卫星定位与导航实验教学指导书edit

1、 GPS测量原理与应用课程实验教学指南 适用专业：测绘工程 ·卫星定位与导航课程实验教学大纲 ·卫星定位与导航课程实验教学指导书 ·卫星定位与导航课程实验教学附表淮海工学院2010年2月卫星定位与导航实验教学大纲课程名称： 卫星定位与导航 课程性质：专业必修课课程总学时：64 总学分： 3 实验学时： 12 应开实验项目数：4实验类别： 课程内实验 实验室名称：空间信息工程适用专业： 测绘工程专业（工程测量方向、地籍信息与管理方向）一、实验目的与任务：通过以下四个实验项目，使学生熟悉GPS接收机的组成和结构，以及各个组成部分的基本功能；理解其工作原理；掌握GPS操

2、作的具体流程；进一步巩固和拓展理论知识，培养学生的实践能力。 二、实验教学基本要求： 掌握测地型GPS接收机操作功能，熟练掌握GPS接收机观测中的项目设计、数据观测、数据传输、标准数据格式转换、外业数据质量检查、基线解算、网平差、质量检查、成果整理与提交的基本方法。实验项目与内容提要序号实验项目名称实验学时内 容 提 要实验 要求实验类型分组人数1GPS静态数据采集4静态观测点位的选择、数据线连接、参数设置、数据采集、现场填写GPS测量观测手簿必做操作性32GPS动态数据采集4仪器连接、改正数的形成、发送方式、收发路径、参数设置、统一坐标系统、精度评定必做操作性33GPS基线解算2观测数据下载

3、、Rinex格式转换、外业数据质量检核、限差的设置、基线的解算、精度评定必做综合性14GPS网平差2无约束网平差、（联合平差）、约束网平差、精度评定必做综合性1三、成绩考核方法： 按要求提交指定的文本和执行过程的截图图件，并撰写实验报告；操作技能考核和数据处理结果占实验成绩的30%、提交实验报告占实验成绩的40%。出勤及实验课表现占实验成绩的30%，实验成绩共占平时成绩的50%。四、实验教材及主要参考书： 1、周立.GPS定位与导航实验指导书.自编，20052、徐绍铨,张华海,杨志强. GPS测量原理与应用.武汉:大学出版社，20043、刘大杰.全球定位系统（GPS）的原理与数据处理.上海:同

4、济大学出版社，1995卫星定位与导航课程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网平差。实验一 GPS静态

5、数据采集一、实验目的和要求 通过本次实验，每位同学能独立完成如下实践内容：GPS观测方案设计、仪器准备、观测点位选择、观测流程、卫星截止高度角和数据采样间隔的设置、天线高量取、正确填写GPS测量观测手簿。二、实验安排1、实验时数：4学时2、人员组成：2至4人3、实验地点：室外三、实验设备清单GPS接收机1台（含电池2块）、控制器1台（含电池）、三脚架1支，基座1个，小钢尺1个，GPS接收机软包，小连接杆1个。四、实验操作流程静态测量是利用GPS天线连续接收卫星播发的GNSS卫星信号，根据接收到小数部分的载波数，与长时间观测，应用数学方法解算出来整数部分的载波数，求解出地面到卫星的距离。GNSS

6、静态测量主要由以下几个环节组成，1)、野外踏勘；2)、选点埋石；3)、静态数据采集；4)、数据下载；5)、数据解算；6)、精度评定；7)、成果整理与上交。观测的同时，做好观测手簿（附录1）的填写，流程如下：a)、观测点位确定；b)、严格对中整平，对中误差应3mm；c)、天线定向标志应指向正北，定向误差不宜超过±5°。d)、仪器连接，连接数据线时，数据帧与手簿平面严格垂直。e)、分别量取120度方向天线高，互差不得大于3mm,取平均值作为最后测量值。f)、仪器参数确定：输入点名、天线高、采样间隔、数据截止高度角等参数。g)、数据采集，分别在开机和关机时记好PDOP值。h)、在

7、观测过程中，当场如实填写GPS测量观测手簿图1、GPS静态相对定位附录1 GPS测量观测手簿 手簿编号No 测量级别 起止日期 项目名称 点 名 点 号 测量单位 表一 GPS测量手簿记录格式点号点名图幅编号观测记录员观测日期时段号接收机型号及编号天线类型及其编号存储介质类型及编号原始观测数据文件名Rinex格式数据文件名备份存储介质类型及编号近似纬度° N近似经度° E近似高程 m采样间隔开始记录时间结束记录时间天线高测定天线高测定方法及略图点位略图测前： 测后测定值 m m修正值 m m天线高 m m平均值 m m记事GPS测量手簿记录内容及要求如下：点号、点名。图幅编

