车载GPS(学生用)实验指导书

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1、1 HUBEIHUBEI UNIVERSITYUNIVERSITY OFOF AUTOMOTIVEAUTOMOTIVE TECHNOLOGYTECHNOLOGY 电气工程系电气工程系 实验指导书实验指导书 樊红莉樊红莉 编编 蒋伟荣蒋伟荣 审审 班级 学号 姓名 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 20092009 年年 7 7 月月 2 目目 录录 实验一实验一 实时实时 GPSGPS 数据显示与应用测试（验证性）数据显示与应用测试（验证性） 1 1 实验二实验二 GPSGPS 卫星信息解算与传输误差分析（验证性）卫星信息解算与传输误差分析（验证性） 5 5 实验三实验三 几何精度因子的实

2、时计算与分析（设计性）几何精度因子的实时计算与分析（设计性） 1212 实验四实验四 GPSGPS 接收机信息获取程序设计（设计性）接收机信息获取程序设计（设计性） 1818 附录一附录一 实验仪器说明实验仪器说明 2121 附录二附录二 实验数据及格式说明实验数据及格式说明 2626 附录三附录三 各个实验的实验原理各个实验的实验原理 3131 实验二、实验二、 GPSGPS 卫星信息解算与传输误差分析卫星信息解算与传输误差分析 3131 实验三、几何精度因子的实时计算与分析实验三、几何精度因子的实时计算与分析 3636 实验四实验四 GPSGPS 接收机信息获取程序设计接收机信息获取程序设

3、计 3838 车载 GPS 定位技术与应用实验 1 湖北汽车工业学院实验报告湖北汽车工业学院实验报告 学 号 序 号 姓名 课程名称 车载车载GPSGPS定位技术与应用定位技术与应用 第 号实验 完成日期 年 月 日 实验一实验一 实时实时GPSGPS数据显示与应用测试数据显示与应用测试（验证性）（验证性） 一、实验目的一、实验目的 1、熟悉一般 GPS 接收模块的应用； 2、了解 GPS 接收机可以获取哪些信息； 3、了解 GPS 数据的实时动态显示； 4、了解 GPS 接收机数据如何用于导航中； 5、理解 NMEA-0183 协议，掌握常用语句语法结构和含义。 二、实验内容二、实验内容 1

4、、对 GPS 串口、数据波特率等进行设置，明确串口通信的必备条件； 2、熟悉 u-center 操作环境； 3、以 LEA-5H 数据实例来分析 NMEA-0183 协议语句，并找到数据中对应的软件表现形式。 4、了解 LEA-5H 数据的使用。 三、实验步骤与结果分析三、实验步骤与结果分析 1、硬件连接：连接 GPS 天线与开发板，再将 GPS 开发板连接到 PC 机，指示灯亮则表明连接成功，红 色指示灯闪烁则表明有数据输入。PC 机上如果安装了软件就可以直接使用，若未安装则参考附录一 中第三个的使用说明来安装。 以下步骤可参考安装目录下的 u-Center_User_Guide(GPS-S

5、W-02001)来完成，路径如 C:Program Filesu-bloxDocsManuals u-Center_User_Guide(GPS-SW-02001) 2、打开 u-center Application 后， 出现界面如下图 1.1： 图 1.1 车载 GPS 定位技术与应用实验 2 3、设置通信口和波特率，在 Receiver 菜单下或者工具栏 下设置对应的串口和 波特率，如果波特率不设置，可以点击自动获取 设置好后，点击连接 。简要回答， 连接后，你看到了什么变化？（如在 Data 表里有什么变化？Satellite Position 里有什么变化？） 4、连通后，点击航线图

6、 Ghart View和柱状图 Histogram View，打开这两个界面，然后点 击界面下方的，观察两个界面下的属性项相同吗？分别选择 Lat、Lon、Alt（HAE）会 看到两个界面有何不同？ 5、在 Sky View图中和 Satellite position会看到什么？图中圆点，绿色表示在导航中正在被 使用的卫星；青色表示卫星信号，并且可用于导航，但未被用的；蓝色表示卫星信号可见，但不能用 于导航的； 红色表示卫星信号不可用。由图中可以看出，当前时刻卫星信号在用的有几个？备用的 有几个？可见但不可用的有几个？ 6、打开 Data后，你获得了哪些可用信息？在 world positio

