車載GPS(學(xué)生用)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、1HUBEIHUBEI UNIVERSITYUNIVERSITY OFOF AUTOMOTIVEAUTOMOTIVE TECHNOLOGYTECHNOLOGY電氣工程系電氣工程系 實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書 樊紅莉樊紅莉 編編 蔣偉榮蔣偉榮 審審班級(jí) 學(xué)號(hào) 姓名 電氣與信息工程學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院20092009 年年 7 7 月月2目目錄錄實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)一 實(shí)時(shí)實(shí)時(shí) GPSGPS 數(shù)據(jù)顯示與應(yīng)用測(cè)試（驗(yàn)證性）數(shù)據(jù)顯示與應(yīng)用測(cè)試（驗(yàn)證性） .1 1實(shí)驗(yàn)二實(shí)驗(yàn)二 GPSGPS 衛(wèi)星信息解算與傳輸誤差分析（驗(yàn)證性）衛(wèi)星信息解算與傳輸誤差分析（驗(yàn)證性） .5 5實(shí)驗(yàn)三實(shí)驗(yàn)三 幾何精度因子的實(shí)時(shí)計(jì)算與分析（設(shè)

2、計(jì)性）幾何精度因子的實(shí)時(shí)計(jì)算與分析（設(shè)計(jì)性） .1212實(shí)驗(yàn)四實(shí)驗(yàn)四 GPSGPS 接收機(jī)信息獲取程序設(shè)計(jì)（設(shè)計(jì)性）接收機(jī)信息獲取程序設(shè)計(jì)（設(shè)計(jì)性） .1818附錄一附錄一 實(shí)驗(yàn)儀器說明實(shí)驗(yàn)儀器說明 .2121附錄二附錄二 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及格式說明實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及格式說明 .2626附錄三附錄三 各個(gè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理各個(gè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理 .3131實(shí)驗(yàn)二、實(shí)驗(yàn)二、 GPSGPS 衛(wèi)星信息解算與傳輸誤差分析衛(wèi)星信息解算與傳輸誤差分析 .3131實(shí)驗(yàn)三、幾何精度因子的實(shí)時(shí)計(jì)算與分析實(shí)驗(yàn)三、幾何精度因子的實(shí)時(shí)計(jì)算與分析 .3636實(shí)驗(yàn)四實(shí)驗(yàn)四 GPSGPS 接收機(jī)信息獲取程序設(shè)計(jì)接收機(jī)信息獲取程序設(shè)計(jì) .3838車

3、載 GPS 定位技術(shù)與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)1湖北汽車工業(yè)學(xué)院實(shí)驗(yàn)報(bào)告湖北汽車工業(yè)學(xué)院實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué) 號(hào) 序 號(hào) 姓名 課程名稱 車載車載GPSGPS定位技術(shù)與應(yīng)用定位技術(shù)與應(yīng)用 第 號(hào)實(shí)驗(yàn) 完成日期 年 月 日 實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)一 實(shí)時(shí)實(shí)時(shí)GPSGPS數(shù)據(jù)顯示與應(yīng)用測(cè)試數(shù)據(jù)顯示與應(yīng)用測(cè)試（驗(yàn)證性）（驗(yàn)證性）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、?shí)驗(yàn)?zāi)康?1、熟悉一般 GPS 接收模塊的應(yīng)用；2、了解 GPS 接收機(jī)可以獲取哪些信息；3、了解 GPS 數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示；4、了解 GPS 接收機(jī)數(shù)據(jù)如何用于導(dǎo)航中；5、理解 NMEA-0183 協(xié)議，掌握常用語句語法結(jié)構(gòu)和含義。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1、對(duì) GPS 串口、數(shù)據(jù)波特率等進(jìn)

4、行設(shè)置，明確串口通信的必備條件；2、熟悉 u-center 操作環(huán)境；3、以 LEA-5H 數(shù)據(jù)實(shí)例來分析 NMEA-0183 協(xié)議語句，并找到數(shù)據(jù)中對(duì)應(yīng)的軟件表現(xiàn)形式。4、了解 LEA-5H 數(shù)據(jù)的使用。三、實(shí)驗(yàn)步驟與結(jié)果分析三、實(shí)驗(yàn)步驟與結(jié)果分析 1、硬件連接：連接 GPS 天線與開發(fā)板，再將 GPS 開發(fā)板連接到 PC 機(jī)，指示燈亮則表明連接成功，紅色指示燈閃爍則表明有數(shù)據(jù)輸入。PC 機(jī)上如果安裝了軟件就可以直接使用，若未安裝則參考附錄一中第三個(gè)的使用說明來安裝。以下步驟可參考安裝目錄下的 u-Center_User_Guide(GPS-SW-02001)來完成，路徑如 C:Progra

5、m Filesu-bloxDocsManuals u-Center_User_Guide(GPS-SW-02001)2、打開 u-center Application 后， 出現(xiàn)界面如下圖 1.1：圖 1.1車載 GPS 定位技術(shù)與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)23、設(shè)置通信口和波特率，在 Receiver 菜單下或者工具欄 下設(shè)置對(duì)應(yīng)的串口和波特率，如果波特率不設(shè)置，可以點(diǎn)擊自動(dòng)獲取 設(shè)置好后，點(diǎn)擊連接 。簡(jiǎn)要回答，連接后，你看到了什么變化？（如在 Data 表里有什么變化？Satellite Position 里有什么變化？）4、連通后，點(diǎn)擊航線圖 Ghart View和柱狀圖 Histogram View，打

6、開這兩個(gè)界面，然后點(diǎn)擊界面下方的，觀察兩個(gè)界面下的屬性項(xiàng)相同嗎？分別選擇 Lat、Lon、Alt（HAE）會(huì)看到兩個(gè)界面有何不同？ 5、在 Sky View圖中和 Satellite position會(huì)看到什么？圖中圓點(diǎn)，綠色表示在導(dǎo)航中正在被使用的衛(wèi)星；青色表示衛(wèi)星信號(hào)，并且可用于導(dǎo)航，但未被用的；藍(lán)色表示衛(wèi)星信號(hào)可見，但不能用于導(dǎo)航的； 紅色表示衛(wèi)星信號(hào)不可用。由圖中可以看出，當(dāng)前時(shí)刻衛(wèi)星信號(hào)在用的有幾個(gè)？備用的有幾個(gè)？可見但不可用的有幾個(gè)？6、打開 Data后，你獲得了哪些可用信息？在 world position界面中連接之前和之后有無變化，連通后可以看到什么？7、打開 view 菜單

7、項(xiàng)下的 Packet Console、Binary Console、Text Console 看看這些數(shù)據(jù)項(xiàng)有什么不同，然后點(diǎn)擊 Text Console 界面下的，截取一段導(dǎo)航數(shù)據(jù)，根據(jù)附錄二中“NMEA-0183 協(xié)議”的學(xué)習(xí)，從截取的導(dǎo)航數(shù)據(jù)中，取出含有$GPGGA、$GPGSA、$GPGSV、$GPRMC、$GPVTG 子句各一條進(jìn)行詳細(xì)分析，標(biāo)明每個(gè)數(shù)據(jù)代表的含義。車載 GPS 定位技術(shù)與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)38、點(diǎn)擊 View 菜單下 Map View 或者工具圖標(biāo)，選擇 u-center 安裝目錄下的 world.png,。然后點(diǎn)擊 drawing mode下 points 下的 Cross

