原创 GPS硬件设计

最近学习了一些关于GPS的内容，在这里整理一下：

GPS定位原理：卫星不间断地发送自身的星历参数和时间信息，用户接收到这些信息后，经过计算求出接收机的三维位置，三维方向以及运动速度和时间信息。

我们一般涉及到的都是接收机的设计，用于车载、手持导航、定位等各方面。

设计参数：

中心频率：L1-->1575.42M（2M带宽）民用  L2-->1228M军用（加密）

          民用是美国通过加扰技术，使定位精度降低，应用中可以通过DGPS技术修正。

启动时间：

冷启动：就是在没有历史信息的情况下搜星定位(星历数据丢失或者失效)。

温启动：星图基本不变 只有个别星要刷新。

热启动：星历数据没有改变的情况下。

重新捕获时间：是在GPS不断电的情况下进入山洞等遮挡物后出来后立即定位的时间。 

灵敏度：

捕获灵敏度-->完成捕获所需要的最低信号强度

跟踪灵敏度-->能够维持对卫星信号跟踪所需要的最低信号强度

初启动灵敏度-->为了定位解调GPS导航电文所需要的最低信号强度

参考设计：跟踪灵敏度(-160dBm)<捕获灵敏度(-148dBm)<初始化灵敏度(-142dBm)

硬件设计要点：

1：天线的选择 有源天线还是无源天线，天线的主要参数增益（Gain）、驻波（VSWR）、噪声系数（Noise figure）、轴比（Axial ratio）。

2：SAW 选择：通带频率特性好、插入损耗低、阻带抑制高。（TriQuint 856584）

3：LNA 选择：高增益、低噪声系数的LNA （Maxim MAX2655）

4：GPS芯片： u-blox和SIRF的GPS接收芯片

GPS&A-GPS

       由于现在城市的楼房建筑比较密集，信号比较弱，所以如果在弱信号下进行冷启动会花费很长的时间或者无法定位，为了克服这个问题，引进了A-GPS技术，通过地面的基站通过GSM/GPRS传送定位所需要的卫星辅助信号（GPS的星历和方位俯仰角），使接收机在卫星信号较弱的情况不用耗费很长的时间来接收定位所需要的至少4颗以上的卫星星历数据，加快了冷启动的速度。

　GPS接收机冷启动工作步骤：

1：接收机搜索卫星信号

2：接收机接收卫星星历数据，由于星历子帧的下载不能间断，如果因信号微弱而一时中断的话，就得从头再接收该子帧，这就得耗费更长的时间下载星历，也就要更长的时间才能定位。（一次接收18s，失败后重新进行）

3：定位与跟踪

AGPS接收机工作步骤：

　　1.将本身的基站地址通过网络传输到位置服务器；

　　2.位置服务器根据该接收机的大概位置传输与该位置相关的GPS辅助信息（包含GPS的星历和方位俯仰角等）到接收机；

　　3.该接收机的AGPS模块根据辅助信息（以提升GPS信号的第一锁定时间TTFF能力）接收GPS原始信号；

　　4.接收机在接收到GPS原始信号后解调信号，计算接收机到卫星的伪距（伪距为受各种GPS误差影响的距离），并将有关信息通过网络传输到位置服务器；

　　5.位置服务器根据传来的GPS伪距信息和来自其他定位设备（如差分GPS基准站等）的辅助信息完成对GPS信息的处理，并估算该接收机的位置

　　6.位置服务器将该接收机的位置通过网络传输到定位网关或应用平台。

1~4可以完成接收机本身的定位， 5~6可以完成系统对接收机的定位，可以运用于手机、物流等的定位应用。

对比以上两种方式：A-GPS利用本地基站通过GSM/GPRS传输卫星星历数据的信息，加快了定位速度。

以上是我自己参考网上的资料和自己的理解进行整理，还有很多不足需要大家补充，以下有几个问题请大家知不不言、言无不尽。

1：GPS接收机设计过程我们一般都是用UART或者其他的串行通信接口，我想知道对处理器一端的硬件有什么样的要求（资源方面）？

2：硬件设计方面还有什么需要注意的？

3：软件流程方面有没有高手可以指点？个人理解是软件方面接收星历数据下来解码，然后根据一定的算法计算出坐标。但是比如说坐标数据怎么体现到地图上，还有以上的过程具体怎么实现的请指点，谢谢~