卫星定位与导航实验指导书

实验六GPS-RTK认识一、实验目的（一）熟悉GPS-RTK系统组成；（二）熟悉GPS-RTK实验物品及各部件作用；（三）掌握各部件连接方法；（四）理解RTK工作原理；（五）掌握电子手簿无线蓝牙连接方法。

二、实验物品基准站仪器：华测X90基准站接收机、DL3电台、蓄电池、加长杆、电台天线、电台数传线、电台电源线、三脚架两个、基座一个、加长杆铝盘。

流动站仪器：华测GPS流动站接收机一台、棒状天线一根、碳纤对中杆、手簿一个、托架一个、华测Recon电子手簿一个。

三、实验内容（一）检收仪器；（二）架设基准站；（三）架设流动站；（四）使用蓝牙连接手簿与GPS接收机；（五）上交仪器。

四、实验步骤（一）领取仪器、检查仪器对照所需仪器清单清点仪器；检查仪器外观是否有损伤；开机检查接收机、手簿及蓄电池是否有电，电量是否充足。

如有问题及时找实验管理人员联系。

（二）选择实验场地1．基准站应当选择视野开阔的地方，这样有利于卫星信号的接收。

2．基准站应架设在地势较高的地方，以利于UHF无线信号的传送，如移动站距离较远，还需要增设电台天线加长杆。

（三）架设基准站1．连接接收机、电台、电台天线GPS接收机接收卫星信号，将接收到的差分信号通过电台发射给流动站。

电台数据发射的距离取决于电台天线架设的高度与电台发射功率。

2．连接基准站接收机与DL3电台DL3电台由蓄电池供电，使用电台电源线接蓄电池时一定要注意正负极(红色接正极，黑色负极)。

当基准站启动好后，把电台和基准站主机连接，电台通过无线电天线发射差分数据，一般情况下，电台应设置一秒发射一次，也就是说电台的红灯一秒闪一次，电台的电压一秒变化一次，每次工作时根据以上现象判断一下电台工作是否正常。

按下电源键即可开机（接入电源为11-16V），电源键具有开机与回退的功能，需短按，在任何时候长按即起到关机的效果。

可“设置”电台当前的波特率、模式、功频、液晶等相关信息，用向上或向下按钮选择，回车键进行确认后，即完成相应设置。

目录1.分组情况2. 本实践课程教学目的与教学基本要求3. GPS控制网的建立4. GPS基线向量网的等级5. GPS基线向量网的布网形式6. GPS网的设计准则7. 测量作业8. 数据传输及数据处理9.提交实习成果10.实习心得分组情况:组长：白勇组员：许顺清刘生龙黄德许陈水莲仪器及设备：中海达GNSS一台卷尺一幅脚架一幅记录本一本铅笔一根对讲机一对处理软件：HDS2003一、本实践课程教学目的与教学基本要求：野外实习工作是在校内学完了《空间定位技术及应用》的理论和方法以后，模拟或结合实际生产任务所进行的一次综合实践。

通过四周左右时间的实习，应该达到以下目的：1．巩固校内课堂所学知识，加深对空间定位技术基本理论的理解。

能够用有关理论指导实践，做到理论与实践相统一。

提高学生分析问题和解决问题的能力。

2．对学生进行控制测量野外作业的基本技能训练，提高动手能力。

通过实习，熟悉并掌握城市(矿区) D、E级GPS控制测量的作业程序及施测方法。

3．对野外观测成果进行整理、检查和计算。

掌握用GPS理论处理GPS测量成果的基本技能。

4．通过完成城市(矿区) D、E级GPS控制测量实际任务的锻炼，提高学生从事测绘工作的计划、组织和管理能力。

培养同学良好的专业品质和职业道德。

二、GPS控制网的建立（1）一个完整的技术设计，主要应包含如下内容：1.项目来源介绍项目的来源、性质。

即项目由何单位、部门下达、发包，属于何种性质的项目等。

2.测区概况介绍测区的地理位置、气候、人文、经济发展状况、交通条件、通讯条件等。

这可为今后工程施测工作的开展提供必要的信息。

如在施测时作业时间、交通工具的安排，电力设备使用，通讯设备的使用等。

3.工程概况介绍工程的目的、作用、要求、GPS网等级（精度）、完成时间、有无特殊要求等在进行技术设计、实际作业和数据处理中所必须要了解的信息。

4.技术依据介绍工程所依据的测量规范、工程规范、行业标准及相关的技术要求等。

《GPS定位原理与应用》实验指导书（测绘工程专业）实验一 GPS认识一、目的与要求1、了解GPS接收机的组成和对应部件的功能（重点是Leica 200s GPS接收机）。