8、 或 Bold Cross 看到什么結(jié)果。9、打開 View 菜單下的信息視圖 Messages View 或工具，會(huì)看到左邊的信息樹下黑色表示此項(xiàng)已有數(shù)據(jù)，灰色的表示沒有，點(diǎn)擊相應(yīng)項(xiàng)在右邊有具體的內(nèi)容顯示，選擇信息樹下的 CUSTOM，在右邊上信息框?qū)懭胄畔?，看下面的變化，寫出你的例句和轉(zhuǎn)化成十六進(jìn)制的信息。10、u-center 中所有的信息都是存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，點(diǎn)擊數(shù)據(jù)表視圖 View 菜單下 Table View 或者，自己按照項(xiàng)定義屬性項(xiàng)，結(jié)果列到下面。當(dāng)前導(dǎo)航值是哪一行屬性項(xiàng)的值，并寫出當(dāng)前的各值信息？車載 GPS 定位技術(shù)與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)411、本機(jī)上如果裝有 Google Earth，

9、則運(yùn)行后點(diǎn)擊 FileDatabase ExportGoogle Earth Kml,會(huì)看到什么結(jié)果？四、思考題四、思考題 1、要實(shí)現(xiàn)車載導(dǎo)航的必要條件是什么？五、實(shí)驗(yàn)總結(jié)五、實(shí)驗(yàn)總結(jié)（自己總結(jié)本次試驗(yàn)的重難點(diǎn)及心得、體會(huì)、收獲，字?jǐn)?shù)不得少于100字）得 分 評(píng)閱日期 教師簽名 車載 GPS 定位技術(shù)與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)5湖北汽車工業(yè)學(xué)院實(shí)驗(yàn)報(bào)告湖北汽車工業(yè)學(xué)院實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué) 號(hào) 序 號(hào) 姓名 課程名稱 車載車載GPSGPS定位技術(shù)與應(yīng)用定位技術(shù)與應(yīng)用 第 號(hào)實(shí)驗(yàn) 完成日期 年 月 日 實(shí)驗(yàn)二實(shí)驗(yàn)二 GPSGPS衛(wèi)星信息解算與傳輸誤差分析衛(wèi)星信息解算與傳輸誤差分析（驗(yàn)證性）（驗(yàn)證性）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、?shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

10、1、理解實(shí)時(shí)衛(wèi)星位置解算在整個(gè) GPS 接收機(jī)導(dǎo)航解算過程中所起的作用及為完成衛(wèi)星位置解算所需的條件；2、 了解 GPS 衛(wèi)星星歷的參數(shù)含義和作用。3、 了解 Doppler 頻移的成因、作用以及 Doppler 頻移的變化范圍及其與衛(wèi)星仰角之間的關(guān)系；4、理解信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸誤差中的電離層延遲、對(duì)流層誤差的來源、特性、計(jì)算方法以及消除或減弱的手段；5、理解衛(wèi)星信號(hào)信噪比與衛(wèi)星仰角的關(guān)系。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、分析衛(wèi)星星歷，完成衛(wèi)星位置的計(jì)算。2、根據(jù)衛(wèi)星位置與接收機(jī)的位置計(jì)算多普勒頻移，并分析多普勒頻移與衛(wèi)星仰角的關(guān)系。3、根據(jù)不同時(shí)段的衛(wèi)星仰角與信噪比數(shù)據(jù)，分析衛(wèi)星仰角與信噪比的關(guān)系。4

11、、根據(jù)不同時(shí)間段電離層延遲、對(duì)流層誤差隨時(shí)間變化的曲線，大致得出此兩項(xiàng)誤差隨時(shí)間變化規(guī)律，并大致估計(jì)此兩項(xiàng)誤差的誤差范圍。三、實(shí)驗(yàn)步驟與結(jié)果分析三、實(shí)驗(yàn)步驟與結(jié)果分析 1、運(yùn)行主程序以獲得目前可視衛(wèi)星的實(shí)時(shí)導(dǎo)航數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)在 D:NewStar150_DATA 文件夾下2、運(yùn)行本實(shí)驗(yàn)程序，得到界面如下圖 2.1，主程序中截取的所有 GPS 時(shí)間就會(huì)出現(xiàn)在“選擇 GPS 時(shí)刻”列表框的下拉菜單中。車載 GPS 定位技術(shù)與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)6 圖 2.13、選擇一個(gè) GPS 時(shí)刻，選擇一個(gè)衛(wèi)星號(hào)， “所選時(shí)刻可視衛(wèi)星星歷”列表框中，就會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的星歷信息，請(qǐng)?jiān)诒砀裰杏涗浵鄳?yīng)可視衛(wèi)星的星歷。并根據(jù)星歷計(jì)算衛(wèi)星位

12、置。衛(wèi)星號(hào)；（sv）GPS 周；（weekNo）平近點(diǎn)角；（M0）攝動(dòng)改正數(shù)；（deltaN） 衛(wèi)星軌道偏心率； (ecc） 衛(wèi)星軌道的偏近點(diǎn)角；（Ek,）衛(wèi)星軌道長(zhǎng)半軸的平方根；（sqrtA）升交點(diǎn)赤經(jīng)；（OMEGA0） 赤道傾角；（i0） 步驟一：計(jì)算衛(wèi)星運(yùn)行的平均角速度步驟二：計(jì)算 t 時(shí)刻衛(wèi)星的平近點(diǎn)角步驟三：計(jì)算偏近點(diǎn)角步驟四：計(jì)算真近點(diǎn)角步驟五：計(jì)算升交距角（未經(jīng)改正的）車載 GPS 定位技術(shù)與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)7近地點(diǎn)角距；（w） 升交點(diǎn)赤經(jīng)的變化率；（OMEGADOT） 數(shù)據(jù)標(biāo)實(shí)（IDOT） 升交角距的余弦調(diào)和改正項(xiàng)之振幅；（Cuc） 升交角距的正弦調(diào)和改正項(xiàng)之振幅；（Cus）軌道半徑的

13、余弦調(diào)和改正項(xiàng)之振幅；（Crc） 軌道半徑的正弦調(diào)和改正項(xiàng)之振幅；（Crs） 軌道傾角的余弦調(diào)和改正項(xiàng)之振幅；（Cic） 軌道傾角的正弦調(diào)和改正項(xiàng)之振幅；（Cis） 星歷參數(shù)參考時(shí)刻；（toe）群延時(shí)（GroupDelay）時(shí)鐘參數(shù)（toc）時(shí)鐘參數(shù)（af0）時(shí)鐘參數(shù)（af1）時(shí)鐘參數(shù)（af2）當(dāng)前星歷數(shù)據(jù)的有效車載 GPS 定位技術(shù)與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)84、分別根據(jù)“衛(wèi)星位置信息”列表框中的信息，將接收機(jī)的位置信息記錄在表 2.1 中，將兩顆衛(wèi)星在相同的三個(gè)時(shí)刻的衛(wèi)星仰角、所選時(shí)刻該衛(wèi)星在地心地固坐標(biāo)系（ECEF）下的三維坐標(biāo)記錄到表2.2 中，并計(jì)算出相應(yīng)的 Doppler 頻移（參考附錄三的實(shí)驗(yàn)二

