北斗二代導航接收機的衛星導航系統設計

摘要：采用以通用微處理器S3C2440為核心的硬件平臺和以嵌入式Linux系統為核心的軟件平臺，最終完成了北斗導航終端的設計，并通過GPRS芯片實現數據的遠程傳輸。詳細給出了系統的硬件體系結構，重點介紹了與導航相關的應用程序以及流程設計。對于研究北斗二代接收機以及北斗導航系統的民用化具有一定的意義。

關鍵詞：北斗二代；S3C2440；Linux；嵌入式；UM220

引言
北斗衛星導航系統是中國自行研制的全球衛星定位與通信系統，系統由空間端、地面端和用戶端組成，可在全球范圍內全天候、全天時為各類用戶提供高精度、高可靠定位、導航、授時服務，并具短報文通信能力。2012年12月27日，北斗系統空間信號接口控制文件正式版正式公布，北斗導航業務正式對亞太地區提供無源定位、導航、授時服務。北斗衛星導航系統同時具備定位與通信功能，相對于GPS有自己獨到的優勢，但在民用領域的應用很不充分，GPS在民用市場占據絕大部分的份額。北斗導航系統在民用領域有著良好的前景，影響、制約北斗系統在民用領域獲得廣泛應用的主要因素就是系統用戶終端。鑒于以上原因，本文設計了一種基于嵌入式系統的北斗定位終端。
由于ARM芯片具有性能高、價格低、功耗低等特點，在嵌入式領域得到越來越廣泛的應用，本系統采用基于ARM架構的S3C2440微控制器負責整個系統的控制。北斗模塊采用和芯星通科技有限公司的UM220導航／授時模塊，負責導航電文的解碼和信號處理，同時將衛星定位技術與GPRS／GSM移動通信技術相結合，完成了設備的短信息通信功能。

1 系統總體設計
按照系統功能要求，可將系統硬件整體架構分為以下5個部分，即中央處理器控制模塊、UM220北斗接收模塊、GPRS／GSM模塊、存儲系統、電源模塊以及人機交互模塊，如圖1所示。

CPU處理器與存儲系統是指以S3C2440為微處理器核心，以SDRAM為動態隨機存儲器，以NAND Flash閃存為外存的基本子系統。電源系統提供CPU、存儲器以及外圍設備高質量穩定電源。導航接收系統由北斗二代天線、北斗接收模塊UM220組成。
通常情況下，北斗接收模塊通過天線接收北斗衛星發送的射頻信號，經放大、相關、混頻等一系列處理后，解譯出北斗衛星所發送的導航電文，S3C2440控制模塊從導航電文中進一步解析出緯度、精度、速度、時間等定位信息，并存儲、顯示。系統用戶同時可以將需要發送的定位信息進行格式封裝，然后將定位信息發送給其他用戶。

2 系統硬件體系
2．1 北斗接收系統
北斗信號接收系統的核心是UM220模塊，具有尺寸小、重量輕、超低功耗(僅350 mW)的特點，能夠同時支持BD2B1、GPS L1兩個頻點。UM 220外形尺寸緊湊，采用SMT焊盤，支持標準取放及回流焊接全自動化集成，尤其適用于低成本、低功耗領域。UM220無需外接CPU即可直接輸出NMEA數據，并且支持UART等多種接口。

UM220模塊主要由RF前端、數字中頻濾波、微處理器、存儲單元等組成，上電完成初始自檢后，自動接收來自天線的北斗射頻信號，經變頻、放大、相關、混頻等一系列處理后，完成并行通道對其視界內幾何位置最佳的數顆衛星的連續跟蹤，并測出信號從衛星到接收天線的傳播時間，解譯出北斗衛星所發送的導航電文，最后由串口輸出NMEA-0183數據。UM220硬件接口電路如圖2所示。UM220的串口引腳通過MAX3232電平轉換芯片與S3C2440的串口連接，使其接收RMC模式下NAME格式的北斗定位數據。