2、掌握GPS接收机的定位原理。

3、了解单频GPS和双频GPS接收机的差别。

二、计划与设备1、试验时数安排2学时。

试验小组由7人组成。

2、Leica200系列GPS 3台；Ashtech z-x系列GPS 4台；Trimble5700系列GPS 4台；三角架11个。

三、方法和步骤(一) 仪器组成部件的认识1、GPS接收机（用户部分的组成）对不同品牌的GPS接收机知道其大致由：GPS卫星天线、主机、基座（动态部分还需要手簿）和若干电缆线等组成。

2、设备连接（见下图）图1 Ashtech连接示意图图2 Trimble连接示意图图3 Leica 200s 连接示意图把GPS天线和主机连接上(对Leica 200s GPS还需要连接电池和传感器)，检查连接无误后，便可准备开机观测，注意Leica和AshtechGPS天线要指北。

3、开机观测开机观测，采集几分钟数据，是学生明确GPS和常规仪器的差别。

四、注意事项1．严格的按照“GPS测量规范或规程”开关机、操作和使用仪器。

2．指导教师不在现场严禁乱动仪器。

3．仪器旁边严禁离开人。

4．严禁抄实习指导书，否则取消试验成绩，对相应的部分需要细化。

实验二 GPS静态观测一、目的与要求1、了解GPS接收机的组成和静态相对定位的原理。

2、掌握GPS接收机的使用(参数配置)（重点是Leica 200s GPS接收机）和静态相对定位的外业观测的步骤。

3、掌握外业手簿的记录。

4、掌握相对定位布网方式。

5、了解GPS接收机的联合作业。

二、计划与设备1、试验时数安排6学时。

试验小组由7人组成。

2、Leica200系列GPS 3台；Ashtech z-x系列GPS 4台；Trimble5700系列GPS 4台；铅笔1 支；小刀1把；外业观测记录纸若干，三角架11个。

卫星定位与导航系统设计说明书一、测区概况与任务的提出1、任务来源为了维护土地的社会主义公有制，保护土地使用者的合法权益，加强土地管理，建立健全地籍管理制度，使土地管理向规范化、科学化迈进，满足飞速发展的社会主义市场经济的需要，受灌云县国土管理局委托，由淮海工学院空间信息科学系实测伊山镇城区和全县25个乡镇约1000平方公里、100个点的GPS基础控制网，以满足城区和全县各乡镇地籍调查工作的需要。

