导航技术基础实验报告

导航技术基础导航技术基础 实验报告实验报告 学号 学号 0910200101 姓名 姓名 丁蓉丁蓉 南京理工大学自动化学院 1 目目 录录 实验一实验一 全球定位系统 全球定位系统 GPSGPS 实验 实验 2 实验二实验二 陀螺仪原理实验陀螺仪原理实验 4 实验三实验三 电子罗盘电子罗盘H3300H3300原理实验原理实验 7 实验四实验四 C100单轴罗盘实验单轴罗盘实验 9 2 实验一 全球定位系统 GPS 实验 一 实验目的 1 熟悉GPS的结构和工作原理 2 熟悉GPS信号串口传输技术 3 掌握GRMIN公司GPS25LP OEM板实验系统 二 设备清单 1 GPS25LP OEM板 1套 2 开关电源 1个 3 五金工具 1套 4 万用表 1只 5 GRMIN公司GPS25LP OEM板技术资料 1本 上课期间 实验设备由组长保管 上课期间遗失或损坏的器件须按原价赔 偿 三 课堂要求 1 课前认真预习 精心准备 2 在不损坏器件或愿意赔偿的情况下自由使用器件 3 不同小组的器件不要混用 4 课后整理桌面 5 不在课堂做任何与学习无关的事 6 课后认真填写实验报告 四 注意事项 1 轻拿轻放加GPS实验系统 防止摔落地面 2 避免直接接触GPS实验系统电路板 3 禁止带电插拔 4 常见问题的处理 参见技术手册 五 实验内容与步骤 3 1 GPSGPS实验系统电路连接实验系统电路连接 1 将GPS天线接入电路板 2 检查电路连接是否正确 3 将GPS天线放至窗外 4 接通外接开关电源 5 记录所在位置的经纬度 高度 星数 六 实验报告内容 1 记录从GPS接收到数据 GPGGA 111539 3201 6766 N 11851 2457 E 1 03 6 6 22 0 M 2 3 M 47 GPGSA A 2 11 19 23 6 6 6 6 14 GPGSV 3 1 10 03 82 023 06 66 044 07 20 316 11 10 190 41 79 GPGSV 3 2 10 16 48 037 19 55 209 47 21 10 048 23 44 242 53 7B GPGSV 3 3 10 30 29 066 31 12 128 7A GPRMC 111540 A 3201 6770 N 11851 2461 E 000 0 000 0 230412 004 5 W 68 GPVTG 000 0 T 004 5 M 000 0 N 0000 0 K 7F 2 数据分析 当前时间 11时15分39秒 实验室经度 11851 2457 东半球 实验室纬度 3201 6766 北半球 卫星编号 03 卫星数量 03 其他信息 定位质量指标有效 水平精确度6 6 天线高程22米 大地椭球面相对 海平面的高度2 3米 总和校验数47 总的GSV语句电文数3 可视卫星总数10 UTC时 间11时15分53秒 UTC日期2012年4月23日 自动手动2D 3D定位模式 2D定位 VDOP垂直精度因子6 6 HDOP水平精度因子6 6 七 思考题 根据GPS的工作原理和特性 分析如何利用两个或多个GPS系统协同工作提高 4 测量精度 使用多个设备来提高精度 影响定位精度的主要有运载体与导航台之间的时钟 基准误差和运载体与导航台之间的分布情况 我们要采取非常稳定的振荡器 且合理分布导航台 如下 d 5 实验二 陀螺仪实验 一 实验目的 1 熟悉陀螺的结构和工作原理 2 熟悉陀螺信号处理技术 3 掌握Horizon陀螺实验系统 二 设备清单 1 Horizon陀螺 1个 2 开关电源 1个 3 五金工具 1套 4 万用表 1只 5 Horizon陀螺技术手册 1本 上课期间 实验设备由组长保管 上课期间遗失或损坏的器件须按原价赔 偿 三 课堂要求 