14、中相關(guān)內(nèi)容） 。 （時(shí)間以相鄰三個(gè)時(shí)刻來記錄） ；性；1 表示星歷數(shù)據(jù)有效；（available）步驟六：計(jì)算衛(wèi)星向徑步驟七：計(jì)算攝動(dòng)改正項(xiàng)步驟八：進(jìn)行攝動(dòng)改正步驟九：計(jì)算衛(wèi)星在軌道平面坐標(biāo)系中的位置步驟十：計(jì)算升交點(diǎn)經(jīng)度步驟十一計(jì)算衛(wèi)星在地固坐標(biāo)系下的坐標(biāo)車載 GPS 定位技術(shù)與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)9表 2.1XYGPS 接收機(jī)坐標(biāo)位置Z表 2.2可視衛(wèi)星序號(hào)GPS時(shí)間衛(wèi)星地心地固坐標(biāo)系（ECEF）下的坐標(biāo)衛(wèi)星仰角Doppler 頻移XYZXYZXYZXYZXYZXYZ根據(jù)上表數(shù)據(jù)回答以下問題：（1）對(duì)于同一時(shí)刻不同仰角的衛(wèi)星，仰角和多普勒頻移之間的關(guān)系是什么？車載 GPS 定位技術(shù)與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)10（2）

15、 對(duì)于同一顆衛(wèi)星（以兩個(gè)中的一顆為例說明） ，在不同時(shí)刻，仰角、多普勒頻移及三維坐標(biāo)之間的關(guān)系是什么？同時(shí)可以看出這顆衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)應(yīng)該是向天頂還是地平面運(yùn)動(dòng)？5、運(yùn)行本實(shí)驗(yàn)程序2，得到界面如下圖2.2所示。圖 2.26、在“選擇GPS時(shí)刻”下拉列表框中任意選擇一個(gè)GPS 時(shí)刻；若所選GPS時(shí)間天空中的可視衛(wèi)星數(shù)小于4 顆，則不能解算出此時(shí)刻的本地接收機(jī)位置，會(huì)彈出“無法計(jì)算衛(wèi)星仰角”對(duì)話框。則需要選擇其他時(shí)間。若所選GPS 時(shí)間天空中的可視衛(wèi)星數(shù)在4 顆以上，則在程序界面的實(shí)時(shí)衛(wèi)星分布圖中會(huì)出現(xiàn)本時(shí)刻所有可視衛(wèi)星位置，同時(shí)在其左面的衛(wèi)星仰角列表框中會(huì)出現(xiàn)本時(shí)刻所有可視衛(wèi)星的仰角。7、點(diǎn)擊“顯

16、示本段時(shí)刻可視衛(wèi)星相關(guān)參數(shù)曲線”鍵，就可看到運(yùn)行主程序期間所記錄時(shí)刻的電離層延遲、對(duì)流層誤差以及信噪比隨時(shí)間變化的曲線，并在程序界面右面會(huì)顯示不同顏色曲線所對(duì)應(yīng)的衛(wèi)車載 GPS 定位技術(shù)與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)11星序號(hào)。按下表2.3.1和2.3.2記錄不同時(shí)刻數(shù)據(jù)。表2.3.1（以實(shí)際可視衛(wèi)星數(shù)填寫，至少為4顆）GPS 時(shí)間可視衛(wèi)星數(shù)目可視衛(wèi)星序號(hào)可視衛(wèi)星仰角可視衛(wèi)星信噪比表2.3.2GPS 時(shí)間可視衛(wèi)星數(shù)目可視衛(wèi)星序號(hào)可視衛(wèi)星仰角可視衛(wèi)星信噪比根據(jù)表2.3的兩個(gè)數(shù)據(jù)表，得出通常情況下衛(wèi)星仰角和信噪比之間具有什么關(guān)系？從信號(hào)傳輸過程中所受的影響簡(jiǎn)單分析其原因。車載 GPS 定位技術(shù)與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)12四、實(shí)驗(yàn)小

17、結(jié)四、實(shí)驗(yàn)小結(jié)（自己總結(jié)本次試驗(yàn)的重難點(diǎn)及心得、體會(huì)、收獲，字?jǐn)?shù)不得少于 100 字） 得 分 評(píng)閱日期 教師簽名 車載 GPS 定位技術(shù)與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)13湖北汽車工業(yè)學(xué)院實(shí)驗(yàn)報(bào)告湖北汽車工業(yè)學(xué)院實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué) 號(hào) 序 號(hào) 姓名 課程名稱 車載車載GPSGPS定位技術(shù)與應(yīng)用定位技術(shù)與應(yīng)用 第 號(hào)實(shí)驗(yàn) 完成日期 年 月 日 實(shí)驗(yàn)三實(shí)驗(yàn)三 幾何精度因子的實(shí)時(shí)計(jì)算與分析幾何精度因子的實(shí)時(shí)計(jì)算與分析（設(shè)計(jì)性）（設(shè)計(jì)性）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、?shí)驗(yàn)?zāi)康?1、理解幾何精度因子在整個(gè) GPS 接收機(jī)導(dǎo)航解算過程中所起的作用及解算幾何精度因子的必要性；2、了解 GDOP、VDOP、PDOP、HDOP、TDOP 等不同幾何精度

18、因子的計(jì)算過程及所起的作用；3、理解 DOP 值與衛(wèi)星幾何分布的關(guān)系。包括 DOP 值較小或較大時(shí)衛(wèi)星的幾何分布情況；二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、研究在不同時(shí)刻下，可視衛(wèi)星數(shù)量對(duì)測(cè)量精度的影響。2、研究當(dāng)衛(wèi)星數(shù)量一定時(shí)，測(cè)量精度與 DOP 之間的關(guān)系。3、怎樣合理的選星才能使得精度達(dá)到相對(duì)最好。三、實(shí)驗(yàn)步驟與結(jié)果分析三、實(shí)驗(yàn)步驟與結(jié)果分析 1、若 D:NewStar150_DATA 文件夾下，有數(shù)據(jù)則進(jìn)行步驟 2，若無則運(yùn)行主程序以取得目前可視衛(wèi)星的實(shí)時(shí)導(dǎo)航數(shù)據(jù)；2、運(yùn)行本實(shí)驗(yàn)程序，會(huì)出現(xiàn)界面如圖 3.1 所示，步驟 1 中截取的所有 GPS 時(shí)間就會(huì)出現(xiàn)在“選擇GPS 時(shí)刻”列表框的下拉菜單

19、中。車載 GPS 定位技術(shù)與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)14 圖 3.13、在“選擇 GPS 時(shí)刻”列表框的下拉菜單中，任意選擇一個(gè) GPS 時(shí)刻；由于 DOP 值的解算需要已知本地接收機(jī)位置以及不少于 4 顆的可視衛(wèi)星的位置，如果在所選 GPS 時(shí)間天空中的可視衛(wèi)星數(shù)小于 4 顆，則不能解算出此時(shí)刻的 DOP 值，會(huì)彈出“無法計(jì)算 DOP 值”對(duì)話框，需要重新選擇。若所選 GPS 時(shí)間天空中的可視衛(wèi)星數(shù)在 4 顆以上，則在程序界面的實(shí)時(shí)衛(wèi)星分布圖中會(huì)出現(xiàn)本時(shí)刻所有可視衛(wèi)星位置，同時(shí)在右面的相應(yīng)位置會(huì)出現(xiàn)本時(shí)刻的各個(gè) DOP 值。 4、根據(jù)表 3.1(1)3.1(5) 記錄不同時(shí)刻的 DOP 值，比較不同時(shí)刻（如

20、相隔 30 秒）DOP 值的變化情況，尤其是可視衛(wèi)星個(gè)數(shù)發(fā)生變化的時(shí)刻，初步總結(jié) DOP 值與衛(wèi)星幾何分布的關(guān)系。表 3.1(1)GPS 時(shí)間可視衛(wèi)星數(shù)目可視衛(wèi)星序號(hào)DOPGDOPPDOPHDOPVDOPTDOP表 3.1(2)GPS 時(shí)間可視衛(wèi)星數(shù)目可視衛(wèi)星序號(hào)DOPGDOPPDOPHDOPVDOPTDOP表 3.1(3)GPS 時(shí)間可視衛(wèi)星數(shù)目可視衛(wèi)星序號(hào)DOPGDOPPDOPHDOPVDOP車載 GPS 定位技術(shù)與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)15TDOP表 3.1(4)GPS 時(shí)間可視衛(wèi)星數(shù)目可視衛(wèi)星序號(hào)DOPGDOPPDOPHDOPVDOPTDOP表 3.1(5)GPS 時(shí)間可視衛(wèi)星數(shù)目可視衛(wèi)星序號(hào)DOP

