gps实验指导书

1 / 20gps 实验指导书江西理工大学空间定位技术及其应用课程实验指导书主审人：陈金泉 主撰人：马大喜前言空间定位技术及其应用是测绘工程专业和相近专业的一门专业课，GPS 是具有海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。GPS 与数学、物理学、生理学、心理学、电子学、计算机科学等学科相互交叉，是一门综合性边缘学科。GPS技术的多元化、多学科发展和集成特性，要求学生具有较广泛的知识面和扎实的基础知识。GPS 是一门专业性和应用性都很强的课程，教学过程中要注意加强实验课的学习。通过实验课的学习，可以将理论与实际联系起来，及时巩固课堂教学的内容，加深对基础理论的认识，同时可以为以后的集中实习打好基础。对每一堂实验课都应提出具体要求，实验课结束后，要让学生撰写实验报告，以加深实验内容的理解。 目录第一部分 绪论第二部分 基本实验指导实验一2 / 20实验二实验三实验四实验五第三部分 附录第四部分参考文献第一部分 绪论本实验指导书是根据空间技术及其应用课程实验教学大纲编写，适用于测绘工程，地理信息系统专业。一、 本课程实验的作用与任务。空间定位技术及其应用课间实验，主要任务是结合课堂教学，使学生了解 GPS 接收机的使用，数据的下载和数据处理，获得使用 GPS 接收机和初步处理 GPS 测量数据的能力。二、 本课程实验的基础知识本课程是配合空间定位技术及其应用课程的课堂教学的实验，以教材GPS 测量原理与应用和全球定位系统测量规范为本实验课的基础知识。三、 本课程实验教学项目及要求第二部分 基本实验指导实验项目序号 1 实验项目名称：GPS 接收机的认3 / 20识与操作一、 实验目的了解静态 GPS 接收机的构造、测量系统配臵，了解单点静态定位观测方法。二、实验原理三、主要仪器及耗材中海达 HD8200B， ，基座一个、三脚架一个，小钢尺一把，记录板及记录表格。四、 实验内容和步骤1、实验内容：认识了解静态 GPS 接收机，认识HD8200B 和 HD8200G 静态测量系统配臵，学会遥控器使用。2、实验步骤：由指导教师介绍 HD8200B 和 HD8200G 的测量系统部件；各小组自行安臵仪器；开机、连接主机；用遥控器进行测量设臵；静态观测 5-10 分钟；通过遥控器查看单点定位系统信息并记录在表内；关机。五、实验注意事项4 / 201、HD8200B 和 HD8200GGPS 接收机属于贵重的测量型 GPS 接收机，在安臵和使用时必须严格遵守操作规程，注意爱护仪器；2、使用时仪器注意防潮、防晒、放摔；3、不应在电压低的情况下长时间工作，否则数据的质量会受到影响；4、搬运主机机时，要十分小心，开箱前轻轻放好箱子，让仪器箱的盖子朝上，打开箱子的锁扣。六、思考题1、中海达 HB8200B，HB8200G 测量系统有哪些配臵？2、如何用遥控器进行测站设臵？3、如何用遥控器查看单点定位信息？实验序列号 2 实验项目名称：静态绝对定位数据采集一、实验目的了解静态定位绝对观测过程，掌握静态单点定位观测方法。二、实验原理测站上同时接受四个以上 GPS 卫星信号，利用卫星至接收机的距离进行空间后方交会。三、主要仪器及耗材5 / 20每组中海达 HD8200B、HD8200G 主机一台、基座 1 个、三脚架 1 个、小钢尺一把，记录板及记录表格。四 、实验内容和步骤实验内容：每人独立完成选定的一个测点上一个时段的观测。实验步骤：2-1 准备工作1、到测站后，先连接基座和脚架，对中整平；2、安装接收机在基座上；3、确认对中整平连接好接收机后，量取天线的斜高。2-2 开机测量1、打开接收机电源，打开遥控器；2、连接遥控器与主机进行自动连接；3、设臵工作方式：若工作方式不能更改，请在采集设臵中结束当前文件；4、查看卫星状态及是否进入 3-D；若未进入 3-D请等待收星，需要 1-2 分钟，直到进入 3-D 状态；5、输入文件名，时段及其它设臵参数，新建或修改，成功后进行以下操作；6、若静态，采集完成后结束文件或关机；7、若十五分钟内未能进入 3-D 状态，则接收机自6 / 20动关机以防误开接收机，并节约电能；8、主机上指示灯的状态代表的含义如下表：2-3、关机若到了关机时间即可关机。