-系统芯片

5.1.1　JK-S01系统芯片

JK-S01系统的主要组成芯片有GPS芯片、GSM通讯芯片、单片机。

(1)GPS芯片

利用美国的卫星系统发出的信号，GPS设备在地面用接收器接收这些信号，确定接收器所在的位置，并且计算出经度、纬度、海拔高度，并计算出速度、距离和达到预设点的预计时间等。目前，国际上的GPS芯片设计生产厂家非常多，全球大厂家包括美国SiRF(瑟孚)、Garmin(高明)、摩托罗拉、索尼、富士通、飞利浦、Nemerix、uNav、uBlox等，其发展趋势是GPS芯片集成在手机中，例如高通公司在增强型3G手机芯片CDMA2000EV-DO中也设计了集成的GPS功能。Nextel公司也正在使用SiRF的技术来实现其手机中的GPS功能。美国已通过了法律，要求移动电话制造商在2007年必须把GPS接收机集成到产品中去，以提供定位和紧急呼叫功能。目前GPS芯片已进入第三代芯片SiRFstarIII(GSW3.0/3.1)，多采用20万次/频率的相关器提高了灵敏度，可同时追踪20个卫星信道。三代芯片尺寸与前代产品大同小异，改进的主要是软件部分，三代的核心技术只是在2代的基础上提高了软件的算法，算法不同，系统工作所用时间极不相同，其次是硬件提供了质量标准。

三代芯片软件的提高主要表现在:

①算法改进提高搜星/定位速度时间。

②通过软件滤波器提高抗干扰性能、信噪比及接收有效星颗数。

③芯片实现软件DR航迹(转迹)推算，提高对高楼、树阴、隧道等的遮蔽的抗干扰能力。

④软通道搜索，搜索提高可视卫星的通道数(可以12～24颗)，人员、车辆、上下坡、姿态发生变化时，飞机、船舶星历状态发生变化时仍能继续定位。

三代芯片硬件改进表现在:

①芯片功耗降低，体积减少(与2代比)。

②提高抗干扰能力，全屏蔽或双芯片分开。

GPS技术的应用曾受到成本的影响，但现在芯片价格大幅降低，越来越多的手机和汽车都配备了GPS功能，而且技术不断在消费者领域得到普及。

(2)GPS导航系统简介

美国科学家在对人造地球卫星的跟踪研究中，发现了多普勒频移原理，该原理促成了多普勒卫星导航定位系统TRANSIT的建成。美国从1973年开始筹建全球定位系统GPS(Global Positioning System)，并于1994年全部建成，投入使用。GPS系统的空间部分由21颗卫星组成，均匀分布在6个轨道面上，地面高度为20000余千米，轨道倾角为55度，扁心率约为0，周期约为12h，卫星向地面发射两个波段的载波信号，载波信号频率分别为1575.442兆赫兹(L1波段)和1227.6兆赫兹(L2波段)，卫星上安装了精度很高的原子钟，以确保频率的稳定性，在载波上调制有表示卫星位置的广播星历，用于测距的C/A码和P码能在全球范围内，向任意多用户提供，形成了地面GPS用户定位平台。GPS卫星系统的控制部分由设在美国本土的5个监控站组成，这些站不间断地对GPS卫星进行观测，并将计算和预报的信息由注入站对卫星信息更新。

GPS用户是一种单程系统，用户只接收而不必发射信号，因此用户的数量亦是不受限制的。虽然GPS系统一开始是为军事目的而建立的，但很快在民用方面得到了极大的发展。GPS已在定位精度上从百米至毫米级的定位，随着RTK技术的日趋成熟，GPS已开始向分米乃至厘米级的放样、高精度动态定位等领域渗透。GPS系统的实时导航定位精度很高，美国在1992年起实行了所谓的SA政策，即降低广播星历中卫星位置的精度，降低星钟改正数的精度，对卫星基准频率加上高频的抖动(使伪距和相位的量测精度降低)，后又实行了A-S政策，即将P码改变为Y码，即对精密伪距测量进一步限制，而美国军方和特许用户不受这些政策的影响，但美国为了获得更大的商业利益，这些政策终将被取消。

(3)GPS定位原理

GPS接收机可接收到卫星系统的纳秒级的时间授时数据;用于预报卫星所处概略位置的预报星历;用于计算定位时所需卫星坐标的广播星历，精度为几米至几十米。GPS接收机(地面设备)对接收到的卫星信号进行处理，就可得到卫星到接收机的距离，由于含有接收机卫星时钟的误差及大气传播误差，故称为伪距。对0A码测得的伪距称为UA码伪距，精度约为20m左右，对P码测得的伪距称为P码伪距，精度约为2m左右。GPS接收机对收到的卫星信号，进行解码或采用其他技术，将调制在载波上的信息去掉后，就可以恢复载波，依靠载波相位观测值进行定位，其精度可高至毫米，但前提是解出整周模糊度，只有在相对定位、并有一段连续观测值时才能使用相位观测值。按定位方式，GPS定位分为单点定位和相对定位(差分定位)。单点定位就是根据一台接收机的观测数据来确定接收机位置的方式，其只能采用伪距观测量，可用于车船等的概略导航定位。相对定位(差分定位)是根据两台以上接收机的观测数据来确定观测点之间的相对位置的方法，它既可采用伪距观测量也可采用相位观测量，大地测量或工程测量均应采用相位观测值进行相对定位。在地面设备进行定位观测时，若接收机相对于地面固定目标是运动，则称为动态定位，其伪距单点定位精度一般在30～100m之间，伪距差分定位精度可达米级，相位差分定位(RTK)精度可达厘米级。实时差分定位需要数据链将两个或多个站的观测数据实时传输到一起计算。若接收机相对于地球目标静止，则称为静态定位，一般均采用多台接收机同时观测，能提高GPS的定位精度。