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基于DSP采集及处理GPS信号系统设计

摘要：描述一种基于DSP采集与处理GPS信号的系统软硬件设计方法，介绍DSP的串口通信的工作原理，NMEA—0813通信协议；设计并实现GPS定位信息的实时采集和解译，为

进一步GPS技术应用奠定基础。

关键词：DSP；GPS模块；NMEA—0813

0引言

GPS（GlobalPositionSystem）即全球定位系统，是美国从本世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。该系统主要由空间部分（卫星星座）、地面控制部分（地面监控系统）、用户设备部分（GPS信号接收机）三个独立的部分构成。GPS自问世以后，已充分显示了在导航、定位领域的霸主地位，使全球定位导航系统的发展发生了革命性的变化。随着GPS产业在各个领域的高速增长，人们对GPS产品应用需求与日俱增，研发小型化、低成本、高实时性、易于工程实现的采集和处理GPS信号的系统已变得势在必行。本文将GPS技术与DSP技术、通信技术完美结合，利用DSP串口输出的解译导航定位信息，配置以相应的用户终端，即可方便、

自主地开发出各种GPS应用系统，以差分和非差分方式广泛

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应用于导航定位、精密授时、大地测量、电子地图、交通运

输、城市管理等各个领域[1]。

DSP技术是采用数字计算的方法对信号进行处理的专用芯片[2]。内核采用了哈佛结构（程序空间和数据空间分开，CPU可以同时访问指令和数据）、支持流水线操作及硬件乘法器等特点，使其他单片机相比较，更适合于并行、高速实时性的数字信号处理，因此，将DSP技术运用于GPS导航电文

的复杂解算过程是未来GPS接收机发展的趋势。

1系统硬件结构及工作原理

通常GPS接收机主要由GPS接收天线、变频器、信号通道、数字信号处理器、存储器、串行通信接口以及电源等部分组成[3]。导航卫星实时播发导航电文，GPS接收机在上电完成初始化后，天线自动接收导航电文，GPS模块发送采集的导航电文到定位数据处理模块，通过解译算法解析，从而解译出GPS卫星所发送的导航电文定位信息，提取出经度、纬度、海拔高度、速度、日期、时间、航向以及卫星状况等信息，供用户终端定位与高层决策使用。具体的定位系统流

程见图1。

本系统采用REB—3571LP为核心的GPS模块和TI公司的浮点芯片TMS320F28335DSP为数字信号处理器，由

TMS320F28335DSP

对GPS定位信息中需要的信息进行实时采集、解析，同

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时将解析的经、纬度、海拔高度和时间等数据经外部的串口转USB接口电路传送至PC机，PC机将接收到的定位信息显

示给用户或者存储供高层决策，其结构组成见图2。

2TMS320F28335DSP的SCI串口通信原理

SCI是SerialCommunicationInterface的简称，即串行通信接口。串行通信接口（SCI）是一种双线异步串行端口，就像通常的UART[4]。SCI模块支持CPU与采用NRZ标准格式的异步外围设备之间进行通信。TMS320F28335有3个相同的SCI串口，分别是SCIA、SCIB、SCIC。每一个SCI模块都各有一个接收器和发送器，接收器实现数据的接收功能，发送器实现数据的发送功能。SCI可通过查询和中断两种方式独立完成数据的接收与发送，也可通过查询和接收相结合的方式完成接收和发送功能，本文只才用了中断方式完

成GPS数据的接收与发送。SCI模块的工作原理如3。

3系统的软件设计及实现

3.1GPS语句的输出格式

为了便于不同接收机之间数据的有效传输及增强接收机的兼容性性能，美国国家海洋电子协会（NMEA）制定了NMEA—0183格式，该格式被广泛应用于GPS导航系统定位中。NMEA—0183标准格式输出采用ASCII码，每个ASCII数据码长8位，串行通信波特率为4800位/秒，无奇偶校验。每条

语句都以字符“$”作为标志开始，第一个字用来标识类别，

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随后的数据以逗号相隔，并以字符“*”作为结束标志，最后一校验和数值和回车/换行字符结束。其语句格式如表1

所示。

系统中GPS模块采集的GPS定位信息主要由帧头、帧尾和帧内数据组成，根据数据帧的不同，帧头也不相同，主要有“$GPGGA”、“$GPGSA