1、 检查对中整平，再量天线高并记录，检查卫星状况；2、 关了电源后，取下接收机、主机、基座装箱。五、实验注意事项1、 每 3=4 人为一组，使用一台仪器、每人依次独立完成一次实验内容；2、 其余同实验一。六、思考题1、 静态单点定位测量过程；2、 测站设臵依据是什么？天线高量测对数据处理有什么影响？3、 观测接受后数据如何下载。GPS 数据处理 实验指导书戴吾蛟 编二零一三年四月中南大学测绘与遥感科学系前言GPS 数据处理实验是学习本门课程的重要环节之一，7 / 20实验的设置是为了配合课堂教学，使学生熟练掌握和深入理解课堂教学内容，进一步强化 GPS 数据处理算法及流程。实验内容本门课程必做的实验有：1. GPS 卫星位置计算程序设计；2. 伪距单点定位程序设计；3. GPS 数据质量分析；4. GPS 工程控制网数据处理；实验 1 GPS 卫星位置计算程序设计一、实验目的? 熟悉导航文件数据格式及参数意义；? 掌握利用导航星历数据进行卫星位置计算的详细步骤；? 掌握卫星位置计算程序设计技巧；二、实验内容与要求设计一个卫星位置计算的函数；利用已有的 RINEX格式导航电文数据读写函数，从导航文件中读取数据，调用自己设计的卫星位置计算函数计算每颗卫星在星历发布时刻的卫星位置)，并保存至一个文件中。计算的详细步骤：1.计算真近点角 fs8 / 20计算平均角速度12 n?GM? GM?3? ?as?n?n0?n计算归化观测时间 tktk以参考时刻 toe 为基准的归化观测时间。if 则 tk?604800;if 则 tk?604800elset?t?t?t?a?a?a201oe20et为观测时刻卫星的钟面时t经卫星钟差改正的观测时刻计算观测时刻 t 的平近点角 Ms 和偏近点角 EsMs?Ms0?ntk Es?Ms?essinEs令 Ms=Es 进行迭代计算计算观测时刻的真近点角cosEs?es?cosfs? 1?escosEs? ?1? 22sinEs?sinf? ?s1?escosEs?2 fs?essinEs)/ ?esE fs?2tank)1?es22.计算升交距角及轨道摄动改正项参考历元的升交距角：u0=?s+fs9 / 20摄动改正项?u?Cussin2u0?Cuccos2u0?r?Crssin2u0?Crccos2u0 ?i?Cissin2u0?Ciccos2u03.计算升交距角、卫星的地心距离及轨道倾角u?u0?ur?as?r ?tki?i0?i?i4.计算卫星在轨道坐标系中的坐标?x?rcosu?y?rsinu?z?0?5.计算观测时刻升交点的经度?0?tk?t0e ?10?56.计算在协议地球系中的空间直角坐标?X?x? ?Y?RR?y?31?z?cos?sin?cosi R3R1?sin?cos?cosi ?sini ?0sin?sini?cos?cosi?cosi?10 / 20卫星定位与导航实验指导书卫星定位导航实验教学指导书卫星定位与导航课程实验教学是对学生进行GPS 定位与导航操作基本技能训练的一个重要实践环节。本实验教学的目的是使学生进一步巩固和加深 GPS 定位与导航技术的理论知识，初步进行 GPS 测量人员实践训练，进而掌握 GPS 测量仪器操作和数据处理技能。其实验教学基本要求为：1、熟练掌握 GPS 天线的整平、对中、安装； 2、熟练掌握 GPS 接收机系统配置与连接； 3、熟练掌握 GPS接收机系统参数设置； 4、熟练掌握 GPS 接收机测站信息采集与设置； 5、熟练掌握 GPS 接收机数据采集与观测信息评价； 6、熟练规范填写各种测量手簿；7、熟练掌握 GPS 导航方法 8、熟练掌握 GPS 网平差。实验一 GPS 静态定位数据采集一、实验目的和要求1. 练习 GPS 天线的整平、对中、安装； 2. 练习GPS 接收机静态系统配置与连接； 3. 了解 GPS 接收机静态系统参数设置； 4. 掌握 GPS 接收机测站信息采集与设置；5. 熟悉 GPS 接收机静态数据采集观测信息评价方11 / 20法 二、计划与设备1.