衛(wèi)星定位與導航實驗教學指導書edit

1、 GPS測量原理與應用課程實驗教學指南 適用專業(yè)：測繪工程 ·衛(wèi)星定位與導航課程實驗教學大綱 ·衛(wèi)星定位與導航課程實驗教學指導書 ·衛(wèi)星定位與導航課程實驗教學附表淮海工學院2010年2月衛(wèi)星定位與導航實驗教學大綱課程名稱： 衛(wèi)星定位與導航 課程性質(zhì)：專業(yè)必修課課程總學時：64 總學分： 3 實驗學時： 12 應開實驗項目數(shù)：4實驗類別： 課程內(nèi)實驗 實驗室名稱：空間信息工程適用專業(yè)： 測繪工程專業(yè)（工程測量方向、地籍信息與管理方向）一、實驗目的與任務：通過以下四個實驗項目，使學生熟悉GPS接收機的組成和結(jié)構(gòu)，以及各個組成部分的基本功能；理解其工作原理；掌握GPS操

2、作的具體流程；進一步鞏固和拓展理論知識，培養(yǎng)學生的實踐能力。 二、實驗教學基本要求： 掌握測地型GPS接收機操作功能，熟練掌握GPS接收機觀測中的項目設計、數(shù)據(jù)觀測、數(shù)據(jù)傳輸、標準數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、外業(yè)數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查、基線解算、網(wǎng)平差、質(zhì)量檢查、成果整理與提交的基本方法。實驗項目與內(nèi)容提要序號實驗項目名稱實驗學時內(nèi) 容 提 要實驗 要求實驗類型分組人數(shù)1GPS靜態(tài)數(shù)據(jù)采集4靜態(tài)觀測點位的選擇、數(shù)據(jù)線連接、參數(shù)設置、數(shù)據(jù)采集、現(xiàn)場填寫GPS測量觀測手簿必做操作性32GPS動態(tài)數(shù)據(jù)采集4儀器連接、改正數(shù)的形成、發(fā)送方式、收發(fā)路徑、參數(shù)設置、統(tǒng)一坐標系統(tǒng)、精度評定必做操作性33GPS基線解算2觀測數(shù)據(jù)下載

3、、Rinex格式轉(zhuǎn)換、外業(yè)數(shù)據(jù)質(zhì)量檢核、限差的設置、基線的解算、精度評定必做綜合性14GPS網(wǎng)平差2無約束網(wǎng)平差、（聯(lián)合平差）、約束網(wǎng)平差、精度評定必做綜合性1三、成績考核方法： 按要求提交指定的文本和執(zhí)行過程的截圖圖件，并撰寫實驗報告；操作技能考核和數(shù)據(jù)處理結(jié)果占實驗成績的30%、提交實驗報告占實驗成績的40%。出勤及實驗課表現(xiàn)占實驗成績的30%，實驗成績共占平時成績的50%。四、實驗教材及主要參考書： 1、周立.GPS定位與導航實驗指導書.自編，20052、徐紹銓,張華海,楊志強. GPS測量原理與應用.武漢:大學出版社，20043、劉大杰.全球定位系統(tǒng)（GPS）的原理與數(shù)據(jù)處理.上海:同

4、濟大學出版社，1995衛(wèi)星定位與導航課程實驗教學指導書衛(wèi)星定位與導航課程實驗教學是對學生進行GPS定位與導航操作基本技能訓練的一個重要實踐環(huán)節(jié)。本實驗教學的目的是使學生進一步鞏固和加深GPS定位與導航技術(shù)的理論知識，初步進行GPS測量人員實踐訓練，進而掌握GPS 測量儀器操作和數(shù)據(jù)處理技能。其實驗教學基本要求為：1、熟練掌握GPS天線的整平、對中、安裝；2、熟練掌握GPS接收機系統(tǒng)配置與連接；3、熟練掌握GPS接收機系統(tǒng)參數(shù)設置；4、熟練掌握GPS接收機測站信息采集與設置；5、熟練掌握GPS接收機數(shù)據(jù)采集與觀測信息評價；6、熟練規(guī)范填寫各種測量手簿；7、熟練掌握GPS網(wǎng)平差。實驗一 GPS靜態(tài)