21、GDOPPDOPHDOPVDOPTDOP 根據(jù)上表可以看出，對(duì)于不同時(shí)刻 DOP 值的分析，可以初步得到如下分析：（1）分析：在不同GPS 時(shí)刻，當(dāng)可視衛(wèi)星個(gè)數(shù)未發(fā)生變化時(shí)，DOP 值的變化幅度如何？（2）在不同GPS 時(shí)刻，當(dāng)可視衛(wèi)星個(gè)數(shù)發(fā)生變化時(shí)，DOP 值的變化幅度如何？（3）總的來說，當(dāng)可視衛(wèi)星分布較分散和可視衛(wèi)星較集中時(shí)，DOP 值如何，定位精度如何？車載 GPS 定位技術(shù)與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)165、點(diǎn)擊程序界面的“定量分析”鍵，進(jìn)入對(duì)DOP 值的準(zhǔn)確分析階段。此時(shí)，程序界面內(nèi)的衛(wèi)星分布圖上會(huì)出現(xiàn)4顆衛(wèi)星，同時(shí)會(huì)出現(xiàn)每顆衛(wèi)星的方位角和仰角，在右面的相應(yīng)位置會(huì)出現(xiàn)衛(wèi)星在這種分布情況下的DOP 值

22、。移動(dòng)這4 顆衛(wèi)星，可得到衛(wèi)星在不同幾何分布情況下的實(shí)時(shí)DOP 值以及各個(gè)衛(wèi)星準(zhǔn)確的方位角和仰角。設(shè)計(jì)合理的表格及表格數(shù)，并將對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)填寫在表格內(nèi)。完成后面的問題。車載 GPS 定位技術(shù)與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)17比較以上各條記錄，對(duì)給定的4 顆衛(wèi)星在不同分布情況下的DOP 值進(jìn)行比較得到以下結(jié)論。（1）當(dāng)4 顆衛(wèi)星的幾何分布較分散時(shí)，DOP 值會(huì)如何變化，定位精度高還是低？哪個(gè)表格的數(shù)據(jù)顯示出精度最好？ （2）當(dāng)4 顆衛(wèi)星的幾何分布較集中時(shí)，DOP 值會(huì)如何變化，定位精度高還是低？哪個(gè)表格的數(shù)據(jù)顯示精度最差？ 6、從步驟4、步驟5的數(shù)據(jù)可以得出如下結(jié)論：（1）總體來說，衛(wèi)星數(shù)據(jù)越多，DOP值和定位精度如

23、何變化？車載 GPS 定位技術(shù)與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)18（2）當(dāng)衛(wèi)星數(shù)量一定時(shí)，定位精度和DOP值受什么影響明顯？（3）如果有多于4顆以上的衛(wèi)星，如何選擇用于計(jì)算的衛(wèi)星，使得精度會(huì)最高？四、實(shí)驗(yàn)總結(jié)四、實(shí)驗(yàn)總結(jié) （自己總結(jié)本次試驗(yàn)的重難點(diǎn)及心得、體會(huì)、收獲，字?jǐn)?shù)不得少于 100 字） 車載 GPS 定位技術(shù)與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)19得 分 評(píng)閱日期 教師簽名 湖北汽車工業(yè)學(xué)院實(shí)驗(yàn)報(bào)告湖北汽車工業(yè)學(xué)院實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué) 號(hào) 序 號(hào) 姓名 課程名稱 車載車載GPSGPS定位技術(shù)與應(yīng)用定位技術(shù)與應(yīng)用 第 號(hào)實(shí)驗(yàn) 完成日期 年 月 日 實(shí)驗(yàn)四實(shí)驗(yàn)四 GPSGPS接收機(jī)信息獲取程序設(shè)計(jì)接收機(jī)信息獲取程序設(shè)計(jì)（設(shè)計(jì)性）（設(shè)計(jì)性）一、實(shí)驗(yàn)

24、目的一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、熟悉串口通信基本編程方法； 2、進(jìn)一步理解 NMEA-0183 協(xié)議語法結(jié)構(gòu)；3、熟練掌握對(duì) GPS 接收機(jī)數(shù)據(jù)的提取和處理；二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1、在 VC 環(huán)境下設(shè)置通信串口信息； 2、讀懂已給出的數(shù)據(jù)處理程序； 3、根據(jù) nmea0183 協(xié)議規(guī)則，解析 GPS 語句，提取要求的信息，并編程實(shí)現(xiàn)。三、實(shí)驗(yàn)程序設(shè)計(jì)及結(jié)果分析三、實(shí)驗(yàn)程序設(shè)計(jì)及結(jié)果分析 1、串口設(shè)置，程序中對(duì)串口設(shè)置的基本語句請(qǐng)列在下面：2、你的實(shí)驗(yàn)中選擇的串口號(hào)是多少？車載 GPS 定位技術(shù)與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)203、點(diǎn)擊“獲取衛(wèi)星信息“按鈕，看到的基本衛(wèi)星信息填在下面各項(xiàng)后：（1）衛(wèi)星數(shù)：（2）衛(wèi)星編號(hào)

25、：（3）衛(wèi)星仰角：（4）方位角：（5）信噪比：4、分析“獲取衛(wèi)星信息按鍵響應(yīng)函數(shù) void CGpsshiyanDlg:OnButGpsinfo() ”可知此類信息的獲取是提取了 NMEA-0183 協(xié)議中的哪條語句？5、觀察“串口數(shù)據(jù)“文本框中的數(shù)據(jù)同時(shí)結(jié)合 NMEA-0183 協(xié)議，可知獲取地理 GPS 接收機(jī)地理位置的語句是？6、分析獲取 GPS 接收機(jī)目前的地理位置的程序設(shè)計(jì)語句如下：車載 GPS 定位技術(shù)與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)217、提取地理信息的結(jié)果為：經(jīng)度： 方向：緯度： 方向：高度：四、實(shí)驗(yàn)總結(jié)四、實(shí)驗(yàn)總結(jié) （自己總結(jié)本次試驗(yàn)的重難點(diǎn)及心得、體會(huì)、收獲，字?jǐn)?shù)不得少于 100 字） 得 分

26、評(píng)閱日期 車載 GPS 定位技術(shù)與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)22教師簽名 附錄一 實(shí)驗(yàn)儀器說明一、一、NewStar150C GPS 原理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)原理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)NewStar150C 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)儀器包括：實(shí)驗(yàn)平臺(tái)儀器包括：1.NewStar150C GPS 原理實(shí)驗(yàn)臺(tái) 1 臺(tái)。2.兩個(gè) GPS 接收天線。3.一根 USB 數(shù)據(jù)線使用說明：使用說明：1.將 NewStar150C 電源接好。2.將 2 個(gè)天線通過設(shè)備后面板的接口天線、天線進(jìn)行連接。3.確認(rèn)連接無誤，打開電源開關(guān)。4.USB 線一端連接在實(shí)驗(yàn)平臺(tái) USB1 口，一端與 PC 主機(jī)連接。若初次使用，檢測(cè)到硬件后需要安裝驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)文件在光盤或者指定路徑下，