8、号：填写点位所在的1：50000地形图图幅编号。观测员、记录员。时段号、观测日期：每个测站时段号按顺序连续编写，如：01、02、03；观测时间填写年、月、日，并打一斜线填写年积日。接收机型号及编号、天线类型及编号：填写全名，如“Ashtech ZXtreme”、“扼流圈双波段天线”，主机及天线编号（S/N、P/N）从主机及天线上查取，填写完整。存储介质及编号、备份存储介质及编号。原始数据数据文件名、Rinex格式数据文件名。近似纬度、近似精度、近似高程：近似经纬度填至1，近似高程填至100m。采样间隔、开始记录时间、结束记录时间：采样间隔填写接收机实际设置的数据采样率。站时段号、日时段号。天线

9、高及其测定方法及略图：测定方法如下，各项测定值取至0.001m。点位略图：按点附近地形地物绘制，应有3个标定点位的地物点，比例尺大小视点位具体情况确定。点位环境发生变化后，应注明新增障碍物的性质，如：树林、建筑物等。测站作业记录：记载有效观测卫星数、PDOP值等，B级每4h记录一次，C级每2h记录一次，D级、E级观测开始与结束时各记录一次。记事：记载天气状况，填写开机时的天气状况，按晴、阴、小雨、中雨、大雨、小雪、中雪、大雪、风力、风向选一填写，同时记录云量及分布；记载是否进行偏心观测，其记录在何手簿，以及整个观测过程中出现的重要问题，出现时间及其处理情况。实验二 GPS动态数据采集一、实验目

10、的和要求 通过本次实验，每位同学能独立完成如下实践内容：仪器连接、电台设置、参考站设置、流动站设置、点位观测、项目建立和坐标转换参数的求解。二、实验安排1、实验时数：4学时2、人员组成：2至4人3、实验地点：室外三、实验设备清单基准站部分：三角架两个；基座两个、连接杆两个、GPS接收机1个、电台1个、数据线三个、12v电源1个，手簿、数据发射天线1个，仪器箱2个。流动站部分：对中杆1个，GPS主机1个（含电池2个），手簿1个，仪器软包，绘画草图资料（自备）四、实验操作流程电台作业模式的操作a)、仪器连接图2 基准站的架设图 3 电台模式整体连接图图 2-3 发射天线连接图图 4 加长杆连接图图

11、 5 电台连接图警告，电台注意事项：电源线和蓄电池的连接要注意红正黑负，避免短路情况。电台连接要确保先接天线，避免没天线时发送信号被电台自身吸收导致烧坏。在连接线缆的时候，注意Lemon头红点对红点的连接。b)、电台的设置在电台模式下作业时，使用电台面板Power键打开电台，使用上下键和回车键进入【设置】菜单。切换到【功频】，对功率和频率进行相应设置。(其他选项一般不需设置)图 6 电台面板图 7 功率和频率的设置选择【功率设置】，根据作业距离选定合适的功率，一般空旷地区8W作业距离即可达到10公里左右，无需将功率设置过大，功率设置好后，再回到【频率设置】，选定发射频率，例如458.150MH

12、Z，确定后退到初始界面。查看电台电源灯，一秒闪烁一次，电台面板上的电压在跳动，则表明基准站设置成功并正常发射差分数据。下次作业时基准站开机即可发射，无需重复设置。对于电台不需要经常进行设置，除非调节其功率或频率。对于基站是否正常工作，可通过查看DL3电台灯（红灯），是否一秒一次的闪烁，电压是否正常跳动（一般功率在20瓦以内，电压跳动在1伏以内）。c)移动站设置蓝牙连接首先将手簿和GPS主机用蓝牙进行连接，方法：打开RTKCE，选择配置手簿端口配置，连接类型：蓝牙，点下方的配置，进入蓝牙搜索界面，点击搜索，进行蓝牙搜索，选择搜到GPS的SN号，选择绑定。然后点退出确定，即可。点击【配置】->