7、n界面中连接之前和之后有无变化， 连通后可以看到什么？ 7、打开 view 菜单项下的 Packet Console、Binary Console、Text Console 看看这些数据项有什么 不同，然后点击 Text Console 界面下的，截取一段导航数据，根据附录二中“NMEA-0183 协议” 的学习，从截取的导航数据中，取出含有$GPGGA、$GPGSA、$GPGSV、$GPRMC、$GPVTG 子句各一条进 行详细分析，标明每个数据代表的含义。 车载 GPS 定位技术与应用实验 3 8、点击 View 菜单下 Map View 或者工具图标，选择 u-center 安装目录下的

8、 world.png,。然后点 击 drawing mode下 points 下的 Cross 或 Bold Cross 看到什么结果。 9、打开 View 菜单下的信息视图 Messages View 或工具，会看到左边的信息树下黑色 表示此项已有数据，灰色的表示没有，点击相应项在右边有具体的内容显示，选择信息 树下的 CUSTOM，在右边上信息框写入信息，看下面的变化，写出你的例句和转化成十六 进制的信息。 10、u-center 中所有的信息都是存储在数据库中，点击数据表视图 View 菜单下 Table View 或者，自己按照项定义属性项，结果列到下面。当前导航值是哪一行属性 项的值

9、，并写出当前的各值信息？ 车载 GPS 定位技术与应用实验 4 11、本机上如果装有 Google Earth，则运行后点击 FileDatabase ExportGoogle Earth Kml,会 看到什么结果？ 四、思考题四、思考题 1、要实现车载导航的必要条件是什么？ 五、实验总结五、实验总结（自己总结本次试验的重难点及心得、体会、收获，字数不得少于100字） 得 分 评阅日期 教师签名 车载 GPS 定位技术与应用实验 5 湖北汽车工业学院实验报告湖北汽车工业学院实验报告 学 号 序 号 姓名 课程名称 车载车载GPSGPS定位技术与应用定位技术与应用 第 号实验 完成日期 年 月

10、日 实验二实验二 GPSGPS卫星信息解算与传输误差分析卫星信息解算与传输误差分析（验证性）（验证性） 一、实验目的一、实验目的 1、理解实时卫星位置解算在整个 GPS 接收机导航解算过程中所起的作用及为完成卫星位置解算所需 的条件； 2、 了解 GPS 卫星星历的参数含义和作用。 3、 了解 Doppler 频移的成因、作用以及 Doppler 频移的变化范围及其与卫星仰角之间的关系； 4、理解信号实时传输误差中的电离层延迟、对流层误差的来源、特性、计算方法以及消除或减弱的 手段； 5、理解卫星信号信噪比与卫星仰角的关系。 二、实验内容二、实验内容 1、分析卫星星历，完成卫星位置的计算。 2

11、、根据卫星位置与接收机的位置计算多普勒频移，并分析多普勒频移与卫星仰角的关系。 3、根据不同时段的卫星仰角与信噪比数据，分析卫星仰角与信噪比的关系。 4、根据不同时间段电离层延迟、对流层误差随时间变化的曲线，大致得出此两项误差随时间变化规 律，并大致估计此两项误差的误差范围。 三、实验步骤与结果分析三、实验步骤与结果分析 1、运行主程序以获得目前可视卫星的实时导航数据。存储在 D:NewStar150_DATA 文件夹下 2、运行本实验程序，得到界面如下图 2.1，主程序中截取的所有 GPS 时间就会出现在“选择 GPS 时 刻”列表框的下拉菜单中。 车载 GPS 定位技术与应用实验 6 图

