摘要：設(shè)計了一種專門用于物探測量且經(jīng)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(shè)計思路和實現(xiàn)方案。測試結(jié)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(shù)物探平面測量精度要求。
關(guān)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電感器的用途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(shù)與常規(guī)測量技術(shù)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(nèi)單機定位精度能達到1～3 m，滿足大多數(shù)地球物理勘探測地精度需求。
數(shù)字信號處理器DSP運算速度高，有較高的數(shù)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(shè)計相應(yīng)接口軟件、適配顯示器、鍵盤等用戶終端與控制處理器，構(gòu)成GPS一體化接收機，已成為一種發(fā)展趨勢。通過調(diào)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(shè)計提供了基本依據(jù)。
1 系統(tǒng)硬件設(shè)計
該接收機由GPS數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)接收部分采用選定的GPS-OEM板設(shè)計，核心處理單元采用TI公司的DSP，接口部分主要由轉(zhuǎn)換芯片及相應(yīng)軟件組成。所設(shè)計的系統(tǒng)總體硬件框架如圖1所示。
1．1 GPS數(shù)據(jù)接收模塊設(shè)計
目前在市場上GPS-OEM模塊種類較多，在選型時要根據(jù)：
(1)設(shè)計系統(tǒng)所能達到的定位精度；
(2)數(shù)據(jù)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(jīng)權(quán)衡比較，設(shè)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(chǎn)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(shù)據(jù)、定位數(shù)據(jù)更新率，信標接收功能，差分基準共模電感站／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)，代表了當工字電感器前GPS行業(yè)的最新技術(shù)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(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。
另外，根據(jù)天線的供電電壓、信噪比(噪聲系數(shù)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(zhì)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(shù)、快速定位的特點。
1．2 DSP核心處理模塊設(shè)計
為滿足接收機系統(tǒng)具備定位速度快，可靠性高及實時性的要求，選用DSP芯片作為中央處理單元的核心，根據(jù)中央處理單元對運算量的需求數(shù)據(jù)本身結(jié)構(gòu)(要求處理的有效數(shù)字最大為11位)，綜合考慮DSP芯片的運算速度、運算精度、DSP芯片的硬件資源及開發(fā)工具、功耗及價格等因素。
選用了TI公司的TMS320F2812芯片作為主處理器，主繞行電感器要基于以下幾點考慮：
(1)它的主頻高，時鐘頻率可達150 MHz，可以滿足系統(tǒng)的需要；
(2)本身具有的大容量片內(nèi)FLASH可方便系統(tǒng)實現(xiàn)、降低成本；
(3)有著較多通用I／O口可以靈活配置，可以很方便地實現(xiàn)與其他器件接口；
(4)TMS320F2812芯片系統(tǒng)采用高性能靜態(tài)CMOS技術(shù)，功耗非常低。
1．3 存儲、顯示和控制單元
為了能實時提供給用戶定位信息，本文設(shè)計中采用LCD液晶顯示屏和SD卡存儲器作為人機對話窗口。能實時、快速地輸出定位信息，通過軟件編程設(shè)計了簡單方便的、友好的人機操作界面。測量時可按照簡單的操作提示進行。另外，還可以將必要的數(shù)據(jù)存入SD卡存儲內(nèi)部設(shè)備，方便后續(xù)查詢。 大功率電感廠家 |大電流電感工廠
