實驗01實時衛(wèi)星位置解算和多普勒頻移計算一、目的

1．理解實時衛(wèi)星位置解算在GPS接收機(jī)導(dǎo)航位置解算過程中的作用及完成衛(wèi)星位置解算所需的條件。

2．了解衛(wèi)星導(dǎo)航電文的格式、主要內(nèi)容及各部分作用。了解星歷的內(nèi)容、周期。

3．了解多普勒頻移產(chǎn)生的原因、作用及根據(jù)已知條件預(yù)測多普勒頻移的方法。二、內(nèi)容

運行NewStar150程序，獲取可視衛(wèi)星的實時導(dǎo)航數(shù)據(jù)（包括GPS時間、各衛(wèi)星的星歷等），分析星歷的構(gòu)成、周期，根據(jù)衛(wèi)星的星歷，推算出該衛(wèi)星在11小時58分后的ECEF坐標(biāo)系下的大致位置，驗證衛(wèi)星的額定軌道周期。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)編程求解多普勒頻移。三、知識準(zhǔn)備

GPS實時衛(wèi)星位置解算方法，導(dǎo)航電文的格式和主要內(nèi)容，星歷表的構(gòu)成。多普勒頻移計算方法。四、實習(xí)過程

1．運行NewStar150程序，如圖1所示獲取當(dāng)前可視衛(wèi)星的星歷信息，并作記錄；

2．分析星歷的構(gòu)成和周期；

3．如圖2所示，選擇GPS時刻和衛(wèi)星號，在“衛(wèi)星位置信息”列表框中會出現(xiàn)所選衛(wèi)星在所選的GPS時刻對應(yīng)的仰角、ECEF坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)、所選時刻加一秒和加兩秒后的GPS時間所對應(yīng)的ECEF坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)以及接收機(jī)在ECEF坐標(biāo)系下的初始位置坐標(biāo)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)求解多普勒頻移；

4．根據(jù)衛(wèi)星在所選GPS時間發(fā)送的星歷推算出這顆衛(wèi)星在11小時58分后的ECEF坐標(biāo)系下的大致位置，驗證衛(wèi)星的額定軌道周期；實驗02GPS接收機(jī)單點定位實驗一、目的

1．掌握GPS接收機(jī)單點定位原理；

2．理解將接收機(jī)和衛(wèi)星鐘差作為一個參量進(jìn)行定位解算的原因和目的；

3．理解鐘差對于多普勒頻移求解產(chǎn)生的影響；

4．能夠根據(jù)實驗數(shù)據(jù)編寫單點定位解算的相關(guān)程序。二、內(nèi)容

運行NewStar150程序，同時觀測4顆可視衛(wèi)星的實時導(dǎo)航數(shù)據(jù)（包括GPS時間、各衛(wèi)星的星歷等），實時傳輸誤差、偽距等，建立接收機(jī)位置解算方程，解出接收機(jī)位置和鐘差。三、資料準(zhǔn)備

GPS接收機(jī)位置解算方法，接收機(jī)和衛(wèi)星鐘差產(chǎn)生的原因、對信號搜索和定位精度的的影響。四、實習(xí)過程

1．運行NewStar150程序獲取求解接收機(jī)位置所需的實時參數(shù)，包括可視衛(wèi)星的實時導(dǎo)航數(shù)據(jù)（包括GPS時間、各衛(wèi)星的星歷等），實時傳輸誤差、偽距等；

2．如圖1所示，在可視衛(wèi)星為4顆以上時，記錄每一顆衛(wèi)星在ECEF坐標(biāo)系下的坐標(biāo)、GPS時間以及每一顆衛(wèi)星相應(yīng)的偽距、電離層延遲、對流層誤差等實時數(shù)據(jù)，根據(jù)單點定位求解公式編程求解接收機(jī)位置；

3．點擊“計算所選時刻接收機(jī)位置”鍵進(jìn)行本地接收機(jī)位置解算，如圖2所示。將解算的位置與手動編程求解位置進(jìn)行比較，以驗證手動求解位置方法的正確性。

4．選取三個時刻的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，重復(fù)上述過程，分析接收機(jī)鐘差的不確定性和變化范圍。圖1圖2實驗03實時傳輸誤差計算及信噪比與衛(wèi)星仰角關(guān)系一、目的