2、测区概况灌云县地处苏北平原，属连云港市管辖，处于连云港市南部，灌南县北部。

测区内有宁连高速公路、204国道贯通，交通十分便利，测区内地势平坦，大伊山最高海拔227米，东南部最低2.6米，平均海拔高程约3.7米。

测区属季风特点的海洋性气候，四季分明，寒暑适宜，光照充足，雨量适中。

气候温和湿润，常年平均气温14度左右，年平均降水量约910-980毫米之间，降雨期集中在7-9三个月。

测区包括灌云县全乡镇政府所在地，测区为从西至东直线距离约60公里的带形区域。

其地理坐标：东经 119゜08′~ 119゜29′北纬 34゜ 34′~ 34゜ 46′测区现有的平面控制网系国家测绘局于1954年完成国家一、二等三角网。

坐标系统采用新54系坐标系。

一、二等三角点多个，根据实际情况和本设计书的要求采用了三个一等三角点和一个二等点。

测区现有高程控制网系统由国家测绘局完成的二、三等水准网（56黄海高程系和85基准面高程）。

利用原三等水准点4个。

该控制网工程实施计划从2004年6月开始收集资料、踏勘找点，2004年7月开始选定点位、埋设标石，进入全面施工，2004年8月开始外业观测。

2004年3季度进行内业平差计算，整理资料， 2004年12月底检查完毕提请验收。

若利用常规测量技术进行这项工作，一方面是施工周期太长，少则3年，多则好几年；另一方面，平面控制点间要求通视，这就需要建造高标，无疑需要耗费大量的经费。

水准观测虽然具有较高的精度，但野外观测劳动强度大，观测周期长，费用高。

GPS定位技术实验指导书专业__________________班级学号__________________姓名__________________指导教师__________________学期 __________________南京工业大学土木工程学院目录测量实验注意事项 (2)实验一：GPS接收机认识 (3)实验二：GPS静态相对定位测量 (4)实验三：GPS基线向量解算 (5)实验四：G P S控制网的设计 (6)实验五：GPS基线向量网平差 (7)实验六：G P S RT K测量 (8)实验注意事项1、实验前必须阅读有关教材及实验任务书，初步了解实验内容要求与步骤。

2、实验记录应用正楷填写，不可潦草，并按规定的地位书写实验组号、日期、天气、仪器名称、号码及参加人的姓名等。

3、各项记录须于测量进行时立即记下，不可另以纸条记录，事后誉写。

4、记录数字若有错误，不得涂改，也不可用像皮擦拭，而应在错误数字上划一斜杠，将改正之数记于其旁。

5、简单计算及必要的检验，应在测量进行时算出。

6、实验结束时，应把实验结果交给指导教师审阅，符合要求并经允许，方可收拾仪器结束实验，并按实验开始时领取仪器的位置，归还仪器与工具。

7、实习过程中应遵守学校和实习纪律及有关规定，确保仪器和人身安全，凡违反实习纪律和规定，无故缺勤天数超过实习有效天数的三分之一，未交实习成果和实习报告或伪造实习成果者，均按不及格处理。

8、切实爱护实习仪器与用品，凡损坏仪器与用品的应按仪器室规定赔偿，并应给予批评教育。

实验一GPS接收机认识基本要求：熟悉GPS定位的几种方法，了解GPS接收机的种类、型号和精度指标。

了解不同类型GPS接收机的特点和功能，重点理解静态相对定位接收机的特点和功能。

仪器用具：Trimble 4600LS 测量型接收机实验内容：1、Trimble 4600LS接收机的组成、性能及特点。

2、测量前的准备工作。

3、仪器的安置与观测。

GPS-RTK实验指导书（移动站篇）南方S82-C GPS使用练习实训目的 1.掌握全GPS-RTK测量中移动站使用2.练习GPS测量；一、连接仪器（移动站：对中杆+GPS接收机+天线）关机状态F+I同时按3-5秒，闪烁时松开，设置为移动站模式，如下图二、连接手簿与GPS接收机1.设置蓝牙串口。

打开蓝牙，找到主机编号（接收机后面条形码，此处注意后三位数字，没有扫描），找到后点击，串口，设置（如COM7）2.设置工程之星3.0。

打开工程之星。

然后如（图1-1）：设置->串口设置，把串口设置为与蓝牙一致图1-1 图1-23.设置电台。

如图1-2，设置->蓝牙设置，设置为3，点切换。

三、坐标转换1.新建工程，如图2-1，工程->新建工程->命名好，确定。

会提示坐标系，点编辑。

注意：参数系统名：自己起；椭球名称：WGS-84；投影方式：高斯投影；中央子午线：108；（额外：上面参数设置子页中把4参数和校正取消，注意设置杆高）图2-1 图2-2 图2-32.测量2个已知点。

把接受机放点上，选测量->点测量->[按1]就可以测量。

命名好，确定3.设置转换参数。

如下图组：a.进入b.如已有坐标删掉清空c.输入已知坐标 c.选择你测的对应坐标e.2个点都设好后，记着在下面点保存（命名）和应用，参考b界面，此时就完成坐标转换。

四、校正，换一已知点，输入->校正向导->选择基站为未知点->确认->（把移动站立在一个已知点）输入已知坐标->测量->校正完成五、测量，保证组内每个人能单独完成操作。

GPS实习任务指导书一、实习目的实习的目的是使学生了解根据GPS定位的特点来测定工程控制网的过程，它和常规工程控制网的不同点和相同点，使所学理论知识与实践相结合，巩固和加深对新知识的理解，增强学生的动手能力，培养学生解决问题、分析问题的能力。

