現(xiàn)代通信技術(shù)實驗

UniversityofScience&TechnologyBeijingIUJ學(xué)院計算機與通信工程學(xué)院班級通信1303姓名李成鋼學(xué)號413560712016年10月25日實驗一：GPS/北斗數(shù)據(jù)采集與解析實驗內(nèi)容：通過上位機與實驗平臺通信，觀測衛(wèi)星星空圖和信號柱狀圖；對采集到的數(shù)據(jù)進行解析，了解NMEA0183數(shù)據(jù)格式，分析每條語句提供的信息。實驗要求：記錄采集到的GPS衛(wèi)星和北斗衛(wèi)星的相關(guān)信息，并根據(jù)采集的信息對GPS系統(tǒng)和北斗系統(tǒng)的性能進行比較、分析（例如，從衛(wèi)星捕獲時間、衛(wèi)星數(shù)量、信號強度等方面進行比較）。實驗分析：北斗定位系統(tǒng)與GPS定位系統(tǒng)的區(qū)別一、系統(tǒng)配置不同，北斗計劃35顆衛(wèi)星，27顆中軌衛(wèi)星，3顆地球靜止衛(wèi)星，5顆同步軌道衛(wèi)星；GPS計劃24顆衛(wèi)星，目前擴展至31顆衛(wèi)星，未來可能是36顆衛(wèi)星，而且全部是中軌道衛(wèi)星。二、信號頻率不同，GPS信號是L1、L2、L5，而北斗信號是B1、B2、B3。頻段不同，GPS信號頻段優(yōu)于北斗信號。三、定位模式，GPS定位是被動定位，用戶能受到系統(tǒng)信號，但不能發(fā)給系統(tǒng)信號；北斗支持雙向通信，用戶也能發(fā)給北斗系統(tǒng)信號。實驗二接收機高精度定位和測速實驗內(nèi)容：學(xué)習(xí)GPS的偽距定位原理，利用牛頓迭代法和最小二乘法求解方程組，從而實現(xiàn)GPS定位。實驗要求：學(xué)習(xí)并理解GPS/北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)航原理以及利用牛頓迭代法和最小二乘法進行解算的過程，畫出解算流程圖。實驗數(shù)據(jù)及分析：北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)是全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的一種，他工作的基本原理是測量出已知位置的衛(wèi)星到用戶接收機之間的距離，然后綜合多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)就可知道接收機的具體位置（1）最小二乘法解算流程圖（2）牛頓的迭代法一元非線性方程組(3)牛頓迭代法多元方程解算流程圖STAR假設(shè)解(Ky,z)的初始值為(xk-1,yk-1,zk-1),則每—方程式可在該點(xk-1,yk-L,zk-1)處線性化vL=f（x，VNiiL）v2=f（xJyJx,zJu2）vn=f（x，VNun）轉(zhuǎn)化為用矩陣形式線性方程組G4\x=b當(dāng)輸入ul時,輸出vl,當(dāng)輸入口2時輸出v2……4熟xk-1鯉倒xk一^實驗三定位精度因子DOP值實驗內(nèi)容：了解幾何精度因子（GDOP）在整個接收機導(dǎo)航解算過程中所起的作用。實驗要求：觀察可視衛(wèi)星個數(shù)發(fā)生變化時DOP值的變化，總結(jié)DOP值與衛(wèi)星星座幾何分布關(guān)系，并畫圖。實驗數(shù)據(jù)：Tablel衛(wèi)星號經(jīng)緯度高程HDOPVDOPPDOPGPS:131522DB:138116620.9653E3959.4444N0m2.4001.3552.756Table2衛(wèi)星號經(jīng)緯度高程HDOPVDOPPDOPGPS:1315292DB:1398116620.9652E3959.4469N58.671m1.3991.7070.978