实验时数安排为 2 学时、实验小组由 2、4 人组成，每小组可分为 2 个小小组，1 人操作仪器，1 人记录。2.每组的实验设备为 GPS 接收机 1 台，天线 1 台、控制器 1 台、三脚架 1 支，记录扳 1 块。3.每个实验班级。由实验室人员安置 GPS 接收机 1台，供各小组轮流参观试用。 4.实验地点： GPS 静态测量操作训练基地三、方法与步骤 1、GPS 接收机安置NovAtel RT2 接收机、THALES /Ashtech Promark-2 接收机 a). 作业员到测站后应先安置好接收机使其处于静置状态，然后再安置天线； b).天线用脚架直接安置在测量标志中心的垂线方向上，对中误差应3mm。天线应整平，天线基座上的圆气泡应居中；C).天线定向标志应指向正北，定向误差不宜超过5。对于定向标志不明显的接收机天线，可预先设置标记。每次应按此标记安置仪器。 d)每时段开机前，作业员应先量取天线高，由于备有专用测高尺，则可直接量取标志中心至天线基座天线高测量专用孔位的距离 h 下，在关机后再量取一次天线高 h 下作较核，两次所量天线高互差不得大于 3mm,取平均值为 h 下，记录在手薄。若互差超限，应查明原因，提出处理意见并记入测量手薄备注栏中。已12 / 20知天线基座天线高测量专用孔至厂方指定天线高部位距离为 h 上，则天线高按下式计算：1) 接收机和 GPS 天线连接? 专用天线端子 RF 连接 GPS 主机 2) 连接控制器 和 GPS 主机 ? GPS 主机 COM1 口? 控制器 RS232 口、eg/HP200 九针口3) 给 GPS 主机供电-天线电缆插入到主机 RF 端口并旋紧? 注意!电缆连接头的针必须对准天线端口上的孔-手簿数据电缆插入到主机COM1 端口并旋紧，另一接口插入到手簿右侧面九针端口中? 注意! LEMO 头红点对齐注意! 手簿端口与数据电缆接头的方向; 应该是数据电缆接头的突起向上插入到手簿端口。SOKKIA STRATUS 接收机每个接收机集成有天线。静态测量，接收机需安装在三角架上：定位天线：天线上部有一个在电池插口上方的小三角形作为定向标志，它用于指北。建议同时使用 STRATUS接收机时，定向同一个方向。13 / 20测天线高：在点位上，若三角架水平，接收机固定好，你需测量天线高或仪器高。下面指导如何进行：1） 、将天线环安装在接收机上，此环应牢靠地固定在天线上。 2） 、选择以下测高方式中的一种： ? 斜高 ? 垂高 ? 真高3） 、测量天线和地面点间的距离。4） 、将测量结果记录在野外手簿或 STRATUS 控制器上。注：精确测量和记录天线高时非常重要的。天线高测量不准确将会导致三维定位错误。 注：使用控制器必须遵循在合适的地方记录天线高。使用 Smart 3100 IS 控制器，只需记录天线斜高。使用控制器记录斜高，遵循以下步骤：1）从 Main Menu 屏幕上敲按钮，打开静态测量屏幕。2）按按钮创建新的观测时段或从文件窗口中选择已存在的观测时段。 3）从 Ant .Method 中选择 Slant。4）在 Ant. Method 中输入斜高，不需将天线半径输入控制器。控制器将自动计算真高用于后处理。注：当使用有刻度的测杆或固定高的三角架时，可测量天线的垂高和真高。当你测完天线高就可准备采集数据。14 / 202. GPS 接收机测站信息采集与设置填写测站名、年月日、时段号、天线高等信息于测量手簿GPS 外业观测手簿工程 GPS 外业观测手簿GPS 测量定位技术实习指导书编写：陈慧 李永川测绘工程系二一一年十二月GPS 测量定位技术实习指导书一、实训目的实训的目的是使学生了解根据 GPS 定位的特点来对工程控制网进行测定的过程，它和常规工程控制网的不同点和相同点，使所学理论知识与实践相结合，巩固和加深对新知识的理解，增强学生的动手能力，培养学生解决问题、分析问题的能力。通过学习，应达到如下要求：1、熟练掌握 GPS 接收机的使用方法，外业观测的记录要求。选点、埋石的要求。 2、合理分配时段、掌握星历预报对时段的要求。