5、數(shù)據(jù)采集一、實驗目的和要求 通過本次實驗，每位同學能獨立完成如下實踐內(nèi)容：GPS觀測方案設計、儀器準備、觀測點位選擇、觀測流程、衛(wèi)星截止高度角和數(shù)據(jù)采樣間隔的設置、天線高量取、正確填寫GPS測量觀測手簿。二、實驗安排1、實驗時數(shù)：4學時2、人員組成：2至4人3、實驗地點：室外三、實驗設備清單GPS接收機1臺（含電池2塊）、控制器1臺（含電池）、三腳架1支，基座1個，小鋼尺1個，GPS接收機軟包，小連接桿1個。四、實驗操作流程靜態(tài)測量是利用GPS天線連續(xù)接收衛(wèi)星播發(fā)的GNSS衛(wèi)星信號，根據(jù)接收到小數(shù)部分的載波數(shù)，與長時間觀測，應用數(shù)學方法解算出來整數(shù)部分的載波數(shù)，求解出地面到衛(wèi)星的距離。GNSS

6、靜態(tài)測量主要由以下幾個環(huán)節(jié)組成，1)、野外踏勘；2)、選點埋石；3)、靜態(tài)數(shù)據(jù)采集；4)、數(shù)據(jù)下載；5)、數(shù)據(jù)解算；6)、精度評定；7)、成果整理與上交。觀測的同時，做好觀測手簿（附錄1）的填寫，流程如下：a)、觀測點位確定；b)、嚴格對中整平，對中誤差應3mm；c)、天線定向標志應指向正北，定向誤差不宜超過±5°。d)、儀器連接，連接數(shù)據(jù)線時，數(shù)據(jù)幀與手簿平面嚴格垂直。e)、分別量取120度方向天線高，互差不得大于3mm,取平均值作為最后測量值。f)、儀器參數(shù)確定：輸入點名、天線高、采樣間隔、數(shù)據(jù)截止高度角等參數(shù)。g)、數(shù)據(jù)采集，分別在開機和關(guān)機時記好PDOP值。h)、在

7、觀測過程中，當場如實填寫GPS測量觀測手簿圖1、GPS靜態(tài)相對定位附錄1 GPS測量觀測手簿 手簿編號No 測量級別 起止日期 項目名稱 點 名 點 號 測量單位 表一 GPS測量手簿記錄格式點號點名圖幅編號觀測記錄員觀測日期時段號接收機型號及編號天線類型及其編號存儲介質(zhì)類型及編號原始觀測數(shù)據(jù)文件名Rinex格式數(shù)據(jù)文件名備份存儲介質(zhì)類型及編號近似緯度° N近似經(jīng)度° E近似高程 m采樣間隔開始記錄時間結(jié)束記錄時間天線高測定天線高測定方法及略圖點位略圖測前： 測后測定值 m m修正值 m m天線高 m m平均值 m m記事GPS測量手簿記錄內(nèi)容及要求如下：點號、點名。圖幅編

8、號：填寫點位所在的1：50000地形圖圖幅編號。觀測員、記錄員。時段號、觀測日期：每個測站時段號按順序連續(xù)編寫，如：01、02、03；觀測時間填寫年、月、日，并打一斜線填寫年積日。接收機型號及編號、天線類型及編號：填寫全名，如“Ashtech ZXtreme”、“扼流圈雙波段天線”，主機及天線編號（S/N、P/N）從主機及天線上查取，填寫完整。存儲介質(zhì)及編號、備份存儲介質(zhì)及編號。原始數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)文件名、Rinex格式數(shù)據(jù)文件名。近似緯度、近似精度、近似高程：近似經(jīng)緯度填至1，近似高程填至100m。采樣間隔、開始記錄時間、結(jié)束記錄時間：采樣間隔填寫接收機實際設置的數(shù)據(jù)采樣率。站時段號、日時段號。天線

9、高及其測定方法及略圖：測定方法如下，各項測定值取至0.001m。點位略圖：按點附近地形地物繪制，應有3個標定點位的地物點，比例尺大小視點位具體情況確定。點位環(huán)境發(fā)生變化后，應注明新增障礙物的性質(zhì)，如：樹林、建筑物等。測站作業(yè)記錄：記載有效觀測衛(wèi)星數(shù)、PDOP值等，B級每4h記錄一次，C級每2h記錄一次，D級、E級觀測開始與結(jié)束時各記錄一次。記事：記載天氣狀況，填寫開機時的天氣狀況，按晴、陰、小雨、中雨、大雨、小雪、中雪、大雪、風力、風向選一填寫，同時記錄云量及分布；記載是否進行偏心觀測，其記錄在何手簿，以及整個觀測過程中出現(xiàn)的重要問題，出現(xiàn)時間及其處理情況。實驗二 GPS動態(tài)數(shù)據(jù)采集一、實驗目

