GPS定位系統(tǒng)是靠車載終端內(nèi)置SIM通過移動GPRS信號傳輸?shù)胶笈_來實現(xiàn)定位。在遠的地方定位人的行蹤。GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)的前身是美軍研制的一種“子午儀”導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)，GPS全球定位系統(tǒng)是20世紀70年代由美國陸海空三軍聯(lián)合研制的新一代空間衛(wèi)星導(dǎo)航GPS定位系統(tǒng)。
  GPS定位系統(tǒng)工作原理是由地面主控站收集各監(jiān)測站的觀測資料和氣象信息,計算各衛(wèi)星的星歷表及衛(wèi)星鐘改正數(shù),按規(guī)定的格式編輯導(dǎo)航電文,通過地面上的注入站向GPS衛(wèi)星注入這些信息。測量定位時,用戶可以利用接收機的儲存星歷得到各個衛(wèi)星的粗略位置。根據(jù)這些數(shù)據(jù)和自身位置,由計算機選擇衛(wèi)星與用戶聯(lián)線之間張角較大的四顆衛(wèi)星作為觀測對象.

GPS接收機正常工作的條件是至少同時可以接收到4顆衛(wèi)星的有效信號,當(dāng)接收到的衛(wèi)星個數(shù)少于4顆時,定位和定時信息是不準(zhǔn)確的甚至是錯誤的。出現(xiàn)這樣的原因一般有:個別衛(wèi)星退出工作、天線安裝位置不當(dāng)、衛(wèi)星故障等,這些都有可能造成接收到有效信號的衛(wèi)星個數(shù)過少。

而且有實驗證明即使將接收天線從接收機上拔掉,在其后的很長一段時間內(nèi)GPS接收機仍有PS輸出,但此時的1PS與UTC已經(jīng)有很大的差別,由此可見,GPS接收機完全有可能輸出錯誤的lPPS信號。另外,信號在傳遞過程中受到來自外界電磁信號的干擾,GPS接收機輸出的1PPS信號中可能含有毛刺,導(dǎo)致偽1PPS信號的產(chǎn)生,從而導(dǎo)致系統(tǒng)的誤動作,因此有必要采取抗干擾措施。這里采用硬件開窗方法消除干擾2,原理如圖4.1所示。

圖中的CLK信號由高穩(wěn)定度的恒溫晶振提供,在系統(tǒng)上電復(fù)位后,啟動單片機的串行通訊口,接收GPS信息,根據(jù)解碼信息中的工作狀態(tài)指示判斷PPS的有效性。當(dāng)初始觸發(fā)分頻信號到來之后,通過控制信號設(shè)置FPGA中的計數(shù)器在接收到的GPS1PS上升沿的附近產(chǎn)生一個短時間的高電平窗口信號,相當(dāng)于一個與門,過濾掉窗口外的干擾信號。

另外,通過單片機自帶的外部中斷模塊來對去掉干擾后的PPS信號的上升沿進行檢測,根據(jù)檢測結(jié)果判斷GPS接收機是否正常工作,來決定系統(tǒng)的工作模式是馴服模式還是保持模式,具體消除1PS中干擾脈沖的波形圖如圖4.2所示。

下面主要介紹處理干擾時的重點:

1.初始觸發(fā)分頻信號的判斷

系統(tǒng)初始化后,用單片機的外部中斷連續(xù)三次檢測來自GPS接收機的1PPS信號,如果三次都檢測到則給出初始觸發(fā)分頻信號。

2.設(shè)置合理的“窗口”信號

由于OCXO恒溫晶振的輸出頻率比較穩(wěn)定,當(dāng)初始觸發(fā)分頻信號到來吋刻起,利用FPGA中的計數(shù)器和OCXO石英晶體振蕩器輸出的倍頻信號可以大致計算出下一個有效PPS脈沖的到來時刻,經(jīng)過(1-△)秒后打開“窗口”,在計算得到的第二個PPS脈沖的到來時刻后的M秒后關(guān)閉該“窗口”,只要M選擇得足夠小,則抗干擾效果就非常的明顯。

3.GPS信號的失效檢測及處理

對于整個馴服系統(tǒng)來說,GPS信號丟失會產(chǎn)生嚴重的后果,原因可能是接收機接收到的衛(wèi)星個數(shù)少于四顆,如上面所說的天線的安裝問題等,使接收機處于非正常工作狀態(tài)。或者是GPS接收機與單片機模塊或者與門邏輯的接口出現(xiàn)問題,使GPS秒脈沖信號或時間狀態(tài)信息不能正常傳輸。

假如是第一種情況,接收模塊可通過GPS接收機串口輸出的狀態(tài)信息判斷其輸出信號是否失效,后面的軟件程序作出相應(yīng)的處理。假如是第二種情況,屬于兩種功能模塊之間的通信故障,系統(tǒng)相關(guān)模塊不可能從GPS接收模塊獲得GPS的工作狀態(tài)信息或者秒脈沖信號,GPS_1PPS秒脈沖入口處的電平不會出現(xiàn)任何變化。

此時,相關(guān)模塊必須有獨自判斷GPS是否失效的能力。可以在“窗口”信號開通期間使用單片機相關(guān)外部中斷模塊,如果沒有檢測到正確跳變,說明GPS信號失效;如果“窗口”信號開通期間相關(guān)中斷模塊能捕捉到正確跳變,則說明GPS信號可能已恢復(fù)正常,此時系統(tǒng)可以繼續(xù)對恒溫晶體振蕩器OCXO進行校準(zhǔn)。

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