PDOP 值的大小对观测精度的影响，图形结构的设计及外业工作。手机或对讲机的合理应用。15 / 203、熟练运用 GPS-RTK / CORS 进行碎部测量，完成数据的传输。会用成图软件进行数字成图。4、培养学生热爱本职工作，关心集体、爱护仪器及工具的良好职业道德以及对工作认真负责，对技术精益求精的工作作风，遵守校纪校规，保护群众利益的社会公德。通过 GPS 定位实训，将所学知识融会贯通，从外业准备工作开始，测区踏勘、资料收集、人员组织、外业观测计划。GPS 网与地面网的联测方案，编写技术设计书并实施。依据测量工作“先整体后局部” 、 “先控制后碎部”的基本原则，首先完成 GPS 控制测量数据采集与处理，然后熟练运用 GPS-RTK / CORS 技术进行数字测图。二、实训任务与内容本实训是工程测量技术专业学生毕业前进行的一次综合性、模拟性的 GPS 测量定位技术综合实习，要求在测区内进行是静态 GPS 控制测量、GPS-RTK / CORS 数字测图。测区范围见附录 5，西至金明大道，北至喜台，东至西环路，南至解放路，测区面积约 8 平方公里。GPS 控制测量数据采集与处理 1实训前的准备工作实训动员，领取 GPS 接收机及物品，搜集资料。 16 / 202GPS 控制网的布设收集、查阅资料、测区踏勘，技术设计、实地选点埋石。根据已有的坐标点作为已知点，设计 GPS 控制网，其各项技术要求、技术指标均以 GPS 规范为依据。3星历预报作业组在进入测区观测前，应事先编制 GPS 卫星可见性预报表。预报表包括可见卫星号、卫星高度角和方位角、最佳观测卫星组、最佳观测时间、点位图形、几何图形强度因子等内容。4制定观测计划根据卫星可见性预报表、参加作业的接收机台数、点位交通情况、GPS 网形设计等因素，进行观测纲要设计。5GPS 接收机检验经过一般检视、通电检验和实测检验，提交检验报告。 6静态外业观测观测组遵守调度命令，按规定时间同步观测同一组卫星。 7外业观测记录测量手簿使用铅笔在现场按作业顺序完成记录。内容包括测点点名、仪器类型、仪器型号、观测时段、天线高、开机时间、关机时间等。8静态数据传输17 / 20将静态数据文件下载至特定路径下，备份并转换至特定数据格式。 9静态数据处理利用 TGO 软件，以城建坐标为已知点进行平差，包括定义椭球元素、选择坐标系统及投影参数、导入数据、解算基线、检验基线闭合差、网平差、成果导出。GPS-RTK / CORS 数字测图根据实际情况，选择 GPS-RTK 或 CORS 任一技术手段进行数字测图。 方法 1GPS-RTK 数字测图经架设基准站、启动基准站、启动流动站、点校正，流动站开始碎部测量，同时绘制草图，然后经测量成果检核将 RTK 数据传输至相应路径，将数据导入至 CASS 成图软件，根据所画草图绘制地形图。方法 2CORS 数字测图采用 GPRS 通讯方式连接服务器，启动 RTK 流动站开始碎部测量，同时绘制草图，然后经测量成果检核将RTK 数据传输至相应路径，将数据导入至 CASS 成图软件，根据所画草图绘制地形图。编写项目技术总结报告书在测绘任务完成后，对技术设计书和技术标准执行情况，技术方案、作业方法、新技术的应用，成果质量和主要问题的处理等进行分析研究、认真总结，并作出客观的评价与说明。18 / 20三、时间安排实训时间为 2 周。具体安排如下表 1。综合实训学时分配 表 1四、实训要求1、实训过程由指导老师和班委负责。外业工作根据实际情况分若干个大组，每大组分两小组，每组一台GPS 接收机，每台接收机均由指导老师和班干部具体负责。2、指导教师应以身作则，严格要求学生，经常对学生进行思想和安全教育工作，尤其对人身安全和仪器安全引起高度重视，并且应时时关心和爱护学生。3、学生应对工作认真负责，对技术精益求精、互相支持、搞好团结、共同努力完成任务。大组长负责仪器设备的领取和归还、以及工具的管理与安全工作，小组长负责学生的管理工作。4、加强组织纪律性，遵守学生守则、遵守实训制度，加强请假制度，无故不请假离开实训者，以旷课论处。5、静态数据处理要求每个同学计算一遍，打印成果上交。五、考核方式和成绩评定项目实训