全球定位体系(Clobal Position System，GPS)可以供给实时、全天候、全球性和高精度的服务，其广泛应用于各行各业中。GPS接纳机经过天线单元接纳卫星信号，将信号进行带通滤波、下变频混频、AGC扩大、A/D转化等一系列处理，得到数字中频信号，从而对中频信号进行捕获、盯梢，解调出用户的纬度、经度、高度、速度、时刻等导航信息，将这些信息按NMEA-0183协议封装，经过串口输出数据。用户设备中的GPS接纳器在收到GPS信息后，需求对相关信息予以解码处理，然后得到用户的方位、时刻等信息，从而完结用GPS导航和定位的意图。近几年来，现场可编程门阵列(FPGA)凭仗其开发进程出资少、规划周期短、灵敏便利以及可重复编程等特色，在现代电子规划中得到了广泛应用。本规划挑选现场可编程门阵列(FPGA)来完结GPS信号的解析处理。
1 NMEA-0183协议的数据格局
NMEA-0183是美国国家海洋电子协会(NMEA，The National Marine Electronics Association)为海用电子设备拟定的规范格局，它现在已被广泛地应用于多个范畴的设备之间的数据传输。NMEA规范格局输出选用ASCII码，每个ASCII数据码长8位，串行通讯的波特率为9600位/秒，数据位8位，开端位1位，中止位1位，无奇偶校验位。
NMEA-0183协议由句子组成，每条句子以字符“$”作为句子开端标志，数据之间以逗号相隔，字符“*”作为校验和前缀，终究以校验和数值和回车/换行字符完毕。最常用的有6种句子格局：$GPGGA，$GPGLL，$GPGSA，$GPGSV，$GPRMC，$GPVTG。下面以引荐定位信息GPRMC句子为例介绍数据格局。句子的格局如下：
$GPRMC，1>，2>，3>，4>，5>，6>，7>，8>，9>，10>，11>，12>*13>
1>UTC时刻，格局hhmmss.sss(时分秒);
2>定位状况，A=有用定位，V=无效定位;
3>纬度，ddmm.mmmm(度分)格局(前导位缺乏则补0);
4>纬度半球N(北半球)或S(南半球);
5>经度，dddmm.mmmm(度分)格局(前导位缺乏则补0);
6>经度半球E(东经)或W(西经);
7>地上速率(000.0～999.9节，前导位缺乏则补0);
8>地上航向(000.0～359.9度，以真北为参阅基准，前导位缺乏则补0);
9>UTC日期，ddmmyy(日月年)格局;
10>磁偏角(000.0～180.0度，前导位缺乏则补0);
11>磁偏角方向，E(东)或W(西);
12>形式指示(仅NMEA-0183 3.00版别输出，A=自主定位，D=差分，E=预算，N=数据无效);
13>校验和;
2 NMEA-0183协议解析器规划
2.1 体系的总体规划
以深圳星际通公司出产的GP5MX1513F1导航芯片为例进行阐明。该芯片为一个64并行通道单频接纳机，只承受L1波段的卫星信号，定位精度2 m(2D RMS)。该芯片顺次输出6种NMEA信息，分别是：$GPGGA，$GPGLL，$GPGSA，$GPGSV，$GPRMC，$GPVTG，串口默认设置：波特率9 600bps，开端位1位，数据位8位，无奇偶校验位，中止位1位。NMEA-0183协议解析体系的总体规划框图如图1所示，GP5MX1513F1导航芯片经过天线单元接纳卫星信号，将信号滤波、下变频、扩大和模数转化等一系列处理，得到数字中频信号，从而对中频信号进行捕获、盯梢、位同步及帧同步，解调出导航数据，终究计算出用户的纬度、经度、高度、速度、时刻等信息，以NMEA-0183协议格局打包成数据帧，再经过规范的串口输出数据。NMEA-0183协议解析模块生成的硬件电路内嵌在FPGA中，一方面经过串口模块接纳GP5MX1513F1芯片宣布的串行数据，将接纳的信号给解析模块进行处理，另一方面解析模块根据NMEA-0183协议的数据格局提取出所需求的信息。
2.2 串口模块
串口模块首要担任接纳由GP5MX1513芯片输出的导航定位信息，串口模块经过波特率产生器将体系时钟进行分频，产生16倍数据波特率的时钟。体系复位后，接纳端以16倍波特率的速率读取线路状况，检测信号GPS_TX呈现下降沿，在GPS_TX信号下降沿后第8个采样点承认是否为低电平，假如检测得到的是高电平，则以为开端位无效，返回到闲暇状况，从头等候开端信号的到来。开端位找到后，开端接纳数据，当数据计数器data_bit_cnt计到7时，8位数据都现已输入完结。终究，检测中止位，假如正确检测到高电平，则