1．了解GPS測量過程中三種主要誤差來源：與衛(wèi)星有關(guān)的誤差，信號實時傳輸誤差，接收設(shè)備有關(guān)的誤差；

2．理解信號實時傳輸過程中的電離層延遲、對流層誤差的來源、特性、計算方法以及消除或減弱的手段；

3．總結(jié)衛(wèi)星信號信噪比與衛(wèi)星仰角的關(guān)系；二、內(nèi)容

熟練掌握GPS測量過程中的主要誤差來源，理解理解信號實時傳輸過程中的電離層延遲、對流層誤差的來源、特性、計算方法以及消除或減弱的手段，通過實驗來驗證理論分析的正確性。

一般認(rèn)為，衛(wèi)星仰角越低傳輸誤差越大，信噪比越低（這是一個趨勢，不排除特殊情況出現(xiàn)），通過測量衛(wèi)星信號的信噪比和各可視衛(wèi)星的仰角，直觀觀測各種可能發(fā)生的情況，總結(jié)信噪比與衛(wèi)星仰角的關(guān)系。三、資料準(zhǔn)備

GPS系統(tǒng)誤差來源，信號傳輸誤差的來源、特性、計算方法以及消除或減弱的手段，信噪比和仰角之間的關(guān)系。四、實習(xí)過程

1．運行本實驗程序，在可視衛(wèi)星達(dá)到4顆以上時，在程序界面的實時衛(wèi)星分布圖中會出現(xiàn)本時刻所有可視衛(wèi)星位置，同時在其左面的衛(wèi)星仰角列表框中會出現(xiàn)本時刻所有可視衛(wèi)星的仰角，如圖1所示。

2．如圖2所示，點擊“顯示本段時刻可視衛(wèi)星相關(guān)參數(shù)曲線”，可以觀察到一段記錄時刻的電離層延遲、對流層誤差以及信噪比隨時間變化的曲線，并在程序界面右側(cè)顯示不同顏色曲線所對應(yīng)的衛(wèi)星序號。

3．根據(jù)不同時間段電離層延遲、對流層誤差隨時間變化的曲線，大致得出此兩項誤差隨時間變化規(guī)律，并大致估計此兩項誤差的誤差范圍。

4．記錄不同時刻天空中可視衛(wèi)星的仰角及信噪比，比較并得出衛(wèi)星信號信噪比與衛(wèi)星仰角的關(guān)系。實驗04幾何定位因子的實時計算和分析一、目的

1．理解幾何精度因子在整個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等不同幾何精度因子的計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值較小或較大時衛(wèi)星的幾何分布情況；

4．了解不同應(yīng)用場合對DOP

門限值的要求二、內(nèi)容

熟練掌握高程幾何精度因子VDOP、空間三維位置幾何精度因子PDOP、二維水平位置幾何精度因子HDOP、接收機(jī)鐘差幾何精度因子TDOP、總幾何精度因子GDOP的計算方法，根據(jù)觀測衛(wèi)星位置計算當(dāng)前位置的幾何精度因子，與觀測到的幾何精度因子進(jìn)行比較。三、資料準(zhǔn)備

幾何精度因子的計算過程及所起的作用，與衛(wèi)星幾何分布的關(guān)系。四、實習(xí)過程

1．運行本實驗程序，在可視衛(wèi)星達(dá)到4顆以上時，在程序界面的實時衛(wèi)星分布圖中會出現(xiàn)本時刻所有可視衛(wèi)星位置，同時在右面的相應(yīng)位置會出現(xiàn)本時刻的各個DOP值，如圖1所示。

2．記錄不同時刻的DOP值，比較不同時刻（如相隔30秒）DOP值的變化情況，尤其是可視衛(wèi)星個數(shù)發(fā)生變化的時刻，初步總結(jié)DOP值與衛(wèi)星幾何分布的關(guān)系。

3．如圖2所示，點擊“定量分析”，進(jìn)入對DOP值的準(zhǔn)確分析階段，此時程序界面內(nèi)的衛(wèi)星分布圖上會出現(xiàn)4顆衛(wèi)星，同時會出現(xiàn)每顆衛(wèi)星的方位角和仰角，在右面的相應(yīng)位置會出現(xiàn)衛(wèi)星在這種分