摘要：采用TI公司的TMS320C6713DSP芯片實(shí)現(xiàn)了GPS接收機(jī)定位解算功能。利用該芯片實(shí)現(xiàn)GPS接收機(jī)各模塊的調(diào)度，完成對(duì)時(shí)間觀測(cè)量和導(dǎo)航電文的提取，進(jìn)行衛(wèi)星位置解算和用戶(hù)環(huán)型線圈電感器位置解算以及對(duì)插件電感器外接口。試驗(yàn)結(jié)果表明，根據(jù)該方案設(shè)計(jì)的GPS接收機(jī)工程樣機(jī)可以準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)定位解算功能。
關(guān)鍵詞：GPS接收機(jī)；TMS320C6713；中斷；EMIF；定位解算
0 引言
全球定位系統(tǒng)(GlobaI Positioning System，GPS)是一種全天候、全球覆蓋、高精度的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)向有適當(dāng)接收設(shè)備的全球范圍用戶(hù)提供精確、連續(xù)的三維位置和時(shí)間信息。DSP芯片具有適合于數(shù)字信號(hào)處理的硬件和軟件資源，運(yùn)算速度快，精度高，接口豐富，穩(wěn)定性好，可用于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理算法。隨著DSP技術(shù)的發(fā)展，GPS衛(wèi)星信號(hào)的實(shí)時(shí)處理越來(lái)越趨向于用DSP來(lái)實(shí)現(xiàn)。TMS320C67 13是TI公司生產(chǎn)的一種32位高性能浮點(diǎn)型數(shù)字信號(hào)處理器，功能強(qiáng)大，片內(nèi)資源豐富，外擴(kuò)存儲(chǔ)器方便，運(yùn)算速度快，共模電感器無(wú)論從速度上還是精度上，TMS320C6713芯片都完全可以滿(mǎn)足GPS接收機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。
1 GPS定位解算原理
1．1 用戶(hù)位置的計(jì)算
GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)定位的基本原理是延時(shí)測(cè)距，通過(guò)測(cè)量空間己知位置上信號(hào)傳播的時(shí)間延遲，確定該己知位置至用戶(hù)的距離，根據(jù)測(cè)量距離解算出用戶(hù)的三維位置和用戶(hù)與已知位置的時(shí)間偏移量。為了確定用戶(hù)的三維位置(xu，yu，zu)和時(shí)間偏移量，需要同時(shí)對(duì)4顆衛(wèi)星進(jìn)行跟蹤并獲取其偽距：
由于這個(gè)方程組是非線性的，很難直接求解，解非線性方程組一個(gè)常用的方法就是線性化。由于用戶(hù)的三維位置和時(shí)間偏移量是未知量，于是可以認(rèn)為未知的接收機(jī)位置和時(shí)間偏移量由近似分量
和修正分量△xu，△yu，△zu，△tu兩部分組成，即：
式中：ρj是第j顆衛(wèi)星的偽距觀測(cè)量；xj，yj，zj是根據(jù)第j顆衛(wèi)星的星大功率電感貼片電感器歷計(jì)算出該顆衛(wèi)星的位置，均為已知量；用戶(hù)的三維位置和時(shí)間偏移量的修正分量△xu，△yu，△zu，△tu是未知量，近似分量
可以認(rèn)為是已知量。因?yàn)榭梢越o這些近似分量賦初值，由初值可以解出一組修正分量△xu，△yu，△zu，△tu，近似分量經(jīng)過(guò)修正之后又可以認(rèn)為是已知量，重復(fù)這個(gè)計(jì)算過(guò)程，直到修正分量小到預(yù)定的范圍之內(nèi)。最后的近似分量就是要解的用戶(hù)的三維位置和時(shí)間偏移量。這種方法即基于線性化的迭代法。
1．2 偽距的獲取
分析GPS定位解算算法可知，要解算用戶(hù)的三維位置和時(shí)間偏移量，首先需要獲得各顆衛(wèi)星的位置和相應(yīng)的偽距觀測(cè)量，因此，偽距觀測(cè)量的精度直接影響到用戶(hù)位置解算的精度。
在GPS接收機(jī)中，可以任意選擇一個(gè)時(shí)刻作為本地參考時(shí)間，本地參考時(shí)間與GPS系統(tǒng)時(shí)間的差值即為時(shí)間偏移量tu。對(duì)于GPS信號(hào)發(fā)射時(shí)間而言，如果不考慮每顆衛(wèi)星的時(shí)鐘修正項(xiàng)，所有衛(wèi)星的導(dǎo)航電文子幀1的起始點(diǎn)都是在同一時(shí)刻發(fā)射的，因此可以認(rèn)為不同衛(wèi)星的導(dǎo)航電文子幀1的發(fā)射時(shí)刻是相同的，繞行電感但是不同衛(wèi)星的子幀1的起始點(diǎn)是在不同時(shí)刻接收到的，這個(gè)時(shí)間差就代表不同衛(wèi)星到接收機(jī)的時(shí)間差，即距離差。在導(dǎo)航電文中，子幀1每30 s出現(xiàn)1次，而不同衛(wèi)星信號(hào)到達(dá)接收機(jī)所需時(shí)間的差值最大只有20 ms。因此，很容易保證所觀測(cè)的不同衛(wèi)星的子幀1都是在同一時(shí)刻發(fā)送的。統(tǒng)計(jì)本地參考時(shí)間與所接收到的衛(wèi)星星歷子幀1的開(kāi)始位置的時(shí)間間隔即可得到偽距信息，如圖1所示為偽距測(cè)量的時(shí)間關(guān)系。
