兼容软件gps接收机的车载导航系统设计

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1、兼容软件GPS接收机的车载导航系统设计江雷，丁胜昔（北京灵图软件技术有限公司，北京100094dengshengxi@lingtu.com,jianglei@lingtu.com)摘要：本文设计了集成软件GPS接收机的车载导航系统。以灵图天行者导航平台为基础，为该导航平台设计了支持软件GPS的GPS模块；鉴于软件GPS优良的特性，车载导航系统在低成本，低功耗，稳定性等方面有了很大的提升空间；测试结果表明，基于软件GPS接收机的车载导航系统具有可靠的稳定度和较好的定位精度,可以满足车载导航的需要。关键词：灵图天行者，软件GPS，车载导航引言近年来伴随电子制造技术的飞速进步，计

2、算机硬件取得了非常惊人的进步，同时也给软件技术带来了巨大的成长空间。作为一个特定领域的体现，软件全球定位系统GPS(GlobalPositioningSystem)接收机正在成为一个活跃的技术发展方向。尽管目前仍很难界定这种接收机的软件形式即：软件GPS接收机，但普遍认为它将融入软件无线电(softwareradio)的设计概念。软件无线电的关键思想可以归结为：将A/D尽可能靠近天线；用软件来完成尽可能多的无线电功能。具体而言，软件GPS接收机强调软件实现模式，即在必要、通用的基础硬件平台上，将接收机功能最大限度地软件化[1，2]。本文首先讨论软件GPS接收机的架构，以及与

3、传统GPS接收机相对比，软件GPS接收机的主要优势。以此为基础，描述了车载导航系统设计的关键问题，并设计了能够兼容软件GPS接收机的车载导航系统的GPS模块；最后通过实验数据表明了软件GPS接收机可以提供稳定的数据供车载导航系统使用。1GPS接收机1.1传统GPS接收机的架构一般商业用的GPS芯片组大体都是由天线、低噪音放大器、前端滤波器、射频IC、晶振、存储器芯片与基频IC（内含中央处理单元）所组成。射频IC的主要功能是将GPS的1.57542GHz载波降频至基频，其主要是由低噪声放大器、混波器、自动增益控制、锁相回路、以及A/D转换器所组成。绝大多数的基频信号处理IC都

4、是由CMOS制成，一般的基频信号处理芯片除了具备有de-spread的Correlators之外也都还包含有中央处理单元，以处理追踪及导航的算法而实现卫星信号追踪及几何定位的计算。中央处理单元也负责与存储器芯片的地址/数据运算及与外部I/O的接口如UART的数据交换。这样的传统架构存在着一些无法解决的问题；如：接收灵敏度低，功耗功率大，GPS接收机尺寸大等。11.2软件GPS接收机的架构限于目前的硬件技术水平，在软件GPS接收机中射频前端芯片仍是必需的。这种GPS接收机的架构如图1所示。天线硬件RF前端ADC用户位置卫星位置星历及伪距子帧识别跟踪捕获软件图1软件GPS接收机

5、架构天线接收GPS卫星信号，经过RF前端，输入信号的幅值被适度放大，频率转换为期望的输出频率；ADC（A/D转换器）将上述输出信号数字化；天线、RF前端和ADC仍由硬件实现。在信号数字化以后,全部处理交由软件实现.信号捕获就是为了发现某一卫星的信号，信号跟踪则是找出导航数据的相位转换。在传统接收机中，捕获和跟踪信号是由硬件实现。根据导航数据的相位转换，可以获取导航数据的子帧，进而得到星历数据和伪距，从星历数据可确定卫星的位置。最终，用户位置可通过卫星位置和伪距计算得出。至于软件平台，它可以是数字信号处理DSP（DigitalSignalProcessing)芯片，也可以是通

6、用PC平台。在接收机中尽可能接近天线的位置使用ADC将输入信号转换为数字信号。一旦信号被数字化，由软件实现的数字信号处理将用于获取需要的信息。软件无线电的主要目的是硬件使用与变化最小化。理论上，通过软件可以调整、甚至改变无线电的功能，从而可以具有极大的灵活性。与传统GPS接收机相比，软件实现赋予接收机一些新的优越特性；如：数字处理模块更靠近接收机天线，导致定位或测量精度的提高；软件实现带来的灵活性、扩展性强和易升级维护性，有力支持引入新的设计，并最小化实现的代价；硬件组件得以简化及通用，设备成本及功耗得到了降低等。2软件GPS接收机的车载导航系统设计2.1车载导航系统设计的

7、关键问题车载导航系统的设计主要是围绕着3个问题展开的。这3个问题就是：如何知道当前所处的位置，如何找到目的地的位置，如何正确地到达目的地；目前国内市场上有很多款导航软件，但它们在总体功能的设计上没有太大的差异；所以本文就以北京灵图软件技术有限公司的灵图天行者导航软件为背景加以说明。首先需要解决的问题是如何确定当前所处的位置。通过GPS接收机可以获得当前点的位置信息，结合地图数据便可以很容易显示当前点的地理位置。GPS接收机可以通过串口或蓝牙方式与计算机系统进行数据的传输。灵图天行者设计中采用了一个独立的GPS模块来