27、文件.UT-860PC DriverWINXP.2003.2000 下搜索。安裝成功后，在設(shè)備管理器中，將會(huì)多出現(xiàn)四個(gè)串口。5.安裝 NewStar150C 軟件，雙擊光盤中“Setup.exe”文件進(jìn)行軟件安裝，完成后會(huì)將主程序和五個(gè)實(shí)驗(yàn)都安裝到指定目錄下，同時(shí)在 D 盤生成一個(gè) NewStar150_DATA 文件夾，負(fù)責(zé)保存數(shù)據(jù)。6.調(diào)試端口，安裝完驅(qū)動(dòng)程序后，新出的四個(gè)串口分別為 USB Serial Port COM3、COM4、COM5、COM6。如果不是這幾個(gè) COM 口，則將新增的最小的 2 個(gè) COM 口，依次更改為 COM3 和 COM4 端口（注：主程序中基帶板默認(rèn) CO

28、M3 端口，LCD 和 LED 燈默認(rèn)COM4 端口） 。剩下的 2 個(gè)串口中，序號(hào)小的連接的是參考接收機(jī)，例如 COM5 端口。參考接收機(jī)UTC 時(shí)間GPS 時(shí)間GPS 可視衛(wèi)星GPS 基帶車載 GPS 定位技術(shù)與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)237.第一次運(yùn)行 NewStar150C 設(shè)備，先運(yùn)行 NS150set.exe 程序，確認(rèn)端口調(diào)試是否正確。8.調(diào)試正確后，第一次運(yùn)行主程序 開始所有程序NewStar150C GPS Principle-experiment platformNS150RT2007.exe, 開啟后如下圖所示。9. 當(dāng)有 GPS 信號(hào)時(shí)，點(diǎn)擊主程序界面的“開始程序” ，運(yùn)行主程序。此時(shí)

29、由可視衛(wèi)星位置預(yù)測(cè)得到的當(dāng)前時(shí)刻應(yīng)該收到的衛(wèi)星號(hào)所對(duì)應(yīng)的顯示燈就會(huì)變成紅色。而后當(dāng)前實(shí)際收到的衛(wèi)星所對(duì)應(yīng)的顯示燈就會(huì)變成綠色。只有當(dāng)預(yù)測(cè)衛(wèi)星個(gè)數(shù)在 8 顆以上，實(shí)際收到的衛(wèi)星在 4 顆以上時(shí)，才能進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄以及下面各個(gè)實(shí)驗(yàn)的操作。于此同時(shí)，左面的 LCD 顯示屏就會(huì)出現(xiàn)經(jīng)計(jì)算得出的 UTC 時(shí)間， 右面的 LCD 顯示屏?xí)霈F(xiàn)當(dāng)前的 GPS 周 （其有效范圍為 0 到 1023） 以及 GPS 秒 （其有效范圍為 0 到 604800） 。只有這兩塊 LCD 顯示屏顯示正確時(shí)，才能進(jìn)行下面實(shí)驗(yàn)。如果顯示有誤，需要檢查硬件連接并重新運(yùn)行主程序。 當(dāng)上述要求全部符合后，點(diǎn)擊“記錄數(shù)據(jù)” ，進(jìn)行各

30、種數(shù)據(jù)參數(shù)的記錄以完成下面各個(gè)實(shí)驗(yàn)操作。如下圖所示：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)保存在 D:NewStar150_DATA 文件夾下。車載 GPS 定位技術(shù)與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)24二、二、NS-TTSNS-TTS GPSGPS 信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器功能與用途：功能與用途： NS-TTS GPS 信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器的功能是接收室外 GPS L1 信號(hào)，經(jīng)濾波、放大、轉(zhuǎn)發(fā)等環(huán)節(jié)，將室外天線收到的有效 GPS 信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)至室內(nèi)。 室內(nèi) GPS 接收機(jī)直接接收 GPS L1 信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器發(fā)出的信號(hào)，即可實(shí)時(shí)定位定時(shí)。 適用范圍：適用范圍： GPS 實(shí)驗(yàn)室、教室、生產(chǎn)線、 車間等需要間接接收 GPS 信號(hào)的場(chǎng)合。特點(diǎn)：特點(diǎn)： 接線簡(jiǎn)單、不用將

31、GPS 信號(hào)電纜引接到每臺(tái) GPS 接收機(jī)上、對(duì)室內(nèi) GPS 接收機(jī)數(shù)量沒有限制、系統(tǒng)免維護(hù)。車載 GPS 定位技術(shù)與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)25NS-TC 信號(hào)控制器NS-T09 接收器NS-TT 發(fā)射器技術(shù)特性三、三、LEA-5H 開發(fā)套件開發(fā)套件是世界聞名的 GPS 系統(tǒng)專業(yè)制造公司 u-blox 的產(chǎn)品。LEA-5H 所用之評(píng)估測(cè)試主板外觀如下圖所示。加上附件包的 LEA-5H 評(píng)估測(cè)試開發(fā)套件包連接計(jì)算機(jī) RS232 如下圖所示。LEA-5H 評(píng)估測(cè)試開發(fā)套件包連接計(jì)算機(jī) USB，如下圖所示。車載 GPS 定位技術(shù)與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)26天線如下圖所示。使用說明：1、 將天線和 LEA-5H 開發(fā)板連接，旋緊

32、。2、 將 USB 數(shù)據(jù)線一端與開發(fā)板連接，一端與 PC 機(jī)連接，如初次使用則需要安裝驅(qū)動(dòng)程序，驅(qū)動(dòng)軟件位于:.評(píng)估板 5H 軟件ub5 USB drivers下。3、 然后安裝 LEA-5H 測(cè)試軟件，安裝程序位于:.評(píng)估板 5H 軟件u-setup.exe,安裝成功后，在開始程序u-blox Products Toolsu-center Application 和相應(yīng)的幫助文檔即可。U-center Application 的軟件使用指南位于安裝目錄下,如C:Program Filesu-bloxDocsManualsu-Center_User_Guide(GPS-SW-02001).pd

33、f車載 GPS 定位技術(shù)與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)27附錄二 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及格式說明一、一、wStar150C GPS 原理實(shí)驗(yàn)中數(shù)據(jù)說明原理實(shí)驗(yàn)中數(shù)據(jù)說明1.1 存數(shù)據(jù)文件名說明。存數(shù)據(jù)文件名說明。1)eph2.txt 單顆衛(wèi)星星歷（例：2 號(hào)星） 2) alltow.txt 記錄的所有時(shí)間(GPS 秒) 3) ephenum.txt 每顆衛(wèi)星星歷存放的路徑 4)filenum.txt 每顆衛(wèi)星解算信息 5) maxnum.txt 記錄數(shù)據(jù)期間采集到的最大衛(wèi)星數(shù) 6) townum.txt 記錄數(shù)據(jù)期間所用的總秒數(shù) 7) towtest.txt GPS 秒和此時(shí)刻接收到的衛(wèi)星數(shù) 8) WeekNum.txt G

34、PS 周數(shù)1.2 每個(gè)衛(wèi)星解算信息說明（如每個(gè)衛(wèi)星解算信息說明（如 10.txt） 。 203322.64 20774213.50 3.908925 11.548365 49 10 303.86 1 2 3 4 5 61） GPS 秒； 2） 偽距（米） ； 3） 電離層延遲； 4） 對(duì)流層延遲； 5） 信噪比； 6） 衛(wèi)星號(hào)；1.3 星星歷說明（如星星歷說明（如 eph10.Txt） 。10 534 0 0 0.223201 0.000000 0.008759 -0.533910 5153.408390 -2.459202 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0.956131 0.62