Table3衛(wèi)星號經(jīng)緯度高程HDOPVDOPPDOPGPS:131529230DB:138116620.9649E3959.4474N52.131m2.0281.2252.369GDOP(Geometrical)包括經(jīng)度，緯度,高程和時間等因子，稱為幾何精度因子。PDOP(Positional)：包括經(jīng)度,緯度和高程等因子，稱為三維(空間)位置精度因子HDOP(Horizontal：包括經(jīng)度和緯度等因子，稱為水平(平面)位置精度因子VDOP(Vertical)僅包括高程因子，稱為高程精度因子它們之間的簡單關(guān)系為：HDOP2+VDOP2二PDOP2數(shù)據(jù)分析：由對比分析可以看出僅當(dāng)衛(wèi)星的數(shù)量變化時，DOP值的變化很微弱甚至無變化；但如果衛(wèi)星的編號改變，數(shù)量再有變化，DOP值也會有一定的改變。思考題：DOP值受哪些因素的影響？由以上表中數(shù)據(jù)分析及查閱資料知：幾何精度因子GDOP值與可視衛(wèi)星數(shù)量具有一定的關(guān)系，GDOP值與用戶可視衛(wèi)星數(shù)目之間有一定的函數(shù)關(guān)系。當(dāng)有多顆衛(wèi)星(多于4顆)存在時，怎樣實現(xiàn)選星？具體的算法步驟如下：計算所有可見星的仰角和方位角，并將它們按仰角從小到大排列；根據(jù)所選衛(wèi)星數(shù)N確定所選大仰角衛(wèi)星的數(shù)目P,選取前P顆大仰角衛(wèi)星，同時選出最小仰角的衛(wèi)星，命名為第P+1顆衛(wèi)星；按照方位角將其他衛(wèi)星分為N-P-1組；從每一個組中選出一顆星，然后把它跟所選衛(wèi)星結(jié)合一起，構(gòu)成一個子集。計算所有子集的GDOP,最小GDOP子集中的衛(wèi)星就是選取的衛(wèi)星。實驗四慣性導(dǎo)航系統(tǒng)載體姿態(tài)測量實驗內(nèi)容：學(xué)習(xí)并理解INS的工作原理，搖轉(zhuǎn)實驗平臺中的慣導(dǎo)部件模擬飛行器姿態(tài)的變化。實驗要求：搖轉(zhuǎn)實驗平臺中的慣導(dǎo)部件，觀察飛行器姿態(tài)發(fā)生變化時，偏航角、俯仰角、橫滾角數(shù)值是如何變化的

俯仰角機體坐標(biāo)系X軸與水平面的夾角。當(dāng)X軸的正半軸位于過坐標(biāo)原點的水平面之上（抬頭）時，俯仰角為正，否則為負。偏航角機體坐標(biāo)系xb軸在水平面上投影與地面坐標(biāo)系xg軸（在水平面上，指向目標(biāo)為正）之間的夾角，由xg軸逆時針轉(zhuǎn)至機體xb的投影線時，偏航角為正，即機頭右偏航為正，反之為負。橫滾角機體坐標(biāo)系zb軸與通過機體xb軸的鉛垂面間的夾角，機體向右滾為正，反之為負。實驗五通信實驗實驗內(nèi)容：利用編程語言實現(xiàn)可視化的信息發(fā)送、接收功能。實驗要求：能正常發(fā)送數(shù)據(jù)，且能正確接收發(fā)送窗口發(fā)送的數(shù)據(jù)。實驗程序：importjava.awt.Button;importjava.awt.FlowLayout;importjava.awt.Frame;importjava.awt.event.ActionEvent;importjava.awt.event.ActionListener;importjava.awt.event.WindowAdapter;importjava.awt.event.WindowEvent;importjava.awt.TextArea;classFrameDemo{publicstaticvoidmain(String[]argv){Framef1=newFrame("325”);Framef2=newFrame("326");f1.setBounds(200,200,400,400);f2.setBounds(600,200,400,400);f1.setLayout(newFlowLayout());f2.setLayout(newFlowLayout());finalTextAreats1=newTextArea(5,20);finalTextAreatr1=newTextArea(5,20);finalTextAreats2=newTextArea(5,20);finalTextAreatr2=newTextArea(5,20);Buttonb1=newButton("發(fā)送”)；Buttonb2=newButton("發(fā)送”)；b1.setSize(10,10);b2.setSize(10,10);f1.add(ts1);f1.add(tr1);f2.add(ts2);f2.add(tr2);f1.add(b1);f2.add(b2);f1.setVisible(true);f2.setVisible(true);b1.addActionListener(newActionListener(){publicvoidactionPerformed(ActionEvente){Stringstr1=ts1.getText().trim();ts1.setText("");tr2.append(str1+"\r\n");})；b2.addActionListener(newActionListener(){publicvoidactionPerformed(ActionEvente){Stringstr2=ts2.getText().trim();ts2.setText("");tr1.append(str2+"\r\n");}});f1.addWindowListener(newWindowAdapter(){publicvoidwindowClosing(WindowEvente){System.exi