1 课前认真预习 精心准备 2 在不损坏器件或愿意赔偿的情况下自由使用器件 3 不同小组的器件不要混用 4 课后整理桌面 5 不在课堂做任何与学习无关的事 6 课后认真填写实验报告 四 注意事项 1 轻拿轻放陀螺 防止摔落地面 2 避免直接接触陀螺输入 输出接口 3 禁止带电插拔 4 常见问题的处理 参见技术手册 五 实验内容与步骤 1 陀螺外围电路 陀螺外围电路 6 1 将陀螺接入电路板 2 检查电路连接是否正确 3 接通外接开关电源 4 利用万用表测量并记录陀螺输入电压 静止状态下的输出值 2 沿转轴运动特性测量 沿转轴运动特性测量 1 检查电路连接 2 沿陀螺转动轴顺时针由慢至快转动陀螺 3 沿陀螺转动轴逆时针由慢至快转动陀螺 4 分别利用测量软件测量并记录陀螺的输出值 3 倾斜运动特性测量 倾斜运动特性测量 1 检查电路连接 2 分别沿与陀螺转动轴约30O 45O 90O倾角顺时针由慢至快转动陀螺 3 分别沿与陀螺转动轴约30O 45O 90O倾角逆时针由慢至快转动陀螺 4 利用测量软件测量并记录陀螺的输出值 5 分析数值的正确性 六 实验报告内容 1 根据实验数据绘制陀螺特性曲线 7 2 分析 比较陀螺动态特性 3000 3300为低电平 3300 3500为变化过程 3500 3700为高电平 给陀螺仪信号旋转信号时 陀螺仪就输出不同的信号 七 思考题 根据陀螺的工作原理和特性 考虑陀螺可应用于哪些系统 简述其工作原理 8 陀螺仪的工作原则是根据旋转轴的方向旋转在没有外力来影响时 它不会改变 人们根据 这个原因 用它来可以保持方向性制造出来的东西就是陀螺仪 在陀螺仪时 要给他一个 力 使它旋转起来 及快速转动 一般可达到每分钟几十万转 工作时间特别长 然后使 用多种多种方法可以读取轴指出的方向 并自动将信号传输给控制系统 通过控制系统的分析 就可以很轻松得到当前方向 被广泛应用于航空 航海 航天和国防工业等领域 陀螺仪的主要功能有陀螺方向仪 陀螺罗盘 陀螺垂直仪 陀螺稳定器 速率陀螺仪 陀 螺稳定平台等 利用陀螺仪的动力学特性制成的各种仪表或装置 详细介绍如下 一陀螺方向仪 能给出飞行物体转弯角度和航向指示的陀螺装置 它是三自由度均衡陀螺 仪 其底座固连在飞机上 转子轴提供惯性空间的给定方向 若开始时转子轴水平放置并 指向仪表的零方位 则当飞机绕铅直轴转弯时 仪表就相对转子轴转动 从而能给出转弯 的角度和航向的指示 由于摩擦及其他干扰 转子轴会逐渐偏离原始方向 因此每隔一段 时间 如15分钟 须对照精密罗盘作一次人工调整 二陀螺罗盘 供航行和飞行物体作方向基准用的寻找并跟踪地理子午面的三自由度陀螺仪 其外环轴铅直 转子轴水平置于子午面内 正端指北 其重心沿铅垂轴向下或向上偏离支 承中心 转子轴偏离子午面时同时偏离水平面而产生重力矩使陀螺旋进到子午面 这种利 用重力矩的陀螺罗盘称摆式罗盘 近年来发展为利用自动控制系统代替重力摆的电控陀螺 罗盘 并创造出能同时指示水平面和子午面的平台罗盘 三陀螺垂直仪 利用摆式敏感元件对三自由度陀螺仪施加修正力矩以指示地垂线的仪表 又称陀螺水平仪 陀螺仪的壳体利用随动系统跟踪转子轴位置 当转子轴偏离地垂线时 固定在壳体上的摆式敏感元件输出信号使力矩器产生修正力矩 转子轴在力矩作用下旋进 回到地垂线位置 陀螺垂直仪是除陀螺摆以外应用于航空和航海导航系统的又一种地垂线 指示或量测仪表 四陀螺稳定器 稳定船体的陀螺装置 20世纪初使用的施利克被动式稳定器实质上是一个 装在船上的大型二自由度重力陀螺仪 其转子轴铅直放置 框架轴平行于船的横轴 当船 体侧摇时 陀螺力矩迫使框架携带转子一起相对于船体旋进 这种摇摆式旋进引起另一个 陀螺力矩 对船体产生稳定作用 斯佩里主动式稳定器是在上述装置的基础上增加一个小 型操纵陀螺仪 其转子沿船横轴放置 