通过学习，应达到如下要求：1.熟练掌握GPS接收机的使用方法，外业观测的记录要求，选点、埋石的要求。

2.合理分配时段、掌握星历预报对时段的要求，PDOP值的大小对观测精度的影响，图形结构的设计及外业工作，手机或对讲机的合理应用。

3.培养学生热爱本职工作，关心集体、爱护仪器及工具的良好职业道德以及对工作认真负责，对技术精益求精的工作作风，遵守校纪校规，保护群众利益的社会公德。

4.通过GPS定位实习，将所学知识融会贯通，从外业准备工作开始，测区踏勘、资料收集、人员组织、外业观测计划，GPS网与地面网的联测方案，编写GPS技术设计书并实施。

二、实习内容1.作业依据1.1 GPS测量规范（规程）（1）《全球定位系统（GPS）测量规范》（2）《全球定位系统城市测量技术规程》（3）各行业部门的其他GPS测量规程或细则1.2 测量任务书测量任务书或合同是测量施工单位上级主管部门或合同甲方下达的技术要求文件。

它规定了测量任务的范围、目的、精度和密度要求，提交成果资料的项目和时间，完成任务的经济指标等。

2.施测方案2.1布网方案采用四台GPS接收机，按边连式或点连与边连相结合的形式布设GPS控制网，等级为E 级。

2.2 坐标系统、高程系统和时间系统GPS基线向量为WGS-84坐标系，GPS网平差成果为西安1980坐标系坐标或1954北京坐标系并转换为测区独立坐标系坐标。

高程系统采用1985国家高程基准。

时间系统采用北京时间系统。

2.3 测区情况测区如有已知的国家高等级三角点，可考虑联测国家高等级点，将GPS网点的坐标转换到国家坐标系中。

如无已知的国家高等级三角点，则采用测区独立坐标系统。

GPS定位导航实验1.实验目的（1）了解卫星导航电文各部分含义，掌握导航电文解算方法。

（2）了解GPS接收机利用伪距实现GPS定位、定时的原理及定位系统组成。

（3）掌握GPS定位模型求解方法和误差评估方法。

2.实验设备实验设备由四部分构成，分别是天线、接收机、电源适配器和计算机。

各部分作用如下：（1）天线：接收卫星信号并将其送入接收机。

（2）接收机：接收天线传递过来的信号，将导航电文从载波中解调出来，并对其进行解算，从而得到天线所在位置的定位数据及误差，并将其传输到计算机进行显示。

（3）电源适配器：将220V的市电经过变压、稳压等处理，得到满足接收机供电要求的电压和电流，为接收机供电。

（4）计算机：用配套软件将接收机传递过来的导航定位数据进行可视化处理，以图表形式展示出来，方便阅读。

图 1 天线图 2 接收机图 4 计算机图 3 电源适配器3.实验原理3.1根据星历解算卫星空间位置计算卫星空间位置步骤如下：（1）数据预处理得到星历数据各变量含义及单位请查阅附录。

（2）计算规化时间k t归化时间即星历发出时间ow t 和参考时间oe t 之间的差值，即oe ow k t t t -=（1）对于一个有效星历，k t 的绝对值必须小于7200s 。

（3）计算卫星平均角速度n将星历中的椭圆轨道长半径s a 代入30sa n μ=（2）得到假想圆周轨道上的卫星平均角速度，然后经过校正得到卫星平均角速度，其中）（2314/10986005.3s m ⨯=μ。

n n n ∆+=0（3）（4）计算信号发射时刻卫星的平近角点k M将星历给出的0M 以下公式得到k k nt M M +=0（4）当k M 的值不在π20—之间时，可以将其加上或减去π2。

（5）计算信号发射时刻卫星的偏近角点k E使用迭代法将k E 从开普勒方程1sin -+=j s j E e M E（5）中解算出来，k E 的初始值0E 可置为k M ，一般经过2~3次迭代后即可得较精确的解。

