4實驗結果分析與說明?

GPS數據格式采用NMEA—0183通信標準格式。NMEA 0183通信標準的輸出數據采用ASCII碼，包含了經度、緯度、高度、速度、日期、時司、航向及衛星狀況等信息。GGA信息是GPS接收機輸出信息的一種，它包含了導航用戶所關心的時間、經緯度和高度信息。同時用戶也可以從GGA信息中了解GPS接收機的定位情況(即未定位、單點定位和差分定位)。

GGA的數據格式為：

＄GPGGA，<1>，<2>，<3>，<4>，<5>，<6>，<7>，<8>，<9>，M，<10>，M，<11>，<12>，*hh

當GGA數據格式中<6>的內容為“0”時表示未定位，“1”表示單點定位，“2”表示DGPS定位。通過觀察移動站GPS接收機發送的GGA數據的信息<6>，可以了解移動站接收機是否進行了DGPS定位。

當基站和移動站的GPS接收機及電臺傳輸速率設置為9 600bps、電臺頻率設置為460．1MHz后，將其按照圖1所示的數據鏈路進行系統連接，在匹配的GPS天線、電臺天線及直流穩壓電源的支持下，系統可以實現所設計的功能。

以下是實驗過程中基站接收到的移動站回傳的GGA數據。

差分定位前：

＄GPGGA，033838，3958．8302，N，11620．6189，E，1，04，3．1，97．3，M，—8．3，M，17，0000*64

差分定位后：

＄GPGGA，033907，3958．8324，N，11620．6044，E，2，04，2.5，97.3，M，—8．3，M，7，0000*58

通過實驗驗證，本系統通信鏈路通暢，在實現DGPS導航定位的同時能將DGPS定位結果回傳給基站，使基站能夠實時監測移動站的運行軌跡．并能保存其定位數據以進行事后處理。系統能夠完成預期的功能，現已通過GPS教學實驗系統驗收。此外，將DGPS系統應用于工程領域時，由于無線通信和GPS導航定位系統易受外界因素的影響，所以必須考慮無線數據鏈路通信的工作距離、抗干擾性、電臺傳輸功率、電臺天線增益和電臺接收信號靈敏度及移動站GPS接收機受外界因素影響等多方面問題．以確保系統數據鏈路的暢通．提高系統的穩定性和可靠性。

參考文獻

1王惠南．GPS導航原理與應用．北京：科學出版社，2003

2江思敏，劉暢．TMS320C6000 DSP應用開發教程．北京：機械工業出版社，2005

3高洪民，汪渤．DGPS導航定位系統的設計實現．儀器儀表學報，2002；（6)