阐明本帧的各位数据正确接纳，将数据存入到8位数据寄存器中，不然犯错。
串口模块接纳端的状况搬运图如图2所示，接纳机由4个作业状况组成，分别是闲暇状况、开端位、数据位和中止位。当体系复位后，电路处于闲暇状况，等候信号的触发，接连8个时钟检测出数据产生负跳变，sof信号为高，进入开端状况，当sample为1时，进入数据位，接着的数据位将每隔16个采样周期被采样一次。即取每一位的第8次的波特率时钟采样值来保证采样正确。接连采样8次后，采样计数器data_bit_cnt==7，进入中止位，当sample为1时，进入闲暇状况，开端接纳下一个数据。
在状况机模型的基础上，运用verilog HDL言语来描绘其功用，其首要代码如下：
2.3 解析模块
串口模块输出的8位数据送到解析模块，解析模块选用6MUX1挑选器来挑选提取哪种句子，经过外部输入信号对寄存器config_Reg进行装备来完结，当config_Reg=000时，提取GGA句子，当config_Reg=001时，提取GLL句子，当config_Reg=010时，提取GSA句子，当config_Reg=001时，提取GSV句子，当config_Reg=011时，提取RMC句子，当config_Reg =100时，提取VTG句子。下面以RMC句子为例，来阐明解析进程，解析模块将串口模块接纳端接纳的数据进行循环检测，判别报文头、定位状况、校验位、完毕位信息，提取时刻信息。首要，对config_Reg进行装备，设置config_Reg=011;其次，检测报文头$GPRMC，假如是，则进行下一步，不然，持续检测;终究，用逗号计数器的值来决议提取$GPBMC句子的哪段信息，当逗号计数器为1时，提取时分秒信息，存储在data_hh_mm_ss寄存器中;当逗号计数器为2时，提取定位状况信息，当VALID信号为高，则有用定位;当VALID信号为低，则无效定位;当逗号计数器为3时，提取纬度信息，存储在lat_data寄存器中;当逗号计数器为5时，提取经度信息，存储在lon_data寄存器中;当逗号计数器为9时，提取日月年信息，存储在data_dd_mm_yy寄存器中。程序规划的流程图如图3所示。
其首要代码如下：
3 仿真测验及硬件完结
根据编写的测验模块在ModelSim 6.2软件下进行了功用仿真，其仿真成果如图4所示，GPS_TX为输入的串行数据，rcv_data为接纳的8位数据，hh_mm_ss为提取出时分秒信息：15：49：41，dd_mm_yy为提取出日月年信息：13.06.09，lat_data为提取的纬度信息：3409.3297，lon_data为提取的经度信息：10853.6986，从仿真波形上看，仿真的成果与测验激、励中的数据共同。
完结了仿真后，在Quartus II 9.0下进行了逻辑归纳，将程序下载到Altera公司出产的CycloneII系列EP2C5T144C8类型的FPGA中，用Quartus II 9.0软件自带的嵌入式逻辑剖析仪SignalTapII，对FPGA内部的信号进行观测，FPGA内部实践作业波形如图5所示，从硬件调试成果观测，实践测出的成果：年月日2013.08.19，时分秒00：07：42，纬度为3412.0714，经度为10856.6625。因为所测得时刻信息为国际和谐时刻，北京时刻与国际和谐时相差8个时差，北京时刻应修正为：08：40：09，所测得成果与本地的时刻共同。
成果剖析：从图4和图5波形上可以看到咱们测验的成果，实践测验中，咱们让整个解析进程接连作业12 h，没有发现解析过错、丢包等不正常现象。因而，很多测验成果表明，该模块可以正确的接纳和处理导航信息。
4 定论
根据NMEA—0183协议格局，提出运用FPGA完结NMEA-0183信息解析的一种办法，仿真及实践测验成果表明，该电路可以正确地提取出所需求的信息，如时刻、方位等信息，终究完结了GPS数据收集及处理等作业，为搜寻救援、事端定位等作业供给了技能根据。