35、0112 -0.000000 0.000000 0.000007 0.000006 261.125000 11 12 13 14 15 16 17 137.500000 0.000000 0.000000 208800 55 55 1 55 -0.000000 18 19 20 21 22 23 24 25 26208800.000000 -0.000029 -0.000000 0.000000 0 1 27 28 29 30 31 32 1） 衛(wèi)星號(hào)；（sv） 2） GPS 周；（weekNo） 3） 標(biāo)記，通常為 0；（flag） 4） 狀態(tài)，通常為 0；（status） 5） 平近點(diǎn)角；

36、（M0） 6） 攝動(dòng)改正數(shù)；（deltaN） 7） 衛(wèi)星軌道偏心率；（ecc, eccentricity） 8） 衛(wèi)星軌道的偏近點(diǎn)角；（Ek,） 9） 衛(wèi)星軌道長(zhǎng)半軸的平方根；（sqrtA, ; Square root of the semimajor axis） 車載 GPS 定位技術(shù)與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)2810） 升交點(diǎn)赤經(jīng)；（OMEGA0） 11） 赤道傾角；（i0） 12） 近地點(diǎn)角距；（w） 13） 升交點(diǎn)赤經(jīng)的變化率；（OMEGADOT） 14） 數(shù)據(jù)標(biāo)實(shí)（IDOT） 15） 升交角距的余弦調(diào)和改正項(xiàng)之振幅；（Cuc）16） 升交角距的正弦調(diào)和改正項(xiàng)之振幅；（Cus）17） 軌道半徑的余弦調(diào)

37、和改正項(xiàng)之振幅；（Crc）18） 軌道半徑的正弦調(diào)和改正項(xiàng)之振幅；（Crs） 19） 軌道傾角的余弦調(diào)和改正項(xiàng)之振幅；（Cic） 20） 軌道傾角的正弦調(diào)和改正項(xiàng)之振幅；（Cis） 21） 星歷參數(shù)參考時(shí)刻；（toe, ; Ephemeris referrence time） 22） 數(shù)據(jù)標(biāo)實(shí) 2（IODE2,； Issue of Data2） ； 23） 數(shù)據(jù)標(biāo)實(shí) 3（IODE3, ； Issue of Data3） ； 24） 用戶距離精度；（acc; user range accuracy） 25） 測(cè)距精度；（aodc, ； AODC） 26） 群延時(shí)（GroupDelay, ； Gr

38、oupDelay） 27） 時(shí)鐘參數(shù)（toc, ; Time of Clock） 28） 時(shí)鐘參數(shù)（af0） 29） 時(shí)鐘參數(shù)（af1） 30） 時(shí)鐘參數(shù)（af2） 31） 當(dāng)前衛(wèi)星健康狀況；0 表示當(dāng)前衛(wèi)星狀況良好；（health） 32） 當(dāng)前星歷數(shù)據(jù)的有效性；1 表示星歷數(shù)據(jù)有效；（available） 二、二、NMEA-0183 協(xié)議協(xié)議NMEA 是 National Marine Electronics Association（美國(guó)國(guó)家海事電子協(xié)會(huì)）的縮寫。該協(xié)會(huì)是一家專門從事海洋電子設(shè)備方面研究的民間機(jī)構(gòu)，它制定了關(guān)于 GPS（全球定位系統(tǒng)）電子設(shè)備之間的通信接口和協(xié)議的 NMEA

39、 標(biāo)準(zhǔn)。NMEA-0183 協(xié)議是目前 GPS 接收機(jī)上使用最廣泛的協(xié)議，大多數(shù)常見的 GPS 接收機(jī)、GPS 數(shù)據(jù)處理軟件、導(dǎo)航軟件都遵守或者至少兼容這個(gè)協(xié)議。2.1 電器特性電器特性Baud Rate：4800bpsData Bits：8(d7=0)Parity：NoneStop Bits：One(or more)2.2 GPS 接收機(jī)輸出數(shù)據(jù)格式接收機(jī)輸出數(shù)據(jù)格式NMEA-0183 協(xié)議定義的語句非常多，但是常用的或者說兼容性最廣的語句只有$GPGGA、$GPGSA、$GPGSV、$GPRMC、$GPVTG、$GPGLL 等。下面以實(shí)例做詳細(xì)說明。1)$GPGGA Global Posi

40、tioning System Fix Data（GGA）GPS 定位信息定位信息車載 GPS 定位技術(shù)與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)29$GPGGA,M,M,*hh UTC 時(shí)間，hhmmss（時(shí)分秒）格式 緯度 ddmm.mmmm（度分）格式（前面的 0 也將被傳輸） 緯度半球 N（北半球）或 S（南半球） 經(jīng)度 dddmm.mmmm（度分）格式（前面的 0 也將被傳輸） 經(jīng)度半球 E（東經(jīng)）或 W（西經(jīng)） GPS 狀態(tài)：0=未定位，1=非差分定位，2=差分定位，6=正在估算 正在使用解算位置的衛(wèi)星數(shù)量（0012） （前面的 0 也將被傳輸） HDOP 水平精度因子（0.599.9） 海拔高度（-9999.99

41、9999.9） 地球橢球面相對(duì)大地水準(zhǔn)面的高度 差分時(shí)間（從最近一次接收到差分信號(hào)開始的秒數(shù)，如果不是差分定位將為空 差分站 ID 號(hào) 00001023（前面的 0 也將被傳輸，如果不是差分定位將為空）如：$GPGGA,101144.00,3239.22419,N,11044.07753,E,1,05,2.11,287.6,M,-23.0,M,*7C2)$GPGSA GPS DOP and Active Satellites（GSA）當(dāng)前衛(wèi)星信息）當(dāng)前衛(wèi)星信息$GPGSA,*hh 模式，M=手動(dòng)，A=自動(dòng) 定位類型，1=沒有定位，2=2D 定位，3=3D 定位 PRN 碼（偽隨機(jī)噪聲碼） ，正

42、在用于解算位置的衛(wèi)星號(hào)（0132，前面的 0 也將被傳輸） 。 PDOP 位置精度因子（0.599.9） HDOP 水平精度因子（0.599.9） VDOP 垂直精度因子（0.599.9）如： $GPGSA,A,3,19,28,03,07,08,3.96,2.11,3.35*073)$GPGSV GPS Satellites in View（GSV）可見衛(wèi)星信息）可見衛(wèi)星信息$GPGSV,*hh GSV 語句的總數(shù) 本句 GSV 的編號(hào) 可見衛(wèi)星的總數(shù)（0012，前面的 0 也將被傳輸） PRN 碼（偽隨機(jī)噪聲碼） （0132，前面的 0 也將被傳輸） 衛(wèi)星仰角（0090 度，前面的 0 也將

43、被傳輸） 衛(wèi)星方位角（000359 度，前面的 0 也將被傳輸）車載 GPS 定位技術(shù)與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)30 信噪比（0099dB，沒有跟蹤到衛(wèi)星時(shí)為空，前面的 0 也將被傳輸）注：,信息將按照每顆衛(wèi)星進(jìn)行循環(huán)顯示，每條 GSV 語句最多可以顯示 4 顆衛(wèi)星的信息。其他衛(wèi)星信息將在下一序列的 NMEA0183 語句中輸出。如： $GPG SV,4,1,13,03,11,061,37,06,00,062,07,65,208,14,08,57,299,45*7E $GPGSV,4,2,13,11,72,162,14,13,02,199,17,18,252,19,36,044,48*72 $GPGSV,4,

