全球卫星定位导航系统(GPS)是随着现代科学技术的迅速发展而建立起来的以接收导航卫星信号为基础的非自主式导航定位系统,该系统最初只用于军方,向民用开放后快速渗透到各行各业。自上世纪80年代引入我国以来的使用表明,GPS定位技术以观测站间无需通视、测量组人员投入少等优势,给测绘领域带来了一场深刻的技术革命。GPS技术在地球物理勘探中的应用是其一个重要的应用领域。地球物理勘探野外工作,在进行地球物理场测量的同时,须进行点位及其高程测量,GPS技术相对传统测地方法而言具有高精度及高效率的优势,使用更方便。对于地球物理勘探,一般要求水平高程精度都在1米左右,而重力勘探要求高程定位精度在厘米级水平。对于现有单机定位精度为3～5米手持型GPS接收机而言,精度常常不能满足要求;而重力勘探的测地工作中一般需要使用双频差分GPS技术,仪器价格昂贵。而且,市场上还没有专门为满足物探工作需要设计的低成本GPS接收机产品。专业级的差分GPS接收机的测量基线长度一般要求达到数十公里,而工程地球物理勘察及其他相关应用往往并不需要达到如此大的测量范围。本论文以设计低成本、用于短基线测量的较高精度的差分GPS接收机为目标。出于野外工作效率的考虑,提出在测量基线长度不超过3km,观测时间不超过10分钟的前提下,以ARM微处理器为系统控制器,采用快速静态差分技术,获得平面定位及高程测定精度达到厘米级水平设计要求。将ARM嵌入式技术与GPS技术相结合,充分发挥ARM微处理器功耗低、体积小、功能多等特点,利用ARM微处理器配合合适的GPS-OEM模块,开发适用于物探专业需求的GPS接收机具有重要的实用意义。本文正是从这种思想出发,设计开发基于GPS-OEM板的静态测量型GPS接收机。本文首先提出了静态差分测量型GPS接收机的总体设计方案,接下来重点阐述了系统的设计方法,系统设计分为硬件部分和软件部分。硬件部分包括主控单元模块LPC2214、电源电路、复位电路、时钟电路、JTAG电路、系统存储器扩展电路、RS232串行接口电路、128~*64图形点阵液晶显示电路、I~2C与键盘电路、SD卡存储接口电路及GPS接收模块接口电路等部分的设计开发。软件部分主要完成了系统控制程序的开发,主要包括SD卡软件设计,FAT16文件系统的建立,LCD液晶显示,I~2C键盘,GPS数据传输存储等几个细成部分。最后,对GPS接收机进行了系统测试,给出了测试方案并对测试结果进行了解算分析。由于目前只搜集到了一条已知基线资料,没有足够不同长度的已知基线来对样机定位精度随基线长度的变化规律进行分析。因此设计实验测试方案如下:首先,在已知基线上多次重复测量,了解样机的测量精度,确定测量值的误差范围;其次,对不同的基线长度进行多次重复测量,了解随基线长度的增加,系统随机误差的变化趋势;然后,进行流动站点间超短距离的多次重复测量,测量解算结果与钢尺丈量的超短基线数据进行比较,以弥补基线资料不足,了解样机在超短距离差分测量时的误差范围。实验结果表明:接收机工作稳定,定位精度基本不存在系统误差;定位误差随基线长度的增加有所增加,基线长度＜5km,10分钟静态差分定位平距和高差标准差均＜5cm,满足本论文的设计要求。另外,实验中对天气条件影响进行了资料对比和分析。通过系统设计和研究,得到如下主要结论:(1)在GPS-OEM的选择上的尝试是成功的。设计所采用的这一款单频GPS-OEM板的数据手册中给出其差分定位精度为＜0.5m,但在较短基线的差分测量中,该板表现出的定位精度远比其标称值理想。这一特性对用于小范围、较高精度测量的差分GPS接收机的设计,提供了一种降低成本的有效途径,实现了用中低档GPS-OEM板研制高精度GPS接收机的设想。(2)GPS接收机系统的整体设计思路是合理的。用ARM作为系统控制器,发挥了ARM数据处理功能强大,片上资源丰富的优势,简化了系统的外围电路设计,降低了系统开发成本,提高了系统的稳定性;满足了GPS接收机作为野外便携式仪器在功耗、体积等方面的特殊要求。(3)GPS接收机系统精度能满足本论文的设计目标。所设计的接收机样机,在配合使用碟型GPS信号接收天线时进行的差分测量结果表明:在基线长度不超过3km时,10分钟快速静态差分测量获得的测点点位及高程精度均可以达到厘米级水平;随基线长度的增加,接收机定位的点位误差和高程误差均有所增加;气候波动对测量结果的影响有限。系统能满足中大比例尺的地球物理勘探和工程测量中测点工作的需要。最后,指出了本文的主要不足之处并为下一步工作提出了合理的建议。