车载卫星定位导航系统设计 - 图文(3)

浙江工业大学本科毕业设计论文

第2章 车载卫星定位系统简介

2.1 GPS卫星定位系统

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、空等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。经近10年我国测绘等部门的使用表明，GPS以全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，赢得广大测绘工作者的信赖，并成功地应用于大地测量、T程测量、航空摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、地球动力学等多种学科，从而给测绘领域带来一场深刻的技术革命[16]。

全球定位系统属美国第二代卫星导航系统。该系统的空间部分使用24颗高度约2.02万千米的卫星组成卫星星座。21+3颗卫星均为近网形轨道，运行周期约为11小时58分，分布在六个轨道面上(每轨道四颗)，轨道倾角为55度。卫星的分布使得在地球的任何地方，任何时间都可观测到四颗以上的卫星，并能保持良好定位解算精度的几何图形[17]。这就提供了在时叫上连续的全球定位能力。 随着全球定位系统的不断政进，硬、软件的不断完善，应用领域正在不断地扩展，目前已遍及国民经济各种部门，并开始逐步深入人们的日常生活。

2.2 定位原理

利用GPS定位的方法很多种，按照参考点的不同可分为：单点定位(绝对定位)和相对定位(差分定位)[18]。单点定位是利用GPS卫星和用户接收机之间的距离观测值，直接确定用户接收机天线在WGS一84(World Geodetic System)坐标系中相对于坐标系原点一地球质心的绝对位置。该方法的优点是只需一台GPS接收机。但由于单点定位的结果受卫星星历误差和卫星信号传播过程中的大气延迟误差的影响比较显著，定位精度较差[19][20]。相对定位也叫差分定位，即使用至少两台GPS接收机，同步观测相同的GPS卫星。其中一台接收机被安置在地面的已知点上作为基准点，将实际的观测量与已知的精确位置比较得出差分修正量，然后将此修正量传输给其它的用户接收机，用户再根据此修正量来修正自身

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的观测量，从而提高定位结果的精度。

GPS定位系统的工作原理是：在离地面2万2百公里的高空上有24颗GPS卫星，它们环绕地球运行，使得在任意时刻，在地面上的任意一点都可以同时观测到4颗以上的卫星由于卫星的位置精确可知，在GPS模块中，可得到卫星到模块的距离，利用三维坐标中的距离公式，只要接收到3颗卫星，就可以组成3个方程式，解出观测点的位置（X,Y,Z）。

图2-1 GPS定位原理

根据图2-1（出自文献《智能车辆定位导航系统及应用》）可以确定下面的方程式：

上面方程中c为GPS信号的传播速度(即光速)。通过解上述方程组，再经过处理分析后，消去大部分误差，得到一个较准确的位置。以上就是GPS定位的

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基本原理[21]。

2.3 车辆监控终端解决方案

图2-2 车载监控终端方案设计

（1）北斗/GPS导航模块：接收北斗卫星信号和GPS卫星信号，解算出终端的实时位置，并发送给应用处理单元。

（2）应用处理单元：运行监控终端内部程序，进行数据处理和周边设备控制，主要包括信息显示、告警、数据存储、车辆状态采集、通信协议处理以及相关接口。

（3）GPRS/CDMA(Code Division Multiple Access,码分多址)模块：负责车载监控终端与控制中心之间的通讯， 可以是GSM(Global System of Mobile communication, 全球移动通讯系统)/CDMA短信通道或GPRS/CDMA数据通道。 （4）电源模块：负责系统供电。

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第3章 需求分析

3.1 CPU选择及分析

3.1.1 CPU型号

考虑到ARM处理器的强大性能和发展前景，以及一体机系统设计需要的大量外围设备，我们选择TI公司的DM3730芯片作为CPU(Central Processing Unit, 中央处理器)。

3.1.2 DM3730芯片介绍

DM3730 采用ARM? Cortex?-A8与C64x+? DSP(Digital Signal Processing, 数字信号处理)内核，在单个片上系统上集成影像及视频加速器 、3D图形处理器(仅DM3730)以及高性能外设，是要求高清视频处理或大规模数据处理应用的理想选择。这些应用包括导航系统、媒体播放器、医疗患者监护设备、工业测量测试设备、工业视觉以及便携式通信等。

DM37x处理器与OMAP35x系列处理器软件兼容，与Sitara?AM37x 器件引脚对引脚兼容，可便捷地将产品升级到更高性能选项。DM3730 与 DM3725 之间的差异在于DM3725不具备3D图形加速器。从OMAP3530升级到DM3730 的客户能够在功耗锐降约40% 的情况下，实现提高50%的ARM性能与提高40%的DSP性能，以及2倍的图形性能。

800MHz C64x+? DSP与硬件视频加速器可实现独立于ARM处理器的音频与高清720p视频解码与编码(配套提供音频与视频编解码器)，从而可在ARM上进一步扩展，运行更多高级应用以及支持各种响应的2D或3D图形用户界面，实现工业个人数字助理等应用。 DM3730特性：

1. 融合了ARM Cortex A8以及TMS320C64+，主屏分别为1-GHz和800-MHz

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2. 对TMS320C64有先进的长指令

a. 每个时钟都有一个12*12位和32*32位的乘法器 b. 8个独立的高速功能单元 c. 有64/32位的通用存储器 d. 指令代码大小集成降低 e. 所有的指令是有条件的 3. SDRAM控制器

a. 16/32位的的内存控制器并且可以寻址1G字节的地址空间 b. SDRAM为低电平接口 4. 通用存储器控制器控制器 a. 16位的地址数据乘法器

b. 多达8个芯片选择引脚，每个芯片选择一脚有128M字节的地址空间 c. 和NOR FLISH、NADE FLISH、SRAM、Pseudo-SRAM为无缝接口 5. 1.8V的输入输出，0.9V到1.2V用处理器上 6. 串行通信

a. 有5个多通道缓冲串口

—1、3、4、5串行端口有512字节的收发缓冲区 —2端口有5k字节的收发缓冲区 —128通道的收发方式

—IIS(Internet Information Services, 互联网信息服务)、PCM(Pulse Code

Modulation, 脉冲编码调制)驱动、T总线有直接接口

b. 高速/全速/低速的USB(Universal Serial BUS, 通用串行总线)的多端口USB

c. 一个HDQ/1-weite 接口

d. 4个UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter, 通用异步接收/发

送装置)

7. ARM Cortex –A8 a. ARM v7的结构 b. 32K字节的指令缓存

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