44、3,13,20,04,153,24,04,036,26,02,318,28,34,312,48*77 $GPGSV,4,4,13,32,04,130,*4C4)$GPGLL Geographic Position（GLL）定位地理信息）定位地理信息$GPGLL,*hh 緯度 ddmm.mmmm（度分）格式（前面的 0 也將被傳輸） 緯度半球 N（北半球）或 S（南半球） 經(jīng)度 dddmm.mmmm（度分）格式（前面的 0 也將被傳輸） 經(jīng)度半球 E（東經(jīng)）或 W（西經(jīng)） UTC 時(shí)間，hhmmss（時(shí)分秒）格式 定位狀態(tài)，A=有效定位，V=無效定位 模式指示（僅 NMEA0183 3.00 版

45、本輸出，A=自主定位，D=差分，E=估算，N=數(shù)據(jù)無效）如： $GPGLL,3239.22420,N,11044.07750,E,101143.00,A,A*675)$GPRMC Recommended Minimum Specific GPS/TRANSIT Data（RMC）推薦定位信息）推薦定位信息$GPRMC,*hh UTC 時(shí)間，hhmmss（時(shí)分秒）格式 定位狀態(tài)，A=有效定位，V=無效定位 緯度 ddmm.mmmm（度分）格式（前面的 0 也將被傳輸） 緯度半球 N（北半球）或 S（南半球） 經(jīng)度 dddmm.mmmm（度分）格式（前面的 0 也將被傳輸） 經(jīng)度半球 E（東經(jīng)）或

46、 W（西經(jīng)） 地面速率（000.0999.9 節(jié)，前面的 0 也將被傳輸） 地面航向（000.0359.9 度，以真北為參考基準(zhǔn)，前面的 0 也將被傳輸） UTC 日期，ddmmyy（日月年）格式 磁偏角（000.0180.0 度，前面的 0 也將被傳輸） 磁偏角方向，E（東）或 W（西） 模式指示（僅 NMEA0183 3.00 版本輸出，A=自主定位，D=差分，E=估算，N=數(shù)據(jù)無效）車載 GPS 定位技術(shù)與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)31如：$GPRMC,101144.00,A,3239.22419,N,11044.07753,E,0.087,190710,A*716)$GPVTG Track Made G

47、ood and Ground Speed（VTG）地面速度信息）地面速度信息$GPVTG,T,M,N,K,*hh 以真北為參考基準(zhǔn)的地面航向（000359 度，前面的 0 也將被傳輸） 以磁北為參考基準(zhǔn)的地面航向（000359 度，前面的 0 也將被傳輸） 地面速率（000.0999.9 節(jié)，前面的 0 也將被傳輸） 地面速率（0000.01851.8 公里/小時(shí)，前面的 0 也將被傳輸） 模式指示（僅 NMEA0183 3.00 版本輸出，A=自主定位，D=差分，E=估算，N=數(shù)據(jù)無效）如： $GPVTG,T,M,0.087,N,0.161,K,A*2A以 LE-5H 為例，接到的信息如下：

48、10:11:44 $GPGLL,3239.22419,N,11044.07753,E,101144.00,A,A*6910:11:45 $GPRMC,101145.00,A,3239.22414,N,11044.07755,E,0.028,190710,A*7E10:11:45 $GPVTG,T,M,0.028,N,0.052,K,A*2E10:11:45 $GPGGA,101145.00,3239.22414,N,11044.07755,E,1,04,4.59,287.5,M,-23.0,M,*7E 10:11:45 $GPGSA,A,3,19,28,03,08,5.69,4.59,3.37

49、*0E 10:11:45 $GPGSV,4,1,13,03,11,061,37,06,00,062,07,65,208,09,08,57,299,45*72 10:11:45 $GPGSV,4,2,13,11,72,162,15,13,02,199,17,18,252,19,36,044,48*7310:11:45 $GPGSV,4,3,13,20,04,153,24,04,036,26,02,318,28,34,312,48*7710:11:45 $GPGSV,4,4,13,32,04,130,*4C10:11:45 $GPGLL,3239.22414,N,11044.07755,E,101

50、145.00,A,A*63 10:11:46 $GPRMC,101146.00,A,3239.22410,N,11044.07758,E,0.110,190710,A*7E 10:11:46 $GPVTG,T,M,0.110,N,0.204,K,A*25 10:11:46 $GPGGA,101146.00,3239.22410,N,11044.07758,E,1,04,4.59,287.4,M,-23.0,M,*7510:11:46 $GPGSA,A,3,19,28,03,08,5.69,4.59,3.37*0E10:11:46 $GPGSV,4,1,13,03,11,061,37,06,00

51、,062,07,65,208,08,57,299,45*7B10:11:46 $GPGSV,4,2,13,11,72,162,16,13,02,199,17,18,252,19,36,044,48*7010:11:46 $GPGSV,4,3,13,20,04,153,24,04,036,26,02,318,28,34,312,48*7710:11:46 $GPGSV,4,4,13,32,04,130,*4C10:11:46 $GPGLL,3239.22410,N,11044.07758,E,101146.00,A,A*69車載 GPS 定位技術(shù)與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)32附錄三 各個(gè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)二、實(shí)

52、驗(yàn)二、 GPSGPS衛(wèi)星信息解算與傳輸誤差分析衛(wèi)星信息解算與傳輸誤差分析第一部分第一部分 GPS 位置解算位置解算實(shí)時(shí)衛(wèi)星位置解算在整個(gè)GPS 接收機(jī)導(dǎo)航解算過程中占有重要的位置。衛(wèi)星位置的解算是接收機(jī)導(dǎo)航解算（即解出本地接收機(jī)的緯度、經(jīng)度、高度的三維位置）的基礎(chǔ)。需要同時(shí)解算出至少四顆衛(wèi)星的實(shí)時(shí)位置，才能最終確定接收機(jī)的三維位置。對(duì)某一顆衛(wèi)星進(jìn)行實(shí)時(shí)位置的解算需要已知這顆衛(wèi)星的星歷和GPS 時(shí)間。而星歷和GPS 時(shí)間包含在速率為50 比特/秒的導(dǎo)航電文中。導(dǎo)航電文與測(cè)距碼（C/A 碼）共同調(diào)制L1 載頻后，由衛(wèi)星發(fā)出。本地接收機(jī)相關(guān)接收到衛(wèi)星發(fā)送的數(shù)據(jù)后，將導(dǎo)航電文解碼得到導(dǎo)航數(shù)據(jù)。后續(xù)導(dǎo)航

53、解算單元根據(jù)導(dǎo)航數(shù)據(jù)中提供的相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行衛(wèi)星位置解算、各種實(shí)時(shí)誤差的消除、本地接收機(jī)位置解算以及定位精度因子（DOP）的計(jì)算等工作。衛(wèi)星的額定軌道周期是半個(gè)恒星日，或者說11 小時(shí)58 分鐘2.05 秒；各軌道接近于圓形，軌道半徑（即從地球質(zhì)心到衛(wèi)星的額定距離）大約為26560km。由此可得衛(wèi)星的平均角速度和平均的切向速度vs為：=2/(11*3600+58*60+2.05)0.0001458 rad/s (1.1)vs=rs*26560km*0.00014583874m/s (1.2)因此，衛(wèi)星是在高速運(yùn)動(dòng)中的，根據(jù)GPS 時(shí)間的不同以及衛(wèi)星星歷的不同（每顆衛(wèi)星的星歷兩小時(shí)更新一次）可以解算

