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1、卫星定位与导航实验教学指导书 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1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操作的具
2、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、Ri
3、nex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:同济大学
4、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静态数据采
5、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静态测
6、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)、在观测过程中，当场如实填写GPS
7、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。图幅编号：填写点位所在的1：50000地形图图幅编号。观测员
8、、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。天线高及其测定方法及略图：测定方法如下，各项测定值取至0.
9、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
10、：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 5 电台连接图警告，电台注意事项：电源线和蓄电池的连
11、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458.150MHZ，确定后退到初始界面。查看电台电源灯，一秒闪烁一次，
12、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】-【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