13、;【移动站参数】->【内置电台和GPRS】，根据基准站电台的发射频率，设置移动站的电台频率，如图：图 8 X90自启动移动站的设置点击【设置】->【接受】，退出到测地通初始界面，点击【配置】->【移动站参数】->【移动站选项】，查看广播格式：CMR+，高度角（5度或13度）、天线高（2米）、测量到（天线底部）、天线类型（选择仪器的型号X300）等各项设置。移动站收到差分信号后会有一个“单点定位”->“浮动”->“固定”的RTK初始化过程。单点定位接收机未使用任何差分改正信息计算的3D坐标。浮动移动站接收机使用差分改正信息计算的当前相对坐标。但对于浮点解来讲，

14、相位的整周模糊度参数未能固定为一整数，而是用浮点的估值来替代它。不建议在此情况下测点。固定在RTK模式下，整周模糊度参数固定后，移动站接收机计算的当前相对坐标。达到固定解后即可开始测量。RTK初始化时间，根据卫星PDOP值、周围环境，基站距离，或长或短，正常一般在开机后90秒左右。图 9 RTK初始化过程移动站在固定状态下，打开测地通，【测量】->【点测量】，在实际作业过程中，一般都采用当地坐标，在移动站得到固定解进行测量时，手簿“测地通”里所记录的点是未经过任何转换得到的平面坐标。若要得到和已有成果相符的坐标，需要做“点校正”，获取转换参数，下面以一个常用例子做演示：注意参与点校正的控

15、制点一定要分布合理，避免线性分布，最好能覆盖整个测区，避免短边控制长边。假设测区内有 K4、K5、K7 三个已知点具有地方坐标，但不具有WGS84 坐标，已知条件如下：1 坐标系统：北京54坐标2 中央子午线：120度3 投影高度：04 已知点数据：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)项目建立和坐标转换参数的求解打开测地通，【文件】->【新建任务】，命一个文件名，选择跟已知点相匹配的“坐标

16、系统”，点击【确定】，再打开【文件】->【保存任务】图 10 新建任务确定坐标系统选择【配置】à【坐标系管理】，根据已知点选取所需要的坐标系，一般来说地方坐标系也是用北京54椭球，主要是修改中央子午线（标准的北京54坐标系一定要根据已知点坐标计算出3度带或6度带的中央子午线），而【基准转换】、【水平平差】、【垂直平差】都无需设置，当点校正后参数将自动保存到此处。 图 11 坐标系管理 键入已知点方法：测地通，【键入】->【点】，输入已知点k4坐标，控制点打上勾，点击【确定】，再继续输入k5、k7的已知点，【确定】。图12 输入已知点 点校正方法：测量已知点，找到K4、K5

17、、K7的实地位置，选择【测量】->【测量点】，选择测量到天线底部，天线高：2米测量出三个点的坐标，分别命名为K4-1、K5-1、K7-1，三个点必须在同一个BASE下，测量后开始进行点校正。校正方法：【测量】à【点校正】图 13 点校正点击增加，在网格点名称和GPS点名称两项控件里分别选中已知当地平面坐标K4和实测的WGS84坐标K4-1，校正方法选中“水平和垂直”。点击增加，分别加入校正点K5、K7和K5-1、K7-1，点击计算得出校正参数，再点击确定（会出现两个确定对话框，第一个确定是将当前坐标系替换成校正后的坐标系，第二个确定是将所有的坐标系统都替换成校正后的坐标系统，一

18、般都默认点击两个确定），完成校正。图14 点校正注意有三个或以上控制点参与平面“点校正”后才有水平参差，水平参差一般不要大于0.015m；有四个或以上的控制点参与垂直“点校正”后才有垂直参差，垂直参差一般不要大于0.02m。点校正结束，就可以直接进行测量或放样，【测量】->【测量点】，【测量】->【点放样】->【常规点放样】，按照提示的方法进行选择点，如果放样的点很多的情况下，可以选择最近点进行放样，按照界面上显示的提示进行寻找即可找到该点。选择放样界面右下角的测量，进入测量界面，点击测量，进行测点，测点之后会显示该点的放样误差，如果点击确定，则这个点的放样误差就会自动保存，