10、的和要求 通過本次實驗，每位同學能獨立完成如下實踐內(nèi)容：儀器連接、電臺設置、參考站設置、流動站設置、點位觀測、項目建立和坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解。二、實驗安排1、實驗時數(shù)：4學時2、人員組成：2至4人3、實驗地點：室外三、實驗設備清單基準站部分：三角架兩個；基座兩個、連接桿兩個、GPS接收機1個、電臺1個、數(shù)據(jù)線三個、12v電源1個，手簿、數(shù)據(jù)發(fā)射天線1個，儀器箱2個。流動站部分：對中桿1個，GPS主機1個（含電池2個），手簿1個，儀器軟包，繪畫草圖資料（自備）四、實驗操作流程電臺作業(yè)模式的操作a)、儀器連接圖2 基準站的架設圖 3 電臺模式整體連接圖圖 2-3 發(fā)射天線連接圖圖 4 加長桿連接圖圖

11、 5 電臺連接圖警告，電臺注意事項：電源線和蓄電池的連接要注意紅正黑負，避免短路情況。電臺連接要確保先接天線，避免沒天線時發(fā)送信號被電臺自身吸收導致燒壞。在連接線纜的時候，注意Lemon頭紅點對紅點的連接。b)、電臺的設置在電臺模式下作業(yè)時，使用電臺面板Power鍵打開電臺，使用上下鍵和回車鍵進入【設置】菜單。切換到【功頻】，對功率和頻率進行相應設置。(其他選項一般不需設置)圖 6 電臺面板圖 7 功率和頻率的設置選擇【功率設置】，根據(jù)作業(yè)距離選定合適的功率，一般空曠地區(qū)8W作業(yè)距離即可達到10公里左右，無需將功率設置過大，功率設置好后，再回到【頻率設置】，選定發(fā)射頻率，例如458.150MH

12、Z，確定后退到初始界面。查看電臺電源燈，一秒閃爍一次，電臺面板上的電壓在跳動，則表明基準站設置成功并正常發(fā)射差分數(shù)據(jù)。下次作業(yè)時基準站開機即可發(fā)射，無需重復設置。對于電臺不需要經(jīng)常進行設置，除非調(diào)節(jié)其功率或頻率。對于基站是否正常工作，可通過查看DL3電臺燈（紅燈），是否一秒一次的閃爍，電壓是否正常跳動（一般功率在20瓦以內(nèi)，電壓跳動在1伏以內(nèi)）。c)移動站設置藍牙連接首先將手簿和GPS主機用藍牙進行連接，方法：打開RTKCE，選擇配置手簿端口配置，連接類型：藍牙，點下方的配置，進入藍牙搜索界面，點擊搜索，進行藍牙搜索，選擇搜到GPS的SN號，選擇綁定。然后點退出確定，即可。點擊【配置】->

13、;【移動站參數(shù)】->【內(nèi)置電臺和GPRS】，根據(jù)基準站電臺的發(fā)射頻率，設置移動站的電臺頻率，如圖：圖 8 X90自啟動移動站的設置點擊【設置】->【接受】，退出到測地通初始界面，點擊【配置】->【移動站參數(shù)】->【移動站選項】，查看廣播格式：CMR+，高度角（5度或13度）、天線高（2米）、測量到（天線底部）、天線類型（選擇儀器的型號X300）等各項設置。移動站收到差分信號后會有一個“單點定位”->“浮動”->“固定”的RTK初始化過程。單點定位接收機未使用任何差分改正信息計算的3D坐標。浮動移動站接收機使用差分改正信息計算的當前相對坐標。但對于浮點解來講，

14、相位的整周模糊度參數(shù)未能固定為一整數(shù)，而是用浮點的估值來替代它。不建議在此情況下測點。固定在RTK模式下，整周模糊度參數(shù)固定后，移動站接收機計算的當前相對坐標。達到固定解后即可開始測量。RTK初始化時間，根據(jù)衛(wèi)星PDOP值、周圍環(huán)境，基站距離，或長或短，正常一般在開機后90秒左右。圖 9 RTK初始化過程移動站在固定狀態(tài)下，打開測地通，【測量】->【點測量】，在實際作業(yè)過程中，一般都采用當?shù)刈鴺耍谝苿诱镜玫焦潭ń膺M行測量時，手簿“測地通”里所記錄的點是未經(jīng)過任何轉(zhuǎn)換得到的平面坐標。若要得到和已有成果相符的坐標，需要做“點校正”，獲取轉(zhuǎn)換參數(shù)，下面以一個常用例子做演示：注意參與點校正的控