12、2.1 3、选择一个 GPS 时刻，选择一个卫星号， “所选时刻可视卫星星历”列表框中，就会出现相应的星 历信息，请在表格中记录相应可视卫星的星历。并根据星历计算卫星位置。 卫星号；（sv） GPS 周；（weekNo） 平近点角；（M0） 摄动改正数； （deltaN） 卫星轨道偏心率； (ecc） 卫星轨道的偏近点角； （Ek,） 卫星轨道长半轴的平 方根；（sqrtA） 升交点赤经； （OMEGA0） 赤道倾角；（i0） 步骤一：计算卫星运行的平均角速度 步骤二：计算 t 时刻卫星的平近点角 步骤三：计算偏近点角 步骤四：计算真近点角 步骤五：计算升交距角（未经改正的） 车载 GPS 定

13、位技术与应用实验 7 近地点角距；（w） 升交点赤经的变化率； （OMEGADOT） 数据标实（IDOT） 升交角距的余弦调和 改正项之振幅； （Cuc） 升交角距的正弦调和 改正项之振幅； （Cus） 轨道半径的余弦调和 改正项之振幅； （Crc） 轨道半径的正弦调和 改正项之振幅； （Crs） 轨道倾角的余弦调和 改正项之振幅； （Cic） 轨道倾角的正弦调和 改正项之振幅； （Cis） 星历参数参考时刻； （toe） 群延时 （GroupDelay） 时钟参数（toc） 时钟参数（af0） 时钟参数（af1） 时钟参数（af2） 当前星历数据的有效 车载 GPS 定位技术与应用实验 8

14、4、分别根据“卫星位置信息”列表框中的信息，将接收机的位置信息记录在表 2.1 中，将两颗卫星 在相同的三个时刻的卫星仰角、所选时刻该卫星在地心地固坐标系（ECEF）下的三维坐标记录到表 2.2 中，并计算出相应的 Doppler 频移（参考附录三的实验二中相关内容） 。 （时间以相邻三个时刻来 记录） ； 性；1 表示星历数据 有效；（available） 步骤六：计算卫星向径 步骤七：计算摄动改正项 步骤八：进行摄动改正 步骤九：计算卫星在轨道平面坐标系中的位置 步骤十：计算升交点经度 步骤十一计算卫星在地固坐标系下的坐标 车载 GPS 定位技术与应用实验 9 表 2.1 X Y GPS

15、接收机 坐标位置 Z 表 2.2 可视卫星 序号 GPS时间卫星地心地固坐标系 （ECEF）下的坐标 卫星仰角Doppler 频移 X Y Z X Y Z X Y Z X Y Z X Y Z X Y Z 根据上表数据回答以下问题： （1）对于同一时刻不同仰角的卫星，仰角和多普勒频移之间的关系是什么？ 车载 GPS 定位技术与应用实验 10 （2） 对于同一颗卫星（以两个中的一颗为例说明） ，在不同时刻，仰角、多普勒频移及三维坐标之 间的关系是什么？同时可以看出这颗卫星的运动趋势应该是向天顶还是地平面运动？ 5、运行本实验程序2，得到界面如下图2.2所示。 图 2.2 6、在“选择GPS时刻”下

16、拉列表框中任意选择一个GPS 时刻；若所选GPS时间天空中的可视卫星数 小于4 颗，则不能解算出此时刻的本地接收机位置，会弹出“无法计算卫星仰角”对话框。则需要选 择其他时间。若所选GPS 时间天空中的可视卫星数在4 颗以上，则在程序界面的实时卫星分布图中 会出现本时刻所有可视卫星位置，同时在其左面的卫星仰角列表框中会出现本时刻所有可视卫星的仰 角。 7、点击“显示本段时刻可视卫星相关参数曲线”键，就可看到运行主程序期间所记录时刻的电离层 延迟、对流层误差以及信噪比随时间变化的曲线，并在程序界面右面会显示不同颜色曲线所对应的卫 车载 GPS 定位技术与应用实验 11 星序号。按下表2.3.1和2.3.2记录不同时刻数据。 表2.3.1（以实际可视卫星数填写，至少为4颗） GPS 时间可视卫星数目可视