GPS定位原理与应用实验指导书-吉长东

《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。

三、方法和步骤
(一) 外业观测
1、安置仪和连接GPS接收机见认识实习部分。

2、参数配置
对Leica 200s和Ashtech z-x GPS还需要进行高度截至角、采样间隔、GDOP值门槛值、观测模式、天线高度（天宝和阿什泰克是斜高，徕卡是垂高）量取方式等相关参数的设定(而Trimble 5700 GPS都采用默认的参数)，并量取天线高度3次（测前2次，测后1次）、输入点名和天线高度(Leica 200s还需输入天线偏差0.389m)。

注意：Leica 200s GPS观测时还要输入测区的近似大地坐标。

3、开机观测，并把点名、天线高度、开始和结束观测的时间以及其它相关信息记录在外业观测手簿上，观测略图如图4。

图4 观测略图
在对应的控制点（1、2、3和4）处同时安置仪器，同时开机对视场中的卫星进行观测，观测时间到，同时结束，采用这种相对定位方式进行数据采集，一个时段结束后，可采用（同步图形扩展式－点连接、边连接和网连接等）连接方式进行下一个时段的观测。

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．实习结束后及时下载原始观测数据，提交外业观测记录、观测点略图等
5．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。

实验三 GPS动态定位
一、目的与要求
1．了解差分GPS定位原理。

2．掌握载波相位实时差分技术（RTK）
2．掌握RTK的基本操作(参考站和流动站设置)和外业观测的操作流程，重点是天宝RTK。

二、计划与设备
1．实验时数安排4学时。

试验小组由7人组成。

2．Ashtech Z-X系列GPS 4台或Trimble 5700 GPS 4台，对应的电台，三角架2个和RTK 观测的其它所必须设备，根据实际情况选择相应的GPS接收机。

三、方法和步骤
(一)、外业观测步骤(操作流程)
1、Ashtech GPS RTK操作流程
(1)、基准站连接(如图5)
在已知点安置三脚架，安置基座整平对中后，放上GPS天线(把指北标志指向近似北方向)，然后根据附图把电缆连接好，确认无误后继续下边的操作。

图5 Ashtech 基准站连接
(2)、基准站设置
在Win界面：双击测量图标选项(打开最后一个、打开所有的、新建) →项目名称→下一步→下一步→基准站点号、坐标、高程→回到主界面；点击测量菜单条下的基准站设置(base setup)一选setup标签一对话框(输入基准站点号、天线高〖斜高或半径〗→下一步base setup(按get position from rx) →出现基准站坐标(经纬度、大地高)set→提示对话框，点ok →ok→退回current gpsbase station点ok→回主界面(完成、拔线)；基准站设好的标志：电台的tx灯闪(说明基准站设置正确，已发信号)，注意电瓶的极性，连接电缆的红线接“+”，黑线接“一”。

(3)、流动站设置(连接如图6)
主菜单(测量下的流动站设置rover setup) →ok→get→set
图6 Ashtech 流动站连接
(4)、求转换参数
在Job下的编辑→点插入→输入已知坐标，ok →连续插入4点(先后均可)，关闭：进入测量下的控制点(control points)，点击→对话框(输入点号、点采集(control))出现解的情况(固定、sv、H及v误差)，好后按确认→回到控制点对话框，采集下一点，进入其对话框(选参与解算点)，点击solve →出现解算结果→认可→回到projection对话框，关闭close →关闭→回主界面
(5)、测量
测量下data collection →对话框(输入点号、属性)点point→点ok(提示标竿要稳)→测量结果→认可→ok →存盘
2、Trimble GPS 5700 RTK操作流程
(1)、参考站连接(如图7)
在已知点安置三脚架，把基座整平对中后，放上GPS天线，然后根据附图把电缆连接好。

图7 Trimble 基准站连接
(2)、参考站设置
检查电缆连接正确无误后，启动手簿；开机界面选“文件”，回车。

选“任务管理”，回车。

新建(F1)，输入项目名称，回车，确认(F1)，在“选择坐标系统”里选择“无投影／无基准”，回车。

坐标选“网格”，确认(F1)，即退回到“任务管理”：开机界面选择“配置”，回车。

选“测量形式”，回车。

选“Trimble RTK"，回车。

选“基准站选项”，回车。

天线类型选“Zephyr Geomatic”，“测量到”选“Bottom of notch”，回车。

选“基准站无线电”，回车。

类型选“TRIMMARK3”，接收机端口选“端口3”，波特率选“38400”回车。

即返回到“Trimble RTK’菜单：开机界面选“测量”，回车。

在选择测量形式里选“Trimble RTK”，回车，选“启动基准站接收机”，回车。

输入点的名称，按“键入(F1)”，按选项，
选GPS，按“此处(F3)”，输入天线高度，按“开始(F1)”，按“确认(F1)”，按“确认“(F1)”，即完成参考站的设置。

