摘要：GPS全球定位系統在實際生活中被廣泛應用，是當今信息時代發展中的重要組成部分。因其具有性能好、精度高、應用廣的特點，使其成為了迄今最好的導航定位系統。本文以CSI-HC12A GPS接收主板為例，介紹了GPS的通信協議。討論了基于ARM的GPS接收系統設計，提出了對GPS全球定位系統定位信息的接收以及對各定位參數數據的提取方法，并給出了系統的硬件電路及軟件流程圖。通過本設計方法，本系統由ARM控制GPS模塊較為精確地計算和顯示日期、時間、經度、緯度等衛星信息。

　　引言

　　GPS衛星發送的導航定位信號是一種可供無數用戶共享的信息資源。對于陸地、海洋和空間的廣大用戶，只要用戶擁有能夠接收、跟蹤、變換和測量GPS信號的接收設備即GPS信號接收機，就可以在任何時候用GPS信號進行導航定位測量。GPS信號接收機的功能是能夠捕獲到按一定衛星高度截止角所選擇的待測衛星的信號，并跟蹤這些衛星的運行，對接收到的GPS信號進行變換、放大和處理、以便測量出GPS信號從衛星接收機天線的傳播時間，解譯GPS衛星所發送的導航電文，實時地計算出測站的3維位置甚至3維速度和時間。本課題接收機就是基于ARM可編程處理器的GPS接收機設計，用ARM來實現信號處理功能。

　　系統概述

　　GPS的整個系統由空間部分、地面控制部分和用戶部分所組成。GPS的空間部分是由GPS工作衛星所組成，衛星都發出用于導航定位的信號，用戶正是利用這些信號來進行工作的;GPS的控制部分根據地面各監控站對GPS的觀測數據，計算出衛星的星歷和衛星鐘的改正參數等，并將這些數據通過注入站注入到衛星中去，并對衛星進行控制，向其發布指令等;GPS的用戶部分由GPS接收機、數據處理軟件及相應的用戶設備等所組成。它的作用是接收GPS衛星所發出的信號，利用這些信號進行導航定位等工作。

　　GPS衛星發射兩種頻率的載波信號，即頻率為1575.42MHz的L1載波和頻率為1227.60MHz的L2載波。導航信息被調制在L1載波上，其信號頻率為50Hz，包含有GPS衛星的軌道參數、衛星鐘改正數和其它一些系統參數。用戶一般需要利用此導航信息來計算某一時刻GPS衛星在地球軌道上的位置，導航信息也被稱為廣播星歷。

　　CSI-HC12A是GPS OEM模塊，該模塊是為單頻12通道，具有20Hz原始數據、定位數據更新率。NMEA數據消息$GPGGA是一幀GPS定位的主要數據，也是使用最廣的數據。$GPGGA語句包括17個字段：語句標識頭，世界時間，緯度，緯度半球，經度，經度半球，定位質量指示，使用衛星數量，水平精確度，海拔高度，高度單位，大地水準面高度，高度單位，差分GPS數據期限，差分參考基站標號，校驗和結束標記(用回車符和換行符)，用14個逗號進行分隔。該數據幀的結構及各字段釋義如下：

　　$GPGGA,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,M,<10>,M,<11>,<12>*xx<CR><LF>

　　系統硬件設計

　　本系統采集并處理GPS數據，實時顯示部分GPS數據，在按鍵的控制下保存采集的數據，可以進行頁面切換，可以和PC機通信。總體硬件框圖如圖1所示。