0 引言 随着GPS定位理论研究的不断深人以及软硬件的不断改进，GPS卫星导航定位技术已在 国民经济生产中起着越来越重要的作用。各种形式的接收机在不同的行业都取得了广泛 的应用，尤其是测地型接收机近年来占据了民用市场的主要地位。但是长期以来，测地 型GPS接收机主要以国外引进为主。我国在80年代末，90年代初虽然也研制成了测地型 GPS接收机，但是由于受到大规模集成电路制作工艺的限制，制作的接收机体积大、集 成度不高，难以在国内推广。90年代中期国外推出GPS OEM技术，将GPS接收机的主 要部件做成大规模集成电路片，并集成在一块电路板上。这个电路板具有接收GPS信号 、处理信号、输出观测信号和定位结果等功能。用户利用OEM板进行二次硬件开发可 研制成各种用途的GPS接收机。由于OEM板的价格大大低于整机价格，并且可以根据 应用目的进行专项开发，为开发国产化GPS接收机创造了条件⋯。本文就是利用GPS OEM板AuSTAR进行一体化GPS接收机的研制开发。与其它微处理器相比，AVR微处 理器具有性能高、功耗低、RISC结构以及内载Flash等独特的优点。本文在研究了 ATmegal28微处理器性能特点的基础上，给出了利用ATmegal28微处理器基于 ALLSTAR板设计一体化GPS接收机的实际设计方案。
1 ATme9128单片机特色 AVR(advanced msc)是美国Atmel公司生产的增强RISC内载Flash的高性能8位单片 机旧1，可以取得接近1 MIPS的性能。ATmegal28是带128 kB Flash的在线可编程 8位微控制器，是AVR系列中功能最强的单片机之一。该单片机共有64个引脚，内 含128 kB在线可重复编程Flash，4 kB EEPROM，4 kB内部SRAM。BOOT区具有 独立的加密位，工作在16 MHz下具有16 MIPS的性能，片内带有执行时间为两个时 钟周期的硬件乘法器。在线可编程SPI接口，JTAG(符合IEEE 1149．1标准)接口 ，边界扫描能力，广泛的片内Debug支持，通过JTAG接口对Flash、EEPROM 、熔丝位和加密位编程。两个扩充的带预分频器、比较模式以及捕获模式的16位定 时／计数器。2通道8位PWM，8通道10位A／D转换，两线(12C)串行接口，2路可 编程串行UART接口。带内部振荡器的可编程看门狗定时器，上电复位和可编程的 低电压检测p1。
AVR单片机通过在单一芯片内将一个增强性能的RISC 8位CPU与可下载的Flash 结合，把大部分单片机系统所需的外围芯片集成到单一芯片中，使得AVR系列单 片机成为一种适合于许多要求、具有高度灵活性和低成本的嵌入式控制应用的高 效微控制器。
2 GPS接收机结构和原理 GPS接收机的种类虽然很多，但它的结构基本一致。主要分为天线单元和接收 单元两部分。图1为GPS接收机原理图，其中虚线部分是GPS接收机主机。主机 由射频RF部分、通信信道部分和数据存储及计算部分组成。主机外接GPS天线、 前置放大器、电源、显示器。
3 GPS接收机功能的设计与实现 GPS接收机定位过程如图2所示，GPS接收机接收到卫星星历数据，用户通过红 外遥控器输入一些初始化信息并控制接收机工作。我们可以选用Flash存储器接 收GPS星历数据，然后将接收机带回，导人数据到分析系统主机，通过后台解算 软件进行解算，最终得到解算报告。如果用户需要在野外实时知道测量结果，我 们也可以选用通过无线Modem经GSM网络来实时地传递数据，传递完毕后，经 GPS数据分析系统解算后，由Modem返回解算结果。
4 一体化GPS接收机硬件和软件结构 4．1硬件结构 根据前文所述，一台GPs接收机应当由信号接收、信号处理通道、存储及输 出等几大模块组成㈨。进一步细化，我们可以得到如图3所示的结构原理图。