(3)、流动站连接(如图8)
图8 Trimble 流动站连接
(4)、流动站配置
检查电缆连接正确无误后，启动手簿；开机界面选“文件”，回车，选“任务管理”，回车。

新建(n)，输入任务名称，回车。

确认(n)，选“无投影／无基准”，回车。

坐标选“网格”，确认(n)，即退回到“任务管理”：开机界面选“配置”，回车，选“测量形式”，回车，选“Trimble RTK"，回车。

选“流动站选项”，输入天线高，天线类型选“Zephyr"，测量到选“Bottom of antenna mount"，回车。

选“流动站无线电”，回车，类型是“Trimble internal”，按“连接(P1)”，基准站无线电模式选“Trim MARK II at 4800 bps”回车：开机界面选“测量”，回车，选“Trimble RTK"，回车，选“开始测量”，回车。

看卫星个数，无线电标志，RTK是否固定等。

如无问题，作下一步：在已知点上选测量点并保存点(即GPS点)，然后在“测量”里选“点校正”，回车，按“增加(P1)”，按提示输入网格点名称，按“键入(F2)”，输入坐标，回车，输入GPS点名称(注意对应关系)，回车，使用选“水平和垂直”，回车，重复上述过程，直到几对点输完，最后按“应用(F4)”，即返回到“点校正”；
(5)、数据采集（见图9）
在本界面内选“测量点”，回车，输入点名，回车。

看卫星个数，精度，RTK是否固定等，如满足要求，使气泡居中，按“测量(n)”，等到提示“贮存(n)”出现，按“n”即可，继续下一个点的测量。

图9 观测略图
(二)、数据传输和分流
利用对应的传输软件，将数据从手薄中传输出来，形成坐标文件。

四、注意事项
1．严格的按照“GPS测量规程或会犯”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．实习后提供坐标成果表和略图一份。

5．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。

附GPS静态数据后处理实习指导书（实验不含数据处理）
一、目的与要求
1.了解静态相对定位的原理。

2.了解GPS数据下载的步骤。

3.掌握内业数据处理流程。

4.掌握最小（无约束）平差的原理。

5.掌握约束平差的原理。

6.了解联合平差的原理。

二、计划与设备
1.试验时数安排4学时（上机）。

试验小组由1组成。

2.用Leica 200系列GPS 3台，Ashtech z-x系列GPS 4台，Trimble 5700系列
GPS 4台在静态GPS观测中所采集的数据。

3．以上3种GPS的后处理软件光盘。

(二)数据处理流程
1.数据传输和分流
利用相应的传输软件把数据下载到计算机或者工程当中，就自动分流成相应的观测文件、测站文件、星历文件和气象文件等；
2.坐标系统建立
根据需要，建立相关的椭球、基准等，然后完成坐标系的建立。

投影带选取：中心经度是121º30′，中心纬度0º；
3.周跳处理
坐标系统的建立；新建项目并把上边建立好的坐标系统导入到项目当中；导入外业观测数据到项目中。

根据周跳记录文件，用“TimeLine”处理周跳。

4．基线解算
用“干净”的观测数据，用对应的菜单对进行基线处理，双击每条基线查看相关残差信息，看是否合乎要求，决定重测与否?
5．无约束平差
基线处理后便可进行平差，并查看“X2”或其它检验是否通过，如否，对其加权处理(一般选交替权)，然后再平差，通过后看点位误差和相对误差项是否满足要求，如满足要求就可以进入下一步约束平差。

此过程要明确在考核网的内符合精度的同时还获得大地高的成果；
6．约束平差
加入位置基准（点位起算数据）进行平差，观察的信息见“无约束平差”，满足要求后提交成果。

同样看检验和误差（绝对和相对）是否满足要求。

若是，就结束，否就加权或检查原因。

四、注意事项
1．严格的按照“GPS测量规程”来操作相应的GPS后处理软件；
2．严紧在上机是玩游戏；
3．上机结束后，其处理的中间数据和最后成果，经指导教师确认后，方可离开，平差报告(约束和无约束)等可酌情写到实验报告中。

撰写人：吉长东
教研室主任：王佩贤
教学院长(主任)：夏春林
测量工程系测绘工程教研室。