0 引言

全球定位系統(GPS)作為一種成熟的導航定位技術,以其全天候、高精度、自動化、高效率等顯著特點及所獨具的定位導航、授時授頻、精密測量等多方面的強大功能，使其用途越來越廣泛。傳統的使用8位單片機設計的GPS接收機，在數據處理、系統性能提升以及功能擴展等方面存在較大的不足。隨著嵌入式技術的發展，以ARM為代表的32位微處理器憑借其高性能、低功耗、低成本、體積小等優點，在現實中獲得了廣泛的應用。

本文介紹了一種GPS接收機的整體設計方案,該方案采用Atmel公司生產的ATR0600和ATR0620芯片。其中ATR0600芯片作為接收機的射頻前端，內嵌ARM7TDMI處理器核的ATR0620芯片作為接收機的數字基帶處理器。該方案具有低功耗、高性能、尺寸小、成本低的特點。

1 GPS接收機的基本組成

GPS接收機的主要任務是跟蹤可見GPS衛星，對接收到的衛星無線電信號經過數據處理后獲得定位所需的測量值和導航信息，最后完成對用戶的定位運算和可能的導航任務。GPS接收機的內部結構沿其工作流程的先后順序，通常分為射頻（RF）前端處理、基帶數字信號處理（DSP）和定位導航運算三大功能模塊。其基本組成如圖1所示：

2 GPS接收機的硬件設計

衛星信號由天線接收,直接進入射頻前端。射頻前端具有變頻作用，將射頻信號轉換為中頻信號。中頻信號經采樣信號采樣、量化后，轉換為數字中頻信號。數字中頻信號進入基帶數字處理器，基帶數字處理器完成衛星信號的處理后，解調出導航電文，進行相應的處理后給出所需的定位信息或提供特定的應用服務。

2.1 接收天線

接收天線是GPS接收機處理衛星信號的首個器件,它將接收到的GPS衛星所發射的電磁波信號轉變成電壓或電流信號,以供接收機射頻前端攝取與處理。因為GPS接收機賴以定位的信息基本上全部來自于天線接收到的GPS衛星信號，所以接收天線的性能直接影響著整個接收機的定位性能，它對接收機所起的作用與貢獻絕對不容忽視。

對GPS接收機天線的主要技術要求是：接收頻率為1575.42MHz的L1信號；為了與接收到的GPS衛星信號的極化方式相匹配，從而提高接收效率，接收天線以右旋圓極化的方式工作；強度微弱的GPS衛星信號應當盡可能地先在緊靠天線的一端得到功率放大，以改善整個接收系統的噪聲性能，接收機采用內置低噪聲放大器（LAN）的有源天線；電線饋線的阻抗為50 。綜上所述，本文采用靈敏度高的豎直形狀的四螺旋天線，且在工作時將天線采用外置的形式。

2.2 基于ATR0600的射頻前端電路設計

射頻(RF)前端模塊位于接收機天線與基帶數字信號處理模塊之間,它通過天線接收所有可見GPS衛星信號,經前置濾波器和前置放大器的濾波放大后,再與本機振蕩器產生的正弦波本振信號進行混頻而下變頻成中頻(IF)信號,最后經模數(A/D)轉換器將中頻信號離散成包含GPS信號成分的、頻率較低的數字中頻信號，并在此過程中進行必要的濾波和增益控制。
本設計中射頻前端主要由Atmel公司生產的ATR0600芯片及外圍濾波電路構成，它是一個GPS接收機射頻前端IC芯片，采用單IF結構，芯片上包含有混頻器、IF放大器、2bit的模數轉換器（ADC）、晶體振蕩器等電路，芯片具有極高的集成度，很小的功耗（約50w）。

ATR0600通過外部的天線接收1575.42MHz的L1 GPS信號，經過低噪聲放大器LNA進行第1級濾波、放大后，被外部SAW濾波器進行鏡像抑制和對1800MHz GSM頻帶信號進行隔離。該信號與基準頻率為23.104 MHz的本振信號進行混頻,混頻器將GPS信號下變頻到97.76MHz中頻?；祛l后，該信號經過LC帶通濾波器和可變益放大器（VGA），與片上集成的中頻帶通濾波器組合，完成對GSM干擾信號的濾波。VGA輸出驅動集成的1.5bitA/D轉換器，將中頻信號轉化成4.35MHz的數字中頻信號。