15、制點一定要分布合理，避免線性分布，最好能覆蓋整個測區(qū)，避免短邊控制長邊。假設測區(qū)內(nèi)有 K4、K5、K7 三個已知點具有地方坐標，但不具有WGS84 坐標，已知條件如下：1 坐標系統(tǒng)：北京54坐標2 中央子午線：120度3 投影高度：04 已知點數(shù)據(jù)：K4 X：3846323.456 Y：471415.201 h：116.345K5 X：3839868.970 Y：474397.852 h：109.932K7 X：3840713.658 Y：473917.956 h：108.419d)項目建立和坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解打開測地通，【文件】->【新建任務】，命一個文件名，選擇跟已知點相匹配的“坐標

16、系統(tǒng)”，點擊【確定】，再打開【文件】->【保存任務】圖 10 新建任務確定坐標系統(tǒng)選擇【配置】à【坐標系管理】，根據(jù)已知點選取所需要的坐標系，一般來說地方坐標系也是用北京54橢球，主要是修改中央子午線（標準的北京54坐標系一定要根據(jù)已知點坐標計算出3度帶或6度帶的中央子午線），而【基準轉(zhuǎn)換】、【水平平差】、【垂直平差】都無需設置，當點校正后參數(shù)將自動保存到此處。 圖 11 坐標系管理 鍵入已知點方法：測地通，【鍵入】->【點】，輸入已知點k4坐標，控制點打上勾，點擊【確定】，再繼續(xù)輸入k5、k7的已知點，【確定】。圖12 輸入已知點 點校正方法：測量已知點，找到K4、K5

17、、K7的實地位置，選擇【測量】->【測量點】，選擇測量到天線底部，天線高：2米測量出三個點的坐標，分別命名為K4-1、K5-1、K7-1，三個點必須在同一個BASE下，測量后開始進行點校正。校正方法：【測量】à【點校正】圖 13 點校正點擊增加，在網(wǎng)格點名稱和GPS點名稱兩項控件里分別選中已知當?shù)仄矫孀鴺薑4和實測的WGS84坐標K4-1，校正方法選中“水平和垂直”。點擊增加，分別加入校正點K5、K7和K5-1、K7-1，點擊計算得出校正參數(shù)，再點擊確定（會出現(xiàn)兩個確定對話框，第一個確定是將當前坐標系替換成校正后的坐標系，第二個確定是將所有的坐標系統(tǒng)都替換成校正后的坐標系統(tǒng)，一

18、般都默認點擊兩個確定），完成校正。圖14 點校正注意有三個或以上控制點參與平面“點校正”后才有水平參差，水平參差一般不要大于0.015m；有四個或以上的控制點參與垂直“點校正”后才有垂直參差，垂直參差一般不要大于0.02m。點校正結(jié)束，就可以直接進行測量或放樣，【測量】->【測量點】，【測量】->【點放樣】->【常規(guī)點放樣】，按照提示的方法進行選擇點，如果放樣的點很多的情況下，可以選擇最近點進行放樣，按照界面上顯示的提示進行尋找即可找到該點。選擇放樣界面右下角的測量，進入測量界面，點擊測量，進行測點，測點之后會顯示該點的放樣誤差，如果點擊確定，則這個點的放樣誤差就會自動保存，

19、在放樣點的界面里這個點會自動刪除，但在點管理器中不會刪除。如果點擊取消，則重新尋找這個點。 重設當?shù)刈鴺俗鴺嗽诿總€測區(qū)進行測量或放樣的工作有時需要幾天甚至更長的時間，為了避免每天都重復進行點校正工作或者每次都要麻煩的把基準站架設在已知點上，可以在每天開始測量工作以前先做一下“重設當?shù)刈鴺恕保ù藭r基準站須任意架設或設置成自啟動基準站，而移動站的操作則是找一個已測點做一下平移的過程）具體解釋：當我們多次架設基準站后，軟件會自動按架設順序命名為“基準站1”、“基準站2”、“基準站3”、因為移動站的坐標是基于基準站起算坐標得到的。當起算坐標由于基準站搬站而變化后，需要重設當?shù)刈鴺恕７椒?：基準站2若是