19、在放样点的界面里这个点会自动删除，但在点管理器中不会删除。如果点击取消，则重新寻找这个点。 重设当地坐标坐标在每个测区进行测量或放样的工作有时需要几天甚至更长的时间，为了避免每天都重复进行点校正工作或者每次都要麻烦的把基准站架设在已知点上，可以在每天开始测量工作以前先做一下“重设当地坐标”（此时基准站须任意架设或设置成自启动基准站，而移动站的操作则是找一个已测点做一下平移的过程）具体解释：当我们多次架设基准站后，软件会自动按架设顺序命名为“基准站1”、“基准站2”、“基准站3”、因为移动站的坐标是基于基准站起算坐标得到的。当起算坐标由于基准站搬站而变化后，需要重设当地坐标。方法1：基准站2若是

20、架设在未知点，那么将移动站再次去测量一个在基准站1下测过的精度较高的点a，重新测量命名为a2，点击【文件】>【元素管理器】>【点管理器】，在基准站2下面选中a2点，双击或点击细节，点击重设当地坐标，再点击出现控件在弹出的列表中选中基准站1下测得的a点，两次确定后即完成重设当地坐标的工作。图 15 重设当地坐标 基准站3、基准站4重设当地坐标方法同基准站2.注意1 基准站若是自启动的方式，因断电重开机后，即使基准站位置没变，也需要做重设当地坐标的工作。1 基准站若是自启动的方式，移动站需要在手簿上有测量点的操作后，才会在【点管理器】里面记录下基准站信息。具体工作测地形：通过测量测量点

21、对需要测量的地物进行测量。在选项中可以更改观测时间和水平精度、垂直精度。如果在测量的过程中出现“点的精度不能满足要求”，是因为卫星解算出来的精度H(水平精度)和V（垂直精度）不在设定的范围之内，可在选项里将设定的水平和垂直精度放大。如果在测量的过程中出现倒计时不动的现象，可在选项里将安全模式前的勾取消。234 如果想查看测得点坐标只需点文件元素管理器点管理器就可以查看到各个点的坐标。5 点放样：选择测量点放样常规点放样，按照个人想要放样的点选择方法，如果放样的点很多，将所有的点增加进来以后，选择最近点进行放样，放完该点之后再在放样列表中将删除该点（在点管理器中是不会被删除的）。678910 数

22、据导出：在手簿上选择文件导出点坐标导出（CASS格式或者选择其他格式：点名，代码，X,Y,Z或其他）。输入文件名点确定。然后退出软件，打开“我的设备Program FilesRTKceProjects之前测量的文件”，长点导出的数据，选择复制。然后再打开“我的设备Storage Card”，在空白的地方长点，选择粘贴。最后将手簿连上电脑，在U盘中将数据复制到电脑上即可。11 数据导入：如果需要放样，若点比较多，现在电脑上编辑（可编辑为文本文档，编辑的具体格式看导入数据时可以选择的格式）然后连上手簿，把编辑好的数据复制到U盘中，然后打开RTKce，选择文件导入当地点坐标导入，选择对应的格式，再点

23、浏览，选择保存数据的那个文件夹，在文件类型中选择ALL FILES。就可以看到你保存在里面的数据，选中导入。实验三 GPS基线解算一、实验目的和要求 通过本次实验，每位同学能独立完成如下实践内容：仪器连接、电台设置、参考站设置、流动站设置、点位观测、项目建立和坐标转换参数的求解。二、实验安排1、实验时数：4学时2、人员组成：人3、实验地点：计算机房三、实验操作流程下载数据：将数据线跟电脑的COM口连接之后，另一端接在GPS主机上，开机之后打开“HCLoader”软件，在连接设置中选择合适的COM。然后根据时间选择测得数据，右击选择输入测站信息，输入该时间测的点名和天线高，点击确定（时段和类型默

24、认）。在右边的竖栏里选择下载路径，选择已经输入测站信息的数据导进该文件夹。每一个数据都要输入测站信息，都要导入该文件夹。打开静态处理软件compass，选择文件新建项目，选择导数据的文件夹，修改任务名称和坐标系统，点击创建，当出现询问的对话框时点确定。选择文件项目属性，点击修改，在投影方式里输入中央子午线。 选择文件导入，选择导入数据的格式，确定之后选择导入数据的文件夹，将所导的数据选择，确定。这时数据就会导到软件里去。选择检查观测文件检查，查看点是否有重合的。（两个点之间的距离若为100米以内，也会提示，查看网图，看看是否是所测的点，如果是就不要管了，如果是同一个点就删掉其中一个）。如果没有提示就说明没有问题。如果提示某个点跟某个点距离是多少多少米，