主板上包括了ATmegal28微控制器、电平转换模块、红外遥控接收以及三星 的K9F5608 Flash模块。和主板相连的模块有ALIsTAR的GPs OEM板、GPS天 线以及电源模块。此外还有控制接收机工作的士兰红外遥控器。L1导航信号 由GPs天线接收，经过低噪声前置放大M1，接到ALLSTAR接收板，接收板就 可以输出相应的卫星数据，由微控制器ATmegal28接收进来，并将相应的数据 解码分包，分成用于显示的包以及用于存储的包，显示的包处理后发送到液晶 显示器，存储的数据包写进32 MB Flash。为了方便用户实时了解测量结果，我 们通过用无线Modem经GSM网络来实时传递GPS数据，并返回解算结果。为了 方便用户操作，我们采取了红外遥控控制以及大屏幕液晶显示。
实际设计时，我们选择市场上比较流行的士兰半导体的红外遥控发射装置、选用 三星公司的32 MB大容量nash I(9F5608以及Motomla D15无线数据M0dem。 我们的液晶显示屏选用广州海谊公司的HZl32-64830LCD显示模块。
4．2软件结构 GPS一体化静态接收机的软件包括接收机端软件和Pc机端软件。Pc机端软件 包括下载软件和数据解算软件，采用VC语言编写。接收机端软件比较复杂， 用C语言编写，其结构如图4所示。底层软件是接收机软件的基础，其功能为 ：nash的读、写、删除控制；LCD读、写、清屏；按键的中断操作；串行 接收、发送数据；RAM的读、写、删除；数值转换等。
5一体化GPS接收机特点和性能指标 本文所设计的一体化GPS接收机具有以下特色： ①完全一体化。将GPS OEM板、单片机、存储器、红外控制接收器、LCD 显示器、无线数传Modem以及电源集成一体，容易携带，重量约为5 kg。 ②一机多用、多功能多配置。主机以静态测量为主，若精度要求不高兼可 进行动态测量。无线数传Modem模块是选择可用，可以打开无线Modem， 将接收到的数据传回基站，返回解算结果。也可以直接存储，回去计算， 用户可根据需要自选。 ③采用高硬度塑料外壳及密封配件，防水、防尘、抗干扰性能好。 ④选用宽温元件(包括LCD显示器、Flash、CPU等)，具有良好的耐高低温 特性和防潮特性。可在一20℃低温环境下工作。 ⑤高达32 MB的大容量存储器。可连续采集150 h的数据，是国产一体化GPS 接收机中存储容量最大的。 ⑥采用大屏幕液晶显示和红外遥控控制。用户通过红外遥控器输入测量参数， 这时可以看到卫星锁定状况、跟踪定位状况以及数据记录状况，用户根据这 些信息，了解接收机状态，并通过遥控器控制接收机工作，操作简易、方便， 界面人性化。 ⑦实时性好。实时显示卫星接收状态及其它有关信息，实时监测电池电量 以及Flash存储情况，可避免由于电池电量不足或者存储空间不够而造成 工作的终止和测量数据的丢失。 ⑧观测值文件和星历文件采用标准RINEX格式存储，观测结果可以用因泰 克公司的HHS测量系统软件解算。 ⑨技术指标优良。基线长度≤15 km(最大可到50 km)时，C／A码精度： 静态5 mm±1 mm；快速静态1 000 mm±100 mm；采样间隔l～15 S可调。
6结束语 通过对样机的测试表明，此GPS一体化接收机无论在静态测量精度还是 单点定位精度都达到了我们预先设计的技术指标，其精度完全可以满足 各种工程测量以及勘察测量的需求。此套定位系统可以广泛应用于矿 业权管理、农业耕地管理旧。、石油天然气管线测量、勘察测量、矿山测 量等场合，因为其完全一体化，同时它具有操作简单、性能稳定、数据通信 抗干扰能力强等特点，可以极大地提高作业效率，减轻工作强度，并为 各应用单位和部门带来较好的经济效益，是现代测量工作的得力助手。
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