基于TMS320F2812物探GPS接收机设计与实现

摘要：设计了一种专门用于物探测量且经济实用的GPS接收机。该接收机采用TI公司的TMS320F2812芯片为核心处理器，对GPS-OEM板进行二次开发，给出了详细的软硬件设计思路和实现方案。测试结果表明，在天气情况良好的条件下，单机定位精度小于1 m，能够满足大多数物探平面测量精度要求。
关键词：地球物理勘探测量；GPS-OEM；TMS320F2812；GPS接收机

0 引言
地球物理勘探野外工作在进行地球物理场测量的同时，需进行点位及其高程测量。GPS定位技术与常规测量技术相比，具有观测站间无需通视、速度快、测量组人员投入少等优势，已成为物探测地工作首选。
地球物理勘探测量中，要求平面定位精度小于3 m。目前，市场上低价格GPS接收机的精度不能保障；高精度GPS接收机可满足精度要求，但价格昂贵。为满足地球物理勘探测地需求，地球物理勘探者往往必须选用高精度GPS接收机，显然增加了测地工作的成本。针对目前GPS接收机发展现状，本文旨在研制一种专用GPS接收机，要求价格适中、能实时定位、且在短时间内单机定位精度能达到1～3 m，满足大多数地球物理勘探测地精度需求。
数字信号处理器DSP运算速度高，有较高的数字信号处理能力，高可靠性的特点，非常适于GPS实时信号的处理。利用GPS-OEM进行二次开发，设计相应接口软件、适配显示器、键盘等用户终端与控制处理器，构成GPS一体化接收机，已成为一种发展趋势。通过调研，选用一种GPS-OEM板，与一种蝶形接收天线配合使用时，单机定位精度能达到1m左右，为进一步设计提供了基本依据。

1 系统硬件设计
该接收机由GPS数据接收单元、核心处理单元、及存储和显示单元三部分组成。其中，GPS数据接收部分采用选定的GPS-OEM板设计，核心处理单元采用TI公司的DSP，接口部分主要由转换芯片及相应软件组成。所设计的系统总体硬件框架如图1所示。

1．1 GPS数据接收模块设计
目前在市场上GPS-OEM模块种类较多，在选型时要根据：
(1)设计系统所能达到的定位精度；
(2)数据链路的通讯方式和覆盖范围；
(3)性能价格比等因素来选择合适的OEM模块。
经权衡比较，设计采用合众思壮公司在2006年正式推出的一款GPS-OEM模块新月-HC12A。该模块是合众思壮公司生产的一款单频12通道接收机，采用了最新的ASIC芯片和Coast等专利软件算法，同时具有20Hz的原始数据、定位数据更新率，信标接收功能，差分基准站／移动站，L-Dif，E-Dif，1 pps／Event Marker等多种功能，其单机定位误差小于2．5 m(2DRMS)，代表了当前GPS行业的最新技术趋势。
新月-HC12A模块主要由低噪声下变频器、信号通道、微处理器、存储器等组成，其内部结构如图2所示。

另外，根据天线的供电电压、信噪比(噪声系数1．5 dB左右)及增益(增益28 dB左右)，选用了右旋极化陶瓷介质天线，该GPS信号接收天线具有在同一时刻观测到较多GPS卫星数、快速定位的特点。