卫星定位导航原理实验专业：班级：学号：姓名：日期：实验一实时卫星位置解算及结果分析一、实验原理实时卫星位置解算在整个GPS接收机导航解算过程中占有重要的位置。

卫星位置的解算是接收机导航解算（即解出本地接收机的纬度、经度、高度的三维位置）的基础。

需要同时解算出至少四颗卫星的实时位置，才能最终确定接收机的三维位置。

对某一颗卫星进行实时位置的解算需要已知这颗卫星的星历和GPS时间。

而星历和GPS时间包含在速率为50比特/秒的导航电文中。

导航电文与测距码（C/A码）共同调制L1载频后，由卫星发出。

本地接收机相关接收到卫星发送的数据后，将导航电文解码得到导航数据。

后续导航解算单元根据导航数据中提供的相应参数进行卫星位置解算、各种实时误差的消除、本地接收机位置解算以及定位精度因子（DOP）的计算等工作。

关于各种实时误差的消除、本地接收机位置解算以及定位精度因子（DOP）的计算将在后续实验中陆续接触，这里不再赘述。

卫星的额定轨道周期是半个恒星日，或者说11小时58分钟2.05秒；各轨道接近于圆形，轨道半径（即从地球质心到卫星的额定距离）大约为26560km。

由此可得卫星的平均角速度ω和平均的切向速度v s为：ω=2π/(11*3600+58*60+2.05)≈0.0001458rad/s (1.1)v s=rs*ω≈26560km*0.0001458≈3874m/s (1.2) 因此，卫星是在高速运动中的，根据GPS时间的不同以及卫星星历的不同（每颗卫星的星历两小时更新一次）可以解算出卫星的实时位置。

本实验同时给出了根据当前星历推算出的卫星在11小时58分钟后的预测位置，以此来验证卫星的额定轨道周期。

本实验另一个重要的实验内容是对卫星进行相隔时间为1s的多点测量（本实验给出了三点），根据多个点的测量值，可以估计Doppler频移。

由于卫星与接收机有相对的径向运动，因此会产生Doppler效应，而出现频率偏移。

《卫星定位原理及应用》实验指导书第一部分：实验与实习须知GPS测量原理和应用是一门践性很强的技术基础课，其实验与实习是教学中必不可少的环节。

只有通过实验与实习，才能巩固课堂所学的基本理论，进而掌握现代测绘仪器操作的基本技能和测量作业的基本方法。

在进行实验实习之前，必须明确实习的基本规定，了解仪器的借还手序及仪器的保护、保养等知识，做到爱护仪器，达到实习之目的，防患于未然。

实验与实习规定1．在实验或实习之前，必须复习教材中的有关内容，认真仔细地预习本指导书，以明确目的、了解任务、熟悉实验步骤和实验过程、注意有关事项并准备好所需文具用品。

2．实验或实习分小组进行，组长负责组织协调工作，办理所用仪器工具的借领和归还手续。

3．实验应在规定的时间进行，不得无故缺席或迟到早退；应在指定的场地进行，不得擅自改变地点或离开现场。

4．必须遵守“测量仪器工具的借领与使用规则”和“测量记录与计算规则”。

5．应该服从教师的指导，严格按照本书的要求认真、按时、独立地完成任务。

每项实验或实习，都应取得合格的成果，提交书写工整规范的实验报告或实习记录，经指导教师审阅同意后，才可交还仪器工具，结束工作。

6．在实验或实习过程中，还应遵守纪律，爱护现场的花草、树木和农作物，爱护周围的各种公共设施。

测量仪器工具的借领与使用规则对测量仪器工具的正确使用、精心爱护和科学保养，是测量人员必须具备的素质和应该掌握的技能，也是保证测量成果质量、提高测量工作效率和延长仪器工具使用寿命的必要条件。

在仪器工具的借领与使用中，必须严格遵守下列规定。

一、仪器工具的借领1．在教师指定的地点凭学生证办理借领手续，以小组为单位领取仪器工具。

2．借领时应该当场清点检查。

实物与清单是否相符，仪器工具及其附件是否齐全，背带及提手是否牢固，脚架是否完好等。

如有缺损，可以补领或更换。

3．离开借领地点之前，必须锁好仪器箱并捆扎好各种工具；搬运仪器工具时，必须轻取轻放，避免剧烈震动。