一旦船体侧倾 小陀螺沿其铅直轴旋进 从而使主 陀螺仪框架轴上的控制马达及时开动 在该轴上施加与原陀螺力矩方向相同的主动力矩 借以加强框架的旋进和由此旋进产生的对船体的稳定作用 9 五速率陀螺仪 用以直接测定运载器角速率的二自由度陀螺装置 把均衡陀螺仪的外环固 定在运载器上并令内环轴垂直于要测量角速率的轴 当运载器连同外环以角速度绕测量轴 旋进时 陀螺力矩将迫使内环连同转子一起相对运载器旋进 陀螺仪中有弹簧限制这个相 对旋进 而内环的旋进角正比于弹簧的变形量 由平衡时的内环旋进角即可求得陀螺力矩 和运载器的角速率 积分陀螺仪与速率陀螺仪的不同处只在于用线性阻尼器代替弹簧约束 当运载器作任意变速转动时 积分陀螺仪的输出量是绕测量轴的转角 即角速度的积分 以上两种陀螺仪在远距离测量系统或自动控制 惯性导航平台中使用较多 六陀螺稳定平台 以陀螺仪为核心元件 使被稳定对象相对惯性空间的给定姿态保持稳定 的装置 稳定平台通常利用由外环和内环构成制平台框架轴上的力矩器以产生力矩与干扰 力矩平衡使陀螺仪停止旋进的稳定平台称为动力陀螺稳定器 陀螺稳定平台根据对象能保 持稳定的转轴数目分为单轴 双轴和三轴陀螺稳定平台 陀螺稳定平台可用来稳定那些需 要精确定向的仪表和设备 如测量仪器 天线等 并已广泛用于航空和航海的导航系统及 火控 雷达的万向支架支承 根据不同原理方案使用各种类型陀螺仪为元件 其中利用陀 螺旋进产生的陀螺力矩抵抗干扰力矩 然后输出信号控 照相 系统 10 实验三 电子罗盘H3300实验 一 实验目的 1 熟悉电子罗盘的结构和工作原理 2 熟悉电子罗盘信号处理技术 3 掌握电子罗盘H3300实验系统 二 设备清单 每组学生拥有一套H3300实验套件 上课期间由组长保管 上课期间遗失或 损坏的器件须按原价赔偿 1 H3300 1个 2 开关电源 1个 3 五金工具 1套 4 万用表 1只 5 H3300产品技术资料 1本 三 课堂要求 1 课前认真预习 精心准备 2 在不损坏器件或愿意赔偿的情况下自由使用器件 3 不同小组的器件不要混用 4 课后整理桌面 5 不在课堂做任何与学习无关的事 6 课后认真填写实验报告 四 注意事项 1 轻拿轻放H3300 防止摔落地面 2 避免直接接触H3300输入 输出接口 3 禁止带电插拔 4 常见问题的处理 参见技术手册 五 实验内容与步骤 1 电子罗盘外围电路 电子罗盘外围电路 11 1 将电子罗盘接入电路板 2 检查电路连接是否正确 3 接通外接开关电源 4 利用万用表测量并记录加速度计输入电压 静止状态下的输出值 六 实验报告内容 1 记录电子罗盘H3300输出数据 2 数据分析 数据第一排的航向角 第二排是俯仰角 第三排是横向角 七 思考题 根据电子罗盘H3300的工作原理和特性 简述其应用领域 飞机 轮船的导航系统 飞行员可以了解角度 更好的控制飞机的飞行 避免 过大的浮动 也可以更好的减缓高中气流对飞机的影响 通过对角度的变化的 测量 得知当前处于的大体情况 以便于后面的操作和转向 12 实验四 C100单轴罗盘实验 一 实验目的 1 熟悉C100单轴罗盘结构和工作原理 2 熟悉C100单轴罗盘信号处理技术 3 掌握C100单轴罗盘实验系统 二 设备清单 每组学生拥有一套C100单轴罗盘实验系统 上课期间由组长保管 上课期 间遗失或损坏的器件须按原价赔偿 1 开关电源 1个 2 五金工具 1套 3 万用表 1只 4 C100电子罗盘1只 9 C100电子罗盘技术资料 1本 三 课堂要求 1 课前认真预习 精心准备 2 在不损坏器件或愿意赔偿的情况下自由使用器件 3 不同小组的器件不要混用 4 课后整理桌面 5 不在课堂做任何与学习无关的事 6 课后认真填写实验报告 四 注意事项 1 轻拿轻放加实验系统 防止摔落地面 2 避免直接接触实验系统电路