20、架設在未知點，那么將移動站再次去測量一個在基準站1下測過的精度較高的點a，重新測量命名為a2，點擊【文件】>【元素管理器】>【點管理器】，在基準站2下面選中a2點，雙擊或點擊細節(jié)，點擊重設當?shù)刈鴺?，再點擊出現(xiàn)控件在彈出的列表中選中基準站1下測得的a點，兩次確定后即完成重設當?shù)刈鴺说墓ぷ鳌D 15 重設當?shù)刈鴺?基準站3、基準站4重設當?shù)刈鴺朔椒ㄍ鶞收?.注意1 基準站若是自啟動的方式，因斷電重開機后，即使基準站位置沒變，也需要做重設當?shù)刈鴺说墓ぷ鳌? 基準站若是自啟動的方式，移動站需要在手簿上有測量點的操作后，才會在【點管理器】里面記錄下基準站信息。具體工作測地形：通過測量測量點

21、對需要測量的地物進行測量。在選項中可以更改觀測時間和水平精度、垂直精度。如果在測量的過程中出現(xiàn)“點的精度不能滿足要求”，是因為衛(wèi)星解算出來的精度H(水平精度)和V（垂直精度）不在設定的范圍之內(nèi)，可在選項里將設定的水平和垂直精度放大。如果在測量的過程中出現(xiàn)倒計時不動的現(xiàn)象，可在選項里將安全模式前的勾取消。234 如果想查看測得點坐標只需點文件元素管理器點管理器就可以查看到各個點的坐標。5 點放樣：選擇測量點放樣常規(guī)點放樣，按照個人想要放樣的點選擇方法，如果放樣的點很多，將所有的點增加進來以后，選擇最近點進行放樣，放完該點之后再在放樣列表中將刪除該點（在點管理器中是不會被刪除的）。678910 數(shù)

22、據(jù)導出：在手簿上選擇文件導出點坐標導出（CASS格式或者選擇其他格式：點名，代碼，X,Y,Z或其他）。輸入文件名點確定。然后退出軟件，打開“我的設備Program FilesRTKceProjects之前測量的文件”，長點導出的數(shù)據(jù)，選擇復制。然后再打開“我的設備Storage Card”，在空白的地方長點，選擇粘貼。最后將手簿連上電腦，在U盤中將數(shù)據(jù)復制到電腦上即可。11 數(shù)據(jù)導入：如果需要放樣，若點比較多，現(xiàn)在電腦上編輯（可編輯為文本文檔，編輯的具體格式看導入數(shù)據(jù)時可以選擇的格式）然后連上手簿，把編輯好的數(shù)據(jù)復制到U盤中，然后打開RTKce，選擇文件導入當?shù)攸c坐標導入，選擇對應的格式，再點

23、瀏覽，選擇保存數(shù)據(jù)的那個文件夾，在文件類型中選擇ALL FILES。就可以看到你保存在里面的數(shù)據(jù)，選中導入。實驗三 GPS基線解算一、實驗目的和要求 通過本次實驗，每位同學能獨立完成如下實踐內(nèi)容：儀器連接、電臺設置、參考站設置、流動站設置、點位觀測、項目建立和坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解。二、實驗安排1、實驗時數(shù)：4學時2、人員組成：人3、實驗地點：計算機房三、實驗操作流程下載數(shù)據(jù)：將數(shù)據(jù)線跟電腦的COM口連接之后，另一端接在GPS主機上，開機之后打開“HCLoader”軟件，在連接設置中選擇合適的COM。然后根據(jù)時間選擇測得數(shù)據(jù)，右擊選擇輸入測站信息，輸入該時間測的點名和天線高，點擊確定（時段和類型默

24、認）。在右邊的豎欄里選擇下載路徑，選擇已經(jīng)輸入測站信息的數(shù)據(jù)導進該文件夾。每一個數(shù)據(jù)都要輸入測站信息，都要導入該文件夾。打開靜態(tài)處理軟件compass，選擇文件新建項目，選擇導數(shù)據(jù)的文件夾，修改任務名稱和坐標系統(tǒng)，點擊創(chuàng)建，當出現(xiàn)詢問的對話框時點確定。選擇文件項目屬性，點擊修改，在投影方式里輸入中央子午線。 選擇文件導入，選擇導入數(shù)據(jù)的格式，確定之后選擇導入數(shù)據(jù)的文件夾，將所導的數(shù)據(jù)選擇，確定。這時數(shù)據(jù)就會導到軟件里去。選擇檢查觀測文件檢查，查看點是否有重合的。（兩個點之間的距離若為100米以內(nèi)，也會提示，查看網(wǎng)圖，看看是否是所測的點，如果是就不要管了，如果是同一個點就刪掉其中一個）。如果沒有提示就說明沒有問題。如果提示某個點跟某個點距離是多少多少米，