54、出衛(wèi)星的實(shí)時(shí)位置。本實(shí)驗(yàn)同時(shí)給出了根據(jù)當(dāng)前星歷推算出的衛(wèi)星在11 小時(shí)58 分鐘后的預(yù)測(cè)位置，以此來驗(yàn)證衛(wèi)星的額定軌道周期。第二部分第二部分 多普勒頻移多普勒頻移由于衛(wèi)星與接收機(jī)有相對(duì)的徑向運(yùn)動(dòng)，因此會(huì)產(chǎn)生Doppler 效應(yīng)，而出現(xiàn)頻率偏移。oppler 頻移的直接表現(xiàn)是接收機(jī)接收到的衛(wèi)星信號(hào)不恰好在L1（1575.42MHz）頻率點(diǎn)上，而是在L1 頻率上疊加了一個(gè)最大值為5KHz 左右的頻率偏移，這就給前端相關(guān)器進(jìn)行頻域搜索，捕獲衛(wèi)星信號(hào)帶來了困難。如果能夠事先估計(jì)出大概的Doppler 頻偏，就會(huì)大大減小相關(guān)器捕獲衛(wèi)星信號(hào)的難度，縮短捕獲衛(wèi)星信號(hào)的時(shí)間，進(jìn)而縮短接收機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間。GPS

55、接收機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間是衡量接收機(jī)性能好壞的重要參數(shù)之一，而衛(wèi)星信號(hào)的快速捕獲，縮短接收機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間也是目前GNSS 業(yè)界的熱點(diǎn)問題。本實(shí)驗(yàn)將給出根據(jù)衛(wèi)星位置和本地接收機(jī)的初始位置預(yù)測(cè)Doppler 頻移的方法。有了衛(wèi)星位置和本地接收機(jī)的初始位置，就可以根據(jù)空間兩點(diǎn)間的距離公式，得出衛(wèi)星距接收機(jī)的距離d。記錄同一衛(wèi)星在短時(shí)間t內(nèi)經(jīng)過的兩點(diǎn)的空間坐標(biāo)S1和S2，就可以分別得到這兩點(diǎn)距接收機(jī)的距離d1和d2。只要相隔時(shí)間t取的較?。ū緦?shí)驗(yàn)取t=1s），| d1- d2|/t就可以近似認(rèn)為是衛(wèi)星與接收機(jī)在t時(shí)間內(nèi)的平均相對(duì)徑向運(yùn)動(dòng)速度，再將此速度轉(zhuǎn)換為頻率的形式就可以得到大致的Doppler頻移。車載 G

56、PS 定位技術(shù)與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)33設(shè)本地接收機(jī)的初始位置為R（xr，yr，zr），記錄的衛(wèi)星兩點(diǎn)空間坐標(biāo)為S1（x1，y1，z1）、S2（x2，y2，z2），相隔時(shí)間為t，衛(wèi)星與接收機(jī)平均相對(duì)徑向運(yùn)動(dòng)速度為vd，光速為c，Doppler頻移為fd，則Doppler頻移預(yù)測(cè)的具體公式如下所示：d1= ( x1- xr)2+( y1- yr)2+( z1- zr)21/2 (1.3)d2= ( x2- xr)2+( y2- yr)2+( z2- zr)21/2 (1.4)vd=| d1- d2|/t (1.5)fd=vd1575.42MHz/c (1.6)Doppler 頻移同衛(wèi)星的仰角有很密切的關(guān)系。

57、Doppler 頻移隨衛(wèi)星仰角的增大而減小。當(dāng)衛(wèi)星的仰角為90 度（即衛(wèi)星在接收機(jī)正上方的天頂上）時(shí)，理論上Doppler 頻移為零。本實(shí)驗(yàn)根據(jù)衛(wèi)星位置和本地接收機(jī)的初始位置算出衛(wèi)星的仰角，來驗(yàn)證Doppler 頻移同衛(wèi)星仰角的關(guān)系。第三部分：信噪比與衛(wèi)星仰角關(guān)系：第三部分：信噪比與衛(wèi)星仰角關(guān)系：衛(wèi)星信號(hào)的信噪比（即相對(duì)強(qiáng)度噪聲）定義為單位帶寬（Hz）內(nèi)信號(hào)功率與噪聲功率之比的分貝量（dB），即dB/Hz。經(jīng)實(shí)踐測(cè)試表明，當(dāng)GPS 衛(wèi)星信號(hào)的信噪比過低（一般認(rèn)為低于26dB/Hz）時(shí)，GPS 接收機(jī)就無法正常跟蹤該衛(wèi)星信號(hào)。因此，衛(wèi)星信號(hào)信噪比的大小直接影響到GPS 接收機(jī)能否正常工作。實(shí)踐表

58、明，信噪比與衛(wèi)星仰角的關(guān)系十分密切。一般認(rèn)為，衛(wèi)星的仰角越低，如前所述，衛(wèi)星信號(hào)在傳播過程中受到的諸如電離層延遲、對(duì)流層誤差等實(shí)時(shí)傳輸誤差的影響就越大；另一方面，就越可能受到地面障礙物的遮擋。因此，衛(wèi)星信號(hào)的信噪比就應(yīng)該越?。ㄟ@只是一個(gè)趨勢(shì)，并不排除特殊情況出現(xiàn)） 第四部分第四部分 電離層和對(duì)流層實(shí)時(shí)傳輸誤差的計(jì)算與特性分析：電離層和對(duì)流層實(shí)時(shí)傳輸誤差的計(jì)算與特性分析：地球表面被一層很厚的大氣所包圍。由于地球引力的作用，大氣質(zhì)量在垂直方向上分布極不均勻，主要集中在大氣底部，其中 75%的質(zhì)量分布在 10km 以下， 90%的以上質(zhì)量分布在 30km 以下。同時(shí)大氣在垂直方向上的物理性質(zhì)差異也很

59、大，根據(jù)溫度、成分和荷電等物理性質(zhì)的不同，大氣可分為性質(zhì)各異的若干大氣層。按不同標(biāo)準(zhǔn)有不同的分層方法，根據(jù)對(duì)電磁波傳播的不同影響，一般分為對(duì)流層和電離層。大氣折射對(duì) GPS 觀測(cè)結(jié)果的影響，往往超過了 GPS 精密定位所容許的精度范圍。如何在數(shù)據(jù)處理過程中通過模型加以改正，或在觀測(cè)中通過適當(dāng)?shù)姆椒▉頊p弱，以提高定位精度，已經(jīng)成為廣大用戶普遍關(guān)注的重要問題。1、電離層折射的影響（Ionospheric delay）：電離層延遲是對(duì) GPS 接收機(jī)測(cè)量定位影響非常大的一項(xiàng)實(shí)時(shí)傳輸誤差。它在夜里（晚 8 時(shí)到早8 時(shí)左右）的變化比較平緩，誤差也比較小，但在白天（早 8 時(shí)到晚 8 時(shí)左右）隨著太陽的

60、升高變化就會(huì)非常劇烈，變化趨勢(shì)近似鐘型曲線。最大垂直延遲誤差可以達(dá)到 50 米左右；水平方向可達(dá)150 米左右。因此，消除或減弱電離層延遲誤差是提高定位精度的重要保證。電離層分布于地球大氣層的頂部，約在地面向上 70km 以上范圍。由于原子氧吸收了太陽紫外線車載 GPS 定位技術(shù)與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)34的能量，該大氣層的溫度隨高度上升而迅速升高，同時(shí)由于太陽和其它天體的各種射線作用，使大部分大氣分子發(fā)生電離，具有密度較高的帶電粒子。電離層中電子的密度決定于太陽輻射強(qiáng)度和大氣密度，因而導(dǎo)致電離層的電子密度不僅隨高度而異，而且與太陽黑子的活動(dòng)密切相關(guān)。GPS 載波為單一頻率，其傳播速度為相